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空冷機(jī)組的排汽管道連接汽輪機(jī)排汽裝置和空冷平臺(tái)，結(jié)構(gòu)尺寸大，支吊架復(fù)雜。重力、負(fù)壓、溫度、差異沉降、位移、蒸汽動(dòng)反力、風(fēng)載、地震等載荷共同作用，管道系統(tǒng)強(qiáng)度校核非常重要。文獻(xiàn)對(duì)135MW、300MW、600MW直接空冷管道系統(tǒng)進(jìn)行了強(qiáng)度分析，文獻(xiàn)分別對(duì)空冷凝汽器支架結(jié)構(gòu)體系的抗震性能進(jìn)行了研究。根據(jù)壓力容器和ASIVIE標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)了1000MW直接空冷機(jī)組排汽管道系統(tǒng)，相對(duì)于600MW機(jī)組，其結(jié)構(gòu)尺寸更龐大，其載荷條件和支撐方式更加復(fù)雜，管道直徑7640mm采用商業(yè)有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行建模，用22個(gè)具有代表性工況進(jìn)行了靜態(tài)分析，用地震響應(yīng)譜進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析，同時(shí)分析了管道系統(tǒng)的屈曲臨界外壓力，對(duì)排汽管道系統(tǒng)進(jìn)行了強(qiáng)度校核，并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
直接空冷排汽管道系統(tǒng)管徑設(shè)計(jì)由汽輪機(jī)排汽熱力參數(shù)和流量確定，管道壁厚、加強(qiáng)圈、補(bǔ)償器按照文獻(xiàn)設(shè)計(jì)。在ANSYS中完全根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙建立全尺寸模型，管道和支吊架用shell63單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，使用canbine14和mass21單元建立零長(zhǎng)度膨脹節(jié)，模擬單向和雙向膨脹節(jié)，輸入壁厚、材料特性、彈簧剛度、閥門質(zhì)量等單元屬性，共劃分306499個(gè)單元。為驗(yàn)證采用shell63單元的合理性，在整個(gè)管道系統(tǒng)中采用子模型技術(shù)，對(duì)管道局部進(jìn)行了強(qiáng)度分析對(duì)比，殼單元與實(shí)體單元計(jì)算結(jié)果一致，證明采用shell63單元是合理的。圖是直接空冷排汽管道力學(xué)模型的正視圖和側(cè)視圖，C1約束及彈簧支吊力。排汽管道系統(tǒng)采用水平管固定，底座恒力支撐的支吊方式，在支吊架上設(shè)置限位銷。
首先采用冷態(tài)吊零的方式進(jìn)行計(jì)算，得到恒力支撐力和彈簧支架的支吊力，再設(shè)置彈簧單元的初始安裝變形，內(nèi)壓。排汽管道內(nèi)是汽輪機(jī)乏汽，考慮極端負(fù)壓施加100kPa外壓力溫度。正常運(yùn)行工況50℃，最高溫度120℃，最低溫度-40℃，設(shè)置管道系統(tǒng)壁溫。由于溫度變化，汽輪機(jī)排汽裝置和空冷平臺(tái)也會(huì)發(fā)生熱位移，因此，在管道接口處施加相應(yīng)熱位移。蒸汽流動(dòng)動(dòng)反力。蒸汽在管道中隨著管道走向流動(dòng)，會(huì)發(fā)生動(dòng)量變化，施加給管道動(dòng)反力。為了減小蒸汽擾動(dòng)，在管道彎頭處設(shè)置導(dǎo)流板，動(dòng)反力施加在導(dǎo)流板上，沉降差。空冷平臺(tái)與汽輪機(jī)位于2個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，因此，可能產(chǎn)生沉降差。沉降差需要根據(jù)工程的實(shí)際地基土物理特性，地基處理方式確定，其值分別取正負(fù)號(hào)，與其他載荷疊加。風(fēng)載，按照建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，同時(shí)參考ASCE7-2005規(guī)范，垂直于露天管道表面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)研究地震對(duì)排汽管道強(qiáng)度影響，采用加載瞬間地震加速度的靜態(tài)分析，以及地震激勵(lì)響應(yīng)譜的動(dòng)態(tài)分析2種方法。根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，按抗震設(shè)防烈度為7度的要求進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。
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