管道減振剛性拉撐桿動(dòng)態(tài)載荷測(cè)試與安全性分析

董 雷，康豫軍，衛(wèi)大為，吳曉俊，鄭軍超，蔣建輝，李 亮

（1.西安熱工研究院有限公司，西安市，710032；2.西北工業(yè)大學(xué)，西安市，710072）

0 引言

在管系上選擇適當(dāng)?shù)臏p振點(diǎn)并安裝剛性拉撐桿，通過(guò)調(diào)整拉撐桿長(zhǎng)度對(duì)管道施加適當(dāng)位移載荷，達(dá)到在管系上增加節(jié)點(diǎn)、提高管系固有頻率，降低管道振動(dòng)的目的。對(duì)管道進(jìn)行治理時(shí)，一般通過(guò)靜力計(jì)算保證管道應(yīng)力合格，但管道振動(dòng)作用在拉撐桿上的動(dòng)態(tài)載荷譜和安全性未見(jiàn)研究報(bào)道[1-6]。本文以某核電站650MW機(jī)組常規(guī)島主蒸汽及旁路管道為研究對(duì)象，對(duì)剛性拉撐桿進(jìn)行了動(dòng)載荷測(cè)量與結(jié)構(gòu)安全性分析。

1 動(dòng)態(tài)載荷測(cè)量

動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀采樣速度快、頻響范圍寬，可用于測(cè)試振動(dòng)或沖擊物體的應(yīng)變。管道的動(dòng)載荷測(cè)量原理如圖1、2所示，其中布片連線(xiàn)方式為全橋（4個(gè)工作片），適用于測(cè)量拉、壓應(yīng)變，可消除桿件的彎曲、溫度效應(yīng)。

動(dòng)載荷測(cè)量是在機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行情況下進(jìn)行的。測(cè)量對(duì)象為主蒸汽管道5a點(diǎn)x向剛性拉撐桿和10a點(diǎn)x向剛性拉撐桿，拉撐桿截面為φ114×22 mm；旁路蒸汽管道24a點(diǎn)x向剛性拉撐桿，拉撐桿截面為φ57×10 mm。拉撐桿載荷分為4類(lèi)：

（1）靜態(tài)載荷Ps是為了達(dá)到減振效果由拉撐桿預(yù)置加給管道的靜態(tài)作用力。其中為應(yīng)變平均值；E20為拉撐桿材料20℃時(shí)的彈性模量，MPa；A為拉撐桿截面積，m2。

（2）動(dòng)態(tài)載荷有效值Pdrms是振動(dòng)管道反作用于拉撐桿的動(dòng)態(tài)力的有效值，Pdrms= εdrms×E20×A，其中εdrms為應(yīng)變真有效值。

（3）最大載荷Pp是拉撐桿所受最大瞬態(tài)載荷，Pp= εmax×E20×A，其中εmax為應(yīng)變最大值。

（4）最大動(dòng)態(tài)載荷Pdmax是拉撐桿所受最大動(dòng)態(tài)載荷，Pdmax= εpp×E20×A，其中εpp為應(yīng)變動(dòng)態(tài)峰峰值[7-9]。

主蒸汽管道5a點(diǎn)、10a點(diǎn)及旁路蒸汽管道的受力情況如表1、2所示。由表1、2可知：（1）主蒸汽管道5a、10a點(diǎn)的拉撐桿最大應(yīng)力分別為9.8 MPa、9.2 MPa，旁路蒸汽管道24a點(diǎn)的拉撐桿最大應(yīng)力為19.2 MPa，管道的最大應(yīng)力較低；（2）而主蒸汽管道5a點(diǎn)、10a點(diǎn)剛性拉撐桿的實(shí)際最大載荷分別為62.3 kN和57.3 kN，都低于主蒸汽管道的剛性拉撐桿額定載荷200 kN，旁路蒸汽管道24a點(diǎn)剛性拉撐桿的實(shí)際最大載荷為28.7 kN，低于旁路蒸汽管道的剛性拉撐桿額定載荷48 kN；（3）主蒸汽管道5a點(diǎn)、10a點(diǎn)的最大動(dòng)態(tài)載荷為靜態(tài)載荷的32.2%和35.3%，拉撐桿的最大載荷、靜載荷與拉撐桿額定載荷相比也較低，拉撐桿穩(wěn)定性和安全性滿(mǎn)足要求[10]。

表1 剛性拉撐桿受力狀況Tab.1 Stress condition of rigid strut

表2 主蒸汽管道5a點(diǎn)、10a點(diǎn)的x向剛性拉撐桿應(yīng)變及載荷Tab.2 Strain and loads of x-direction rigid strut at point 5a and 10a of the main steam pipes

2 管道安全性分析

調(diào)節(jié)剛性拉撐桿長(zhǎng)度至管道減振效果最佳，以此時(shí)施加在管道上的位移載荷為邊界條件（見(jiàn)表2、3），計(jì)算管系應(yīng)力變化情況并進(jìn)行安全性分析。主蒸汽、旁路蒸汽管道應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知：主蒸汽管道上安裝剛性拉撐桿后，管道一次應(yīng)力和二次應(yīng)力均基本不變，應(yīng)力合格；旁路蒸汽管道設(shè)置剛性拉撐桿后，管道一次應(yīng)力不變，二次應(yīng)力由157.62 MPa升高到206.33 MPa，應(yīng)力比升高了18.67%，應(yīng)力合格。

表3 旁路蒸汽管道24a點(diǎn)x向剛性拉撐桿應(yīng)變及載荷Tab.3 Strain and loads of x-direction rigid strut at point 24a of the bypass steam pipes

表4 主蒸汽管道、旁路蒸汽管道加載剛性拉撐桿前后的最大應(yīng)力值Tab.4 The max.stress of main steam pipe and bypass steam pipe before and after loading rigid strut

3 結(jié)論

（1）拉撐桿對(duì)主蒸汽管道施加的最大載荷為62.3 kN，動(dòng)載荷為19.8 kN；拉撐桿對(duì)旁路蒸汽管道施加的最大載荷為28.7 kN，動(dòng)載荷趨近于0，各種載荷遠(yuǎn)低于拉撐桿額定載荷，剛性拉撐桿應(yīng)力和穩(wěn)定性是安全的。

（2）主蒸汽管道上設(shè)置剛性拉撐桿后，管道一次應(yīng)力和二次應(yīng)力均基本不變，應(yīng)力合格；旁路蒸汽管道設(shè)置剛性拉撐桿后，管道一次應(yīng)力不變，二次應(yīng)力的應(yīng)力比升高18.67%，管道應(yīng)力合格。

（3）在使用其他剛性（或類(lèi)似剛性）減振裝置降低管道振動(dòng)時(shí)，如可調(diào)節(jié)頂絲結(jié)構(gòu)、減振框架、液壓阻尼器、隔而固黏性阻尼器等，其應(yīng)用情況類(lèi)似，管道及減振裝置是安全的。

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[10]DLT 5366—2006火力發(fā)電廠(chǎng)汽水管道應(yīng)力計(jì)算技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2006.