蒸汽管道刚性支吊架应力分析

宋战兵１，范佩佩２，魏江１，刘宝林１，李根２，种道彤２ ＳＯＮＧＺｈａｎｂｉｎｇ１，ＦＡＮＰｅｉｐｅｉ２，ＷＥＩＪｉａｎｇ１，ＬＩＵＢａｏｌｉｎ１，
ＬＩＧｅｎ２，ＣＨＯＮＧＤａｏｔｏｎｇ２
（１．中国大唐集团科学技术研究院西北所，西安 ７１００６５；２．西安交通大学，西安 ７１００４９） （１．ＣｈｉｎａＤａｔａｎｇＮｏｒｔｈｗｅｓｔＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＴｅｓｔａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ’ａｎ７１００６５，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｘｉ’ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）
·２
华电技术
第 ４１卷
李磊［６］等采 用 有 限 元 方 法 对 再 热 蒸 汽 管 道 应 力 进 行了分析，预测了应力集中部位，并与电测法测量结 果进行了对比。现有对支吊架的研究多是针对具体 机组从工程安装和调整的角度进行分析，然而对于 支吊架稳态工况下的温度、变形和应力分布，以及瞬 态过程的研究仍相对较少。
０ 引言
随着火电机组容量和参数的不断提高，汽水管 道系统的设计和布置更为复杂，对汽水管道的静力 分析及动态分析越来越受到重视，尤其是高温高压 管道。机组长期运行后，管道支吊架偏离设计工况 工作，安全裕度降低，从而影响管道应力、设备接口 的推力和推力矩，降低管道和设备的寿命。另外，变 负荷过程中支吊架温度、压力出现一定的波动，产生
Fra Baidu bibliotek
摘 要：火电机组蒸汽管道支吊架的变形和应力集中对管道和设备安全具有重要影响。采用有限元分析方法，对 某 ３００ＭＷ 燃煤发电机组蒸汽管道刚性支吊架进行三维建模，针对额定工况进行稳态研究和不同变负荷速率的 瞬态过程研究，得到了刚性支吊架的温度场、热 －结构耦合应力场及变形量的分布。结果表明：额定工况下刚性 支吊架的最大等效应力达 １９０．１ＭＰａ，应力集中主要发生在管夹、支座和螺栓处；快速变负荷运行时，螺栓和管道 处等效应力有较大的变化，分别达 １０９．０，１２２．１ＭＰａ；管夹、吊杆和支座处等效应力变化幅度较小；变负荷速率对 等效应力变化幅度的影响很小。 关键词：火电机组；蒸汽管道；支吊架；应力集中；变负荷速率；温度场；三维建模；有限元分析 中图分类号：ＴＫ２２３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４－１９５１（２０１９）０４－０００１－０５ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｔｅａｍ ｐｉｐｉｎｇｈａｎｇｅｒａｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅａｎｄｅ ｑｕｉｐｍｅｎｔｉｎｔｈｅｒｍａｌｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｓ．Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｉｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｃｏｎｄｕｃｔ３Ｄｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｓｔｅａｍｐｉｐｉｎｇｒｉｇｉｄｈａｎｇ ｅｒｆｏｒａ３００ＭＷ ｃｏａｌｆｉｒｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｕｎｉｔ．Ｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅｒｅｓｅａｒｃｈｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｕｎｄｅｒｒａｔｅｄｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｖａｒｙｉｎｇｌｏａｄｒａｔｅｓａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ，ｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｏｕｐｌｅｄｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｉｇｉｄｈａｎｇｅｒａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍ ｔｈｅｓｔｕｄｉｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｍａｘｉｍｕｍ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓｏｆ ｔｈｅｒｉｇｉｄｈａｎｇｅｒｉｓｕｐｔｏ１９０．１ＭＰａｕｎｄｅｒｒａｔｅｄｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｍａｉｎｌｙｏｃｃｕｒｓａｔｐｉｐｅ ｃｌａｍｐｓ，ｓｕｐｐｏｒｔｓａｎｄｂｏｌｔｓ．Ｗｈｅｎｔｈｅｌｏａｄｃｈａｎｇｅｓｒａｐｉｄｌｙ，ｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓｅｓｏｆｂｏｌｔｓａｎｄｐｉｐｅｓｃｈａｎｇｅｇｒｅａｔｌｙ，ｒｅａｃ ｈｉｎｇ１０９．０ＭＰａａｎｄ１２２．１ＭＰａｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓｅｓｏｆｐｉｐｅｃｌａｍｐｓ，ｈａｎｇｅｒｒｏｄｓａｎｄｓｕｐｐｏｒｔｓｃｈａｎｇｅｓ ｌｉｇｈｔｌｙ．Ｃｈａｎｇｉｎｇｌｏａｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｈａｓｌｉｔｔｌｅｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓｖａｒｉａｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍａｌｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ；ｓｔｅａｍ ｐｉｐｅｌｉｎｅ；ｓｕｐｐｏｒｔｓａｎｄｈａｎｇｅｒｓ；ｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ；ｃｈａｎｇｉｎｇｌｏａｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ； ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ；３Ｄｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｆｉｎｉｔｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ
第 ４１卷 第 ４期 ２０１９年 ４月
华电技术 ＨｕａｄｉａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－１９５１．２０１９．０４．００１
Ｖｏｌ．４１ Ｎｏ．４ Ａｐｒ．２０１９
蒸汽管道刚性支吊架应力分析
Ｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｏｎｒｉｇｉｄｈａｎｇｅｒｏｆｓｔｅａｍ ｐｉｐｅｌｉｎｅ
收稿日期：２０１８－１２－１０；修回日期：２０１９－０２－１９ 基金项目：国家自然科学基金重点项目（５１４３６００６）
较大的应力幅，易导致支吊架和管道发生破坏或断 裂。目前，相关学者对电厂管道的稳态和瞬态过程 已经开展了广泛的研究，然而支撑蒸汽管道的各类 支吊架的有限元分析相对较少。
赵星海 ［１］、安慧 ［２］等 对 火 电 厂 蒸 汽 管 道 支 吊 架 失效的原因进行了分析，提出了预防和控制蒸汽管 道支吊架失效的建议和措施。刘志华［３］等针对新建 机组调试过程支吊架失效方式，及其对电厂管道系 统安全运行的影响进行了分析。郑钢［４］等对电厂支 吊架的选型和存在的问题做了详细分析。高晓频［５］ 等对管道支吊架间距进行了研究，比较分析了不同 支吊架间距下管道弯曲应力、弯曲挠度和固有频率。