管道減振剛性拉撐桿動態載荷測試與安全性分析

董 雷，康豫軍，衛大為，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.西北工業大學，西安市，710072）

0 引言

在管系上選擇適當的減振點并安裝剛性拉撐桿，通過調整拉撐桿長度對管道施加適當位移載荷，達到在管系上增加節點、提高管系固有頻率，降低管道振動的目的。對管道進行治理時，一般通過靜力計算保證管道應力合格，但管道振動作用在拉撐桿上的動態載荷譜和安全性未見研究報道[1-6]。本文以某核電站650MW機組常規島主蒸汽及旁路管道為研究對象，對剛性拉撐桿進行了動載荷測量與結構安全性分析。

1 動態載荷測量

動態應變測試儀采樣速度快、頻響范圍寬，可用于測試振動或沖擊物體的應變。管道的動載荷測量原理如圖1、2所示，其中布片連線方式為全橋（4個工作片），適用于測量拉、壓應變，可消除桿件的彎曲、溫度效應。

動載荷測量是在機組滿負荷運行情況下進行的。測量對象為主蒸汽管道5a點x向剛性拉撐桿和10a點x向剛性拉撐桿，拉撐桿截面為φ114×22 mm；旁路蒸汽管道24a點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：

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

（2）動態載荷有效值Pdrms是振動管道反作用于拉撐桿的動態力的有效值，Pdrms= εdrms×E20×A，其中εdrms為應變真有效值。

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

（4）最大動態載荷Pdmax是拉撐桿所受最大動態載荷，Pdmax= εpp×E20×A，其中εpp為應變動態峰峰值[7-9]。

主蒸汽管道5a點、10a點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點的拉撐桿最大應力分別為9.8 MPa、9.2 MPa，旁路蒸汽管道24a點的拉撐桿最大應力為19.2 MPa，管道的最大應力較低；（2）而主蒸汽管道5a點、10a點剛性拉撐桿的實際最大載荷分別為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點剛性拉撐桿的實際最大載荷為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、10a點的最大動態載荷為靜態載荷的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，拉撐桿穩定性和安全性滿足要求[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、10a點的x向剛性拉撐桿應變及載荷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

調節剛性拉撐桿長度至管道減振效果最佳，以此時施加在管道上的位移載荷為邊界條件（見表2、3），計算管系應力變化情況并進行安全性分析。主蒸汽、旁路蒸汽管道應力計算結果見表4。由表4可知：主蒸汽管道上安裝剛性拉撐桿后，管道一次應力和二次應力均基本不變，應力合格；旁路蒸汽管道設置剛性拉撐桿后，管道一次應力不變，二次應力由157.62 MPa升高到206.33 MPa，應力比升高了18.67%，應力合格。

表3 旁路蒸汽管道24a點x向剛性拉撐桿應變及載荷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力值Tab.4 The max.stress of main steam pipe and bypass steam pipe before and after loading rigid strut

3 結論

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

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

（3）在使用其他剛性（或類似剛性）減振裝置降低管道振動時，如可調節頂絲結構、減振框架、液壓阻尼器、隔而固黏性阻尼器等，其應用情況類似，管道及減振裝置是安全的。

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