【文章內(nèi)容簡介】 載荷將發(fā)生一定的變化，引起管道應(yīng)力升高，使彎管、三通、集汽聯(lián)箱接口及汽機(jī)端成為薄弱環(huán)節(jié)。 管道及支吊架通常有兩類問題，一類是結(jié)構(gòu)靜力問題，是由管道熱膨脹和支吊架失效引起的。管道系統(tǒng)是一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，有多種工況，如冷熱態(tài)、啟動、停機(jī)工況等。不同工況下支吊架承載和熱位移都不相同，經(jīng)常發(fā)生管道或附件熱膨脹受阻而損壞相關(guān)部件，甚至引起停機(jī)的現(xiàn)象；另一類是汽水管道及附件振動問題，容易引發(fā)管道裂紋，損壞閥門，威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。 根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠汽水管道與支吊架維修調(diào)整導(dǎo)則》DUT6161997的規(guī)定，滿足運(yùn)行管系安全生產(chǎn)的需要，需要對狀態(tài)異常的支吊架進(jìn)行調(diào)整，使其達(dá)到或接近設(shè)計狀態(tài)，而在對支吊架狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整之前，應(yīng)對管系的每一只支吊架的冷熱態(tài)狀況進(jìn)行詳細(xì)的檢驗(yàn)與記錄。（1）審核管道支吊架運(yùn)行資料 審核管道支吊架圖紙，包括管道安裝圖、支吊架圖、運(yùn)行資料等。對原支吊架各個參數(shù)與設(shè)計計算書進(jìn)行仔細(xì)核對；支吊架訂貨、到貨、安裝情況核對；管道的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)及支吊架的歷次檢驗(yàn)、更改記錄；管道及支吊架的實(shí)際立體布置示意圖的繪制。（2）管道支吊架現(xiàn)場總體狀態(tài)檢驗(yàn)記錄損傷或劣化的證據(jù)。如構(gòu)件外表面的變形和腐蝕。記錄大幅度的沖擊荷載uo劇烈振動的證據(jù)。具體表現(xiàn)已變形的元件、開裂的焊接接頭、松弛的固定螺栓或破裂的水泥等。（3）管道支吊架檢查變力彈簧支吊架是否過度壓縮、偏斜或失載，彈簧是否斷裂；恒力彈簧吊架轉(zhuǎn)體指示是否超限；彈性支吊架承載是否異常；剛性支吊架狀態(tài)是否異常；限位裝置狀態(tài)是否異常；減震器及阻尼器位移是否異常。（4）管道支吊架校驗(yàn)及記錄校驗(yàn)吊點(diǎn)偏裝與設(shè)計是否一致；記錄運(yùn)行條件下妨礙管道及支吊架位移的任何障礙；校驗(yàn)支吊架冷態(tài)、熱態(tài)位置和標(biāo)牌位置；記錄冷熱條件下的位移指針的位置；校驗(yàn)制造廠的型號；記錄冷熱態(tài)條件下變力彈簧的載荷；對于剛性支吊架，需校驗(yàn)支吊架各部分與原設(shè)計是否一致。 支吊架設(shè)計中的問題和調(diào)整方法彈簧架比普通支架貴，在長期工作狀態(tài)下還有失效問題，不如剛性支架耐用可靠，過多的設(shè)置彈簧支吊架還會使管系各點(diǎn)位移方向失去控制，管系穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生偏斜和振動，因此設(shè)計中應(yīng)盡量減少彈簧架的設(shè)置。管道與支架間的相對位移在管道支架設(shè)計中非常重要。如透平機(jī)的蒸汽管道，低點(diǎn)為管徑較小的冷凝水排出管，若設(shè)支于地面的支架，彎頭處設(shè)彈簧支座，這樣會因蒸汽主管垂直管段很長又向下膨脹，而地面剛性較大，阻礙彈簧向下移動，這樣易造成機(jī)器損壞，或?qū)е缕溥\(yùn)行不正常。因此應(yīng)將支于地面的支架改在從主管上生根，由于支架隨主管一起升降，主管能夠自由向下膨脹，這樣管徑較小的冷凝水管與支架間垂直向相對位移就會減至很小。，設(shè)計時要求計算反力及傾覆力矩，核算放空管的強(qiáng)度放空管末端部型式不同，對支架的設(shè)置要求亦不同。絕大多數(shù)常壓設(shè)備及管道，包括水平力為平衡的三通式，多用于壓差較大或要求排氣垂直向上，它們在設(shè)置支架時都要考慮風(fēng)荷載的影響。末端帶彎頭，對排氣要求確定方向，但放空時會產(chǎn)生水平力。如果支架設(shè)置不合適，出口與支架的距離過大，噴氣反力又大時，放空管可能會發(fā)生傾斜，因此管道支架設(shè)計時要求計算反力及傾覆力矩，核算放空管的強(qiáng)度。剛性圓鋼吊架連續(xù)安裝多個時，管道的橫向阻力很小，容易引起擺動和振動，從防止管道振動的角度出發(fā)，管架選型時應(yīng)盡量不用圓鋼吊架，或者不連續(xù)使用圓鋼吊架。往復(fù)式壓縮機(jī)對管道振動的防止更為突出，除考慮支架間距與固有頻率的關(guān)系外，還要避免在樓面上、梁上設(shè)支架，以避免把管道的振動傳遞給建筑物，因此要求配管時把管道的支架生根在地面基礎(chǔ)上。調(diào)節(jié)閥組除考慮支承重量外，還要考慮管道熱膨脹以及承受振動的力。當(dāng)閥門進(jìn)出口壓差大時，或液體管道減壓過程產(chǎn)生氣體時，均易產(chǎn)生劇烈振動。兩相流的管道還應(yīng)考慮水錘的可能性。如果熱脹力允許，宜在調(diào)節(jié)閥的出口側(cè)設(shè)固定架，進(jìn)口側(cè)設(shè)滑動架，必要時在調(diào)節(jié)閥出口側(cè)的垂直管段上設(shè)導(dǎo)向架。綜上所述，管道支吊架在管道設(shè)計中尤其重要，管道支吊架的設(shè)置主要是承受管系的自重和外載，避免產(chǎn)生過量撓度，控制管系的一次應(yīng)力在允許使用范圍之內(nèi)。此外，基于使管系適應(yīng)位移的需要，控制管系二次應(yīng)力和綜合應(yīng)力不應(yīng)超過允許界限，以使管系的端點(diǎn)推力在許用范圍之內(nèi)，從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備之目的。管系應(yīng)力分布不變法保持原管系應(yīng)力設(shè)計不變,即各點(diǎn)所承受的設(shè)計荷載不變,對管系支吊架進(jìn)行調(diào)整。該方法適用于無明顯下沉、支吊架失效率低的管系。(1)對未并圈的變力彈簧支吊架，通過測量彈簧高度來推算其實(shí)際承受荷載。為使推算荷載誤差小,應(yīng)對舊彈簧剛度進(jìn)行實(shí)測。(2)對已壓并的變力彈簧支吊架、已拉至最下位和轉(zhuǎn)體銹死的恒力支吊架,用帶荷載傳感器的裝置測定其實(shí)際荷載。測定荷載時要保證被測吊點(diǎn)絕對標(biāo)高不變。(3)將各吊點(diǎn)的實(shí)際承受荷載與設(shè)計荷載相比較，對不符合設(shè)計要求的吊點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整,使其符合設(shè)計值。由于管系各吊點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性,調(diào)整一個吊點(diǎn)的荷載必然導(dǎo)致鄰近吊點(diǎn)荷載的變化,因此只有對支吊架進(jìn)行反復(fù)調(diào)整,才能使各吊點(diǎn)承受的荷載與設(shè)計值相近。 對管系應(yīng)力進(jìn)行重新設(shè)計,如在管系適當(dāng)位置設(shè)置剛性吊點(diǎn)。對新管系的應(yīng)力進(jìn)行計算,確定管系原吊點(diǎn)位置所要承受的荷載和熱位移。對不能滿足新設(shè)計(荷載和熱位移)的支吊架重新選型更換，對能滿足重新設(shè)計的支吊架進(jìn)行調(diào)整,使其滿足設(shè)計要求,該方法能控制管系的位移,改變管系下沉狀況,適用于有明顯下沉、支吊架失效率高的管系。第二章 有限元相關(guān)理論及軟件介紹在有限元方法中，把計算域離散剖分為有限個互不重疊且相互連接的單元，在每個單元內(nèi)選擇基函數(shù)，用單元基函數(shù)的線形組合來逼近單元中的真解，整個計算域上總體的基函數(shù)可以看為由每個單元基函數(shù)組成的，則整個計算域內(nèi)的解可以看作是由所有單元上的近似解構(gòu)成。在河道數(shù)值模擬中，常見的有限元計算方法是由變分法和加權(quán)余量法發(fā)展而來的里茲法和伽遼金法、最小二乘法等。根據(jù)所采用的權(quán)函數(shù)和插值函數(shù)的不同，有限元方法也分為多種計算格式。從權(quán)函數(shù)的選擇來說，有配置法、矩量法、最小二乘法和伽遼金法，從計算單元網(wǎng)格的形狀來劃分，有三角形網(wǎng)格、四邊形網(wǎng)格和多邊形 網(wǎng)格，從插值函數(shù)的精度來劃分，又分為線性插值函數(shù)和高次插值函數(shù)等。不同的組合 同樣構(gòu)成不同的有限元計算格式。對于權(quán)函數(shù)，伽遼金(Galerkin)法是將權(quán)函數(shù)取為逼近函數(shù)中的基函數(shù) ；最小二乘法是令權(quán)函數(shù)等于余量本身，而內(nèi)積的極小值則為對代求系數(shù)的平方誤差最?。辉谂渲梅ㄖ?，先在計算域 內(nèi)選取N個配置點(diǎn) 。令近似解在選定的N個配置點(diǎn)上嚴(yán)格滿足微分方程，即在配置點(diǎn)上令方程余量為0。插值函數(shù)一般由不同次冪的多項式組成，但也有采用三角函數(shù)或指數(shù)函數(shù)組成的乘積表示，但最常用的多項式插值函數(shù)。有限元插值函數(shù)分為兩大類，一類只要求插值多項式本身在插值點(diǎn)取已知值，稱為拉格朗日(Lagrange)多項式插值；另一種不僅要求插值多項式本身，還要求它的導(dǎo)數(shù)值在插值點(diǎn)取已知值，稱為哈密特(Hermite)多項式插值。單元坐標(biāo)有笛卡爾直角坐標(biāo)系和無因次自然坐標(biāo)，有對稱和不對稱等。常采用的無因次坐標(biāo)是一種局部坐標(biāo)系，它的定義取決于單元的幾何形狀，一維看作長度比，二維看作面積比，三維看作體積比。在二維有限元中，三角形單元應(yīng)用的最早，近來四邊形等參元的應(yīng)用也越來越廣。對于二維三角形和四邊形電源單元，常采用的插值函數(shù)為有Lagrange插值直角坐標(biāo)系中的線性插值函數(shù)及二階或更高階插值函數(shù)、面積坐標(biāo)系中的線性插值函數(shù)、二階或更高階插值函數(shù)等。其基本思路和解題步驟(1)建立積分方程，　　根據(jù)變分原理或方程余量與權(quán)函數(shù)正交化原理，建立與微分方程初邊值問題等價的積分表達(dá)式，這是有限元法的出發(fā)點(diǎn)。(2)區(qū)域單元剖分，　　根據(jù)求解區(qū)域的形狀及實(shí)際問題的物理特點(diǎn)，將區(qū)域剖分為若干相互連接、不重疊的單元。區(qū)域單元劃分是采用有限元方法的前期準(zhǔn)備工作，這部分工作量比較大，除了給計算單元和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號和確定相互之間的關(guān)系之外，還要表示節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，同時還需要列出自然邊界和本質(zhì)邊界的節(jié)點(diǎn)序號和相應(yīng)的邊界值。(3)確定單元基函數(shù)，　　根據(jù)單元中節(jié)點(diǎn)數(shù)目及對近似解精度的要求，選擇滿足一定插值條 件的插值函數(shù)作為單元基函數(shù)。有限元方法中的基函數(shù)是在單元中選取的，由于各單元 具有規(guī)則的幾何形狀，在選取基函數(shù)時可遵循一定的法則。(4)單元分析：　　將各個單元中的求解函數(shù)用單元基函數(shù)的線性組合表達(dá)式進(jìn)行逼近；再將 近似函數(shù)代入積分方程，并對單元區(qū)域進(jìn)行積分，可獲得含有待定系數(shù)(即單元中各節(jié)點(diǎn) 的參數(shù)值)的代數(shù)方程組，稱為單元有限元方程。(5)總體合成：　　在得出單元有限元方程之后，將區(qū)域中所有單元有限元方程按一定法則進(jìn) 行累加，形成總體有限元方程。(6)邊界條件的處理：　　一般邊界條件有三種形式，分為本質(zhì)邊界條件(狄里克雷邊界條件 )、自然邊界條件(黎曼邊界條件)、混合邊界條件(柯西邊界條件)。對于自然邊界條件， 一般在積分表達(dá)式中可自動得到滿足。對于本質(zhì)邊界條件和混合邊界條件，需按一定法 則對總體有限元方程進(jìn)行修正滿足。(7)解有限元方程：　　根據(jù)邊界條件修正的總體有限元方程組，是含所有待定未知量的封閉 方程組，采用適當(dāng)?shù)臄?shù)值計算方法求解，可求得各節(jié)點(diǎn)的函數(shù)值。 ANSYS有限元分析軟件 ANSYS簡介ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro