汽轮机蒸汽管道应力分析与设计

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1、李文辉等汽轮机蒸汽管道的应力分析与设计l9汽轮机蒸汽管道的应力分析与设计李文辉延静杨羽华航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司兰州730050摘要介绍汽轮机蒸汽管道支吊架的设计方法。为保证蒸汽管道的设计安全，利用CAESARⅡ软件对其进行应力计算，通过调整支吊架的形式，使汽轮机受力符合NEMASM23标准的要求，确保装置安全平稳运行。提出了减小汽轮机管口受力的一些方法，为同类管道设计提供参考。关键词汽轮机蒸汽管道支吊架应力分析由于汽轮机属于转动机器，其转速很高，为4．5MPa(A)，设计温度480~C，设计压力5．1MPa了保证汽轮机的长周期平稳运行，汽轮机的允许(A)，保温层密

2、度200kg／m。，保温层厚度120mm，受力限制非常严格。通常受力限制一般由制造厂与管道连接的汽轮机蒸汽进口的初始位移见表l。提出或参照美国电气制造商协会标准NEMA表1汽轮机蒸汽进口初始位移(mm)SM23⋯。在配管设计中如果管道的约束点及约束形式设计不合理，就会造成汽轮机的转动轴不对中，转子与定子之间的间隙改变，引起机器磨损和振动，进而影响设备的正常运行，甚至毁坏设1．2CAESARlI软件应力计算备J，因此必须对与汽轮机相接的管道进行强度和安全性评价，主要进行管道应力分析、变形分根据以上条件及管道轴测图，在CAESARII软析、管口受力校核。通过安全性评价可以保证汽件中建

3、立三维模型，见图1。轮机受力满足限制要求、装置安全运行及减少工程投资。目前，国内大部分工程公司均采用CAESARII软件进行管道应力分析4．5J。CAESARII软件是由美国COADE公司研发的压力管道应力分析国际权威的专业软件，它既可以进行动力分析，也可进行静力分析，同时还可以进行压缩机、汽轮机、图1管道三维模型加热炉、空冷器和泵等特殊设备和机械的管口受支吊架设计时，在装置内外分界点处(节点力校核6J。CAESARII具有输人数据简单，图形生90)设置固定支架，避免装置内外管道的应力互成和计算结果直接明了的特点，使用方便快捷。相影响。考虑压缩厂房内管架的生根位置，分别本文使用C

4、AESARII软件对某合成氨项目，从在节点150和470处设置支架来支撑管道的重量。界区到凝汽式汽轮机进口的过热中压蒸汽管道进行应力分析。一般来说，高温管道上调节阀组的两个支架中应有一个是固定支架，另一个是滑动支架。但为了1CAESARII软件的应用实例分析增大管道的柔性、避免开阀时管道振动幅度过大，1．1管道的主要参数本项目在蒸汽管道阀组两侧(节点230和390处)分别设置两个导向支架。管道介质为过热中压蒸汽，管道材料为15CrMo，腐蚀裕量1．5mm，管径为qb168mm×汽轮机的受力要求非常严格，其管道的支架11．Omm，管道的操作温度450~C，操作压力设置宜在管道与机器

5、固定点处坐标轴的交点位置李文辉：助理工程师。2010年毕业于太原理工大学化学化工学院化学工艺专业。主要从事配管和管道应力分析。联系电话：(0931)2662129．E—mail：wenhuili2010@163．tom。CHEMICALENGINEERGDESIGN附近设置限位支架，见图2。本相当，减小管道对机器管口的作用力⋯，因为节点470处已设置支架，所以在节点500、560处仉衢II仉裔止风

6、I仅设置轴向限位架，在节点530处设置轴向限位支

7、＼／l架。节点610与650之间的垂直管道较长，垂直位

8、t方向限化支架移较大，由于受压缩机大板预留孑L大小的限制，It不能通过改变管道

9、走向来增加其柔性，所以在节点590处采用弹簧支架，使支架在承受一定载荷的厂情况下又能允许管系有一定的垂直位移』。然后tL——．．进行程序运算，计算结果表明该管道的一次应力、)(x方向限ft支架二次应力均符合标准规范的要求。设备管VI及支图2汽轮机管道的支架位置吊架的受力见表2。从而使机器管口的热膨胀与管道的热膨胀基表2设备管口及支架受力情况DiameterDue：oEquiralenNozzieAreas．DC=600(in．11．3管系分析与调整NOzzleLoads5sat⋯sAilowabies。‘A．I0wS：atus从表2可知，各节点的受力均在合理范围内。(NsN⋯)(

10、2b＆ft一b1相对其他节点来看，节点470和530处Y向受力较sFX=】q．743150DC：30014365FAT．3S。Y=3706833125DC=750l一1．09+^I+tS￡Z=30569iO0DC=60011．3大，这是采用刚性支架的缘故。汽轮机进汽口FCIRSLT)z4184941SEX=一1533一：13025’DC=130075．36(节点650)的Y向受力和x方向力矩相对较大。SMY一一l254—925125DC一75012334·+FAI2DSMZ=53