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空冷機組的排汽管道連接汽輪機排汽裝置和空冷平臺，結構尺寸大，支吊架復雜。重力、負壓、溫度、差異沉降、位移、蒸汽動反力、風載、地震等載荷共同作用，管道系統(tǒng)強度校核非常重要。文獻對135MW、300MW、600MW直接空冷管道系統(tǒng)進行了強度分析，文獻分別對空冷凝汽器支架結構體系的抗震性能進行了研究。根據壓力容器和ASIVIE標準設計了1000MW直接空冷機組排汽管道系統(tǒng)，相對于600MW機組，其結構尺寸更龐大，其載荷條件和支撐方式更加復雜，管道直徑7640mm采用商業(yè)有限元分析軟件ANSYS進行建模，用22個具有代表性工況進行了靜態(tài)分析，用地震響應譜進行了動態(tài)分析，同時分析了管道系統(tǒng)的屈曲臨界外壓力，對排汽管道系統(tǒng)進行了強度校核，并進行了結構優(yōu)化設計。
直接空冷排汽管道系統(tǒng)管徑設計由汽輪機排汽熱力參數(shù)和流量確定，管道壁厚、加強圈、補償器按照文獻設計。在ANSYS中完全根據設計圖紙建立全尺寸模型，管道和支吊架用shell63單元劃分網格，使用canbine14和mass21單元建立零長度膨脹節(jié)，模擬單向和雙向膨脹節(jié)，輸入壁厚、材料特性、彈簧剛度、閥門質量等單元屬性，共劃分306499個單元。為驗證采用shell63單元的合理性，在整個管道系統(tǒng)中采用子模型技術，對管道局部進行了強度分析對比，殼單元與實體單元計算結果一致，證明采用shell63單元是合理的。圖是直接空冷排汽管道力學模型的正視圖和側視圖，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，在支吊架上設置限位銷。
首先采用冷態(tài)吊零的方式進行計算，得到恒力支撐力和彈簧支架的支吊力，再設置彈簧單元的初始安裝變形，內壓。排汽管道內是汽輪機乏汽，考慮極端負壓施加100kPa外壓力溫度。正常運行工況50℃，最高溫度120℃，最低溫度-40℃，設置管道系統(tǒng)壁溫。由于溫度變化，汽輪機排汽裝置和空冷平臺也會發(fā)生熱位移，因此，在管道接口處施加相應熱位移。蒸汽流動動反力。蒸汽在管道中隨著管道走向流動，會發(fā)生動量變化，施加給管道動反力。為了減小蒸汽擾動，在管道彎頭處設置導流板，動反力施加在導流板上，沉降差。空冷平臺與汽輪機位于2個基礎結構上，因此，可能產生沉降差。沉降差需要根據工程的實際地基土物理特性，地基處理方式確定，其值分別取正負號，與其他載荷疊加。風載，按照建筑結構荷載規(guī)范，同時參考ASCE7-2005規(guī)范，垂直于露天管道表面的風荷載標準研究地震對排汽管道強度影響，采用加載瞬間地震加速度的靜態(tài)分析，以及地震激勵響應譜的動態(tài)分析2種方法。根據中華人民共和國國家標準《建筑抗震設計規(guī)范，按抗震設防烈度為7度的要求進行抗震設計。
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