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2008年蘭州東部地區(qū)一套800kVCIS高壓電器開關(guān)設(shè)備于夏季投產(chǎn)使用，運(yùn)行狀況良好，入冬以后氣溫降低至-20℃以下，長母線管道局部位置出現(xiàn)大量SF氣體泄露，同期沈陽地區(qū)同型號(hào)設(shè)備也出現(xiàn)此現(xiàn)象。SF氣體具有優(yōu)良的絕緣性能與滅弧性能，被廣泛應(yīng)用于CIS高壓電器設(shè)備當(dāng)中。但是SF是一種溫室氣體，一旦泄露會(huì)污染環(huán)境；更重要的是泄漏使設(shè)備內(nèi)SF氣體密度下降，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部絕緣性能及滅弧性能降低，而設(shè)備內(nèi)部SF氣體的水分含量增加，產(chǎn)生凝露，在電弧作用下，微量H20與SF金屬發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生劇毒和腐蝕氣體，損壞絕緣，腐蝕設(shè)備殼體危及安全運(yùn)行，毒性氣體大量泄露會(huì)危害人體健康。下面對(duì)管線進(jìn)行詳細(xì)的強(qiáng)度分析。
確定載荷及工況
管道受力分析
CIS長母線管道的外部結(jié)構(gòu)由金屬筒體、連接法蘭、密封墊片、固定支架、可動(dòng)支架、波紋管膨脹節(jié)等基本結(jié)構(gòu)組成。漏氣的直接原因在于部分結(jié)構(gòu)受力較大，有變形發(fā)生導(dǎo)致密封失效。長母線管道的受力情況主要有：①在封閉的金屬管道內(nèi)充入SF氣體，形成密閉的工作空間。通常氣體氣壓為0.3-0.6MPa，這時(shí)金屬筒體壁而受到內(nèi)壓力的作用；②金屬筒體自身的重力，固定支架給予的約束力，以及可動(dòng)支架的支撐力；③隨著溫度的變化，各部分受到溫度應(yīng)力的作用；④風(fēng)載荷及地震載荷的作用。
確定工況
蘭州位于我國西北部地區(qū)，冬夏季溫度變化波動(dòng)很大，根據(jù)其氣候變化特點(diǎn)，確定CIS母線管道的工作環(huán)境溫度及對(duì)應(yīng)受力情況。①夏季30 0C安裝設(shè)備，管道所受載荷為SF氣體內(nèi)壓力、重力、支架約束力；②夏季30 ℃安裝設(shè)備升溫到極限溫度70℃，此時(shí)溫差為40 K，管道所受載荷為內(nèi)壓力、重力、支架約束力及溫度應(yīng)力；③夏季30℃安裝設(shè)備降溫到極限溫度-30℃，此時(shí)溫差為-60K，管道所受載荷為內(nèi)壓力、重力、支架約束力及溫度應(yīng)力；④冬季-5℃安裝設(shè)備，管道所受載荷為內(nèi)壓力、重力；⑤冬季-5℃安裝設(shè)備升溫到極限溫度55℃，此時(shí)溫差為60 K，管道所受載荷為內(nèi)壓力、重力；⑥冬季-5℃安裝設(shè)備降溫到極限溫度-30℃，此時(shí)溫差為-25 K，管道所受載荷為內(nèi)壓力、重力、溫度應(yīng)力。
CAESAR II軟件介紹及模型建立
CAESAR II管道應(yīng)力分析軟件是由美國COADE公司研發(fā)的壓力管道應(yīng)力分析專業(yè)軟件。向用戶提供完備的國際上的通用管道設(shè)計(jì)規(guī)范，具有強(qiáng)大的分析功能、豐富的數(shù)據(jù)庫等優(yōu)異的性能所以深受國內(nèi)外管道應(yīng)力分析工程師的青睞，目前在石油、化工、電力等行業(yè)有較多的用戶。
CAESAR II應(yīng)力分析程序的理論基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)力學(xué)，而結(jié)構(gòu)力學(xué)在建立桿狀元件的力學(xué)方程時(shí)做出了一些假設(shè)，即結(jié)構(gòu)中所有桿狀元件的變形都很小，各節(jié)點(diǎn)的位移不改變?cè)男螤睿藭r(shí)力和位移成線形關(guān)系，并符合虎克定律，各載荷在元件中引起的應(yīng)力、應(yīng)變、位移可以疊加。基于這樣的假設(shè)，根據(jù)確定的6種不同的工況及載荷應(yīng)用CAESAR II軟件對(duì)CIS長母線管道的受力情況進(jìn)行分析計(jì)算，建立結(jié)構(gòu)模型，局部典型結(jié)構(gòu)及其節(jié)點(diǎn)編號(hào)如圖所示。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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