【正文】 力。因此，確定汽水管道的安全性時不僅要考慮其材料性能，還應(yīng)考慮管道的實際應(yīng)力情況。在管道安裝完畢后，管道布置和管道尺寸已經(jīng)固定，因而其內(nèi)壓應(yīng)力是確定的。管道是動力、石油、化工、電力等裝置的重要組成部分之一。管道支吊架設(shè)計又是管道設(shè)計的重要任務(wù)之一。管道支吊架設(shè)計不當(dāng)，會使管道系統(tǒng)在運行中損壞管道組成件，更嚴(yán)重的使設(shè)備受損或運行中被迫停車，應(yīng)引起管道支吊架設(shè)計者的重視在設(shè)計中，合理布置和正確選擇支吊架對管道和設(shè)備安全運行起到重要作用。熱電機組長時期運行后，由于安裝及維護等原因，管道支吊架存在較多管系安全問題，本文對機組管道支吊架提出整改方案。管道系統(tǒng)一般由主管線和支管線組成，因而管道的空間走向和受載情況十分復(fù)雜，致使管道應(yīng)力分析十分復(fù)雜。管道支吊架的狀態(tài)好壞直接影響管道的實際應(yīng)力情況。正確合理地選用支吊架,使管道局部產(chǎn)生小變形,就能降低二次應(yīng)力,使管系適應(yīng)變形的需要。在設(shè)計過程中，對于簡單的管道系統(tǒng)按管道布置導(dǎo)則設(shè)計即可滿足設(shè)計要求，但對于復(fù)雜管道系統(tǒng)則需要借助于有限元法進行管道系統(tǒng)的應(yīng)力分析，根據(jù)計算結(jié)果不斷地調(diào)整支吊架設(shè)計才能達到設(shè)計要求。從管道支承的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系等方面考慮，管道支吊架有管部附著件、連接配件、特殊功能件、輔助鋼結(jié)構(gòu)及生根件等組成。結(jié)構(gòu)形式主要有懸吊式、支承式和并聯(lián)懸吊支承式。 整定式彈簧支吊架有兩大系列，主要是由西北電力設(shè)計院設(shè)計的TTTTT5型和華東電力設(shè)計院設(shè)計的THTHTH3型，兩系列的基本特性相同，廣泛用于電力、冶金、化工、石油、紡織等工業(yè)，在運行中產(chǎn)生熱位移的管道系統(tǒng)及其設(shè)備裝置。 本吊架適應(yīng)荷載范圍為200～210000N，適用熱位移量為480、90、1135mm，使用溫度范圍40℃～120℃。 (二)、結(jié)構(gòu)形式和型號表示方法： TH1A(T1)為單耳連接吊架彈簧； TH1C為螺紋連接吊架彈簧； TH3(T4)主要用于擱置在基礎(chǔ)、鋼梁、樓板上； 支吊架布置設(shè)計基本原理管道支吊架是管道系統(tǒng)的重要組成部分。在火力發(fā)電廠工程設(shè)計中,其工作量占管道施工圖設(shè)計工作量的30%60%。在有大量工藝管道,特別是熱力管道的工廠設(shè)計中,管道支吊架設(shè)計常常成為工程設(shè)計的瓶頸,制約著設(shè)計進度。(1)管道支吊架設(shè)計存在大量的重復(fù)勞動,工程設(shè)計人員往往要經(jīng)常查閱標(biāo)準(zhǔn)手冊,耗費了大量的時間,不能集中精力于支吊架的布置和鋪設(shè)。(2)一旦管道尺寸和類型發(fā)生改變,工程人員要重新查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對管道支吊架要重新設(shè)計,不能做到支吊架自動更新。(3)現(xiàn)有的管道支吊架設(shè)計軟件缺乏設(shè)計中干涉檢查和處理功能。(4)設(shè)計、分析和優(yōu)化一般在不同軟件中進行,設(shè)計參數(shù)不能進行自動的連接和更新,使得優(yōu)化的結(jié)果不能反映到支吊架幾何模型。在復(fù)雜的管道系統(tǒng)中，支吊架位置的確定與功能選擇主要受到下列因素影響：管道自身重力、閥門和組件的重力、管道熱膨脹、錨固點位移、內(nèi)部或外部激勵載荷、環(huán)境溫度及支吊架制造和安裝。重復(fù)計算，研究管道應(yīng)力、支架反力及特殊點的位移。當(dāng)多次調(diào)整后仍不能滿足規(guī)范要求，則有必要修改管道走向，然后重復(fù)上述過程，直到滿足規(guī)范要求。在工作狀態(tài)下，管道要承受來自內(nèi)壓、自重和其他持續(xù)外載（包括支吊架反力等）和熱脹、冷縮或其他位移受約束時產(chǎn)生的一次應(yīng)力及因管道變形受約束而產(chǎn)生的二次應(yīng)力。一次應(yīng)力是指管道在內(nèi)壓、自重和其它持續(xù)外載(包括支吊架反作用力等)作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力。 一次應(yīng)力分析一次應(yīng)力是由于外力荷載而使管道產(chǎn)生的正應(yīng)力和剪應(yīng)力,其必須滿足外部和內(nèi)部力或力矩的平衡法則。因此,要嚴(yán)格限制一次應(yīng)力的數(shù)值,使其控制在相應(yīng)的許用應(yīng)力范圍之內(nèi)。 二次應(yīng)力分析二次應(yīng)力是由于管道變形受約束而產(chǎn)生的正應(yīng)力和剪應(yīng)力,其本身不是直接與外力相平衡的,具有自限性的特點,即當(dāng)局部屈服或產(chǎn)生小量塑性變形時,就能使工作狀態(tài)下的熱脹應(yīng)力降下來。因此,對于二次應(yīng)力的限定,并不是指一個時間的應(yīng)力水平,而是指交變的應(yīng)力范圍和交變的循環(huán)次數(shù)。而管道變形受約束而產(chǎn)生的二次應(yīng)力，其本身不是直接與外力相平衡的，當(dāng)局部屈服或產(chǎn)生小量塑性變形時，就能使工作狀態(tài)下的熱脹應(yīng)力降下來，只有在多次重復(fù)交變的情況下，才導(dǎo)致管道和附件產(chǎn)生疲勞破壞。通過應(yīng)力分析發(fā)現(xiàn)決定管道系統(tǒng)應(yīng)力水平的關(guān)鍵因素是管道運行壓力、運行溫度、管道布置和支吊架狀態(tài)。在役機組管道布置及特性已定。 管道支吊架的狀態(tài)檢驗機組經(jīng)過長期運行和反復(fù)啟停, 加上原始設(shè)計、制造、安裝等方面可能存在的問題, 管道支吊架狀態(tài)會發(fā)生變化。這些問題的存在必然會改變支吊架載荷的合理分布, 惡化管道和機組的運行環(huán)境。管道支吊架狀態(tài)的正常與否，將直接影響管系應(yīng)力水平的高低，影響管系的長期、安全、經(jīng)濟運行。通過支吊架調(diào)整改善管道的一次應(yīng)力與二次應(yīng)力水平,使管系應(yīng)力處于均衡狀態(tài),以期改善管道及機組支吊架的運行狀況,達到機組安全運行、延長管道壽命的目的。 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。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，威脅機組的安全運行。（1）審核管道支吊架運行資料 審核管道支吊架圖紙，包括管道安裝圖、支吊架圖、運行資料等。（2）管道支吊架現(xiàn)場總體狀態(tài)檢驗記錄損傷或劣化的證據(jù)。記錄大幅度的沖擊荷載uo劇烈振動的證據(jù)。（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。 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。如透平機的蒸汽管道，低點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，這樣易造成機器損壞，或?qū)е缕溥\行不正常。，設(shè)計時要求計算反力及傾覆力矩，核算放空管的強度放空管末端部型式不同，對支架的設(shè)置要求亦不同。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。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。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。兩相流的管道還應(yīng)考慮水錘的可能性。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)。管系應(yīng)力分布不變法保持原管系應(yīng)力設(shè)計不變,即各點所承受的設(shè)計荷載不變,對管系支吊架進行調(diào)整。(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際承受荷載。(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際荷載。(3)將各吊點的實際承受荷載與設(shè)計荷載相比較，對不符合設(shè)計要求的吊點進行調(diào)整,使其符合設(shè)計值。 對管系應(yīng)力進行重新設(shè)計,如在管系適當(dāng)位置設(shè)置剛性吊點。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。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。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。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??；在配置法中，先在計算域 內(nèi)選取N個配置點 。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)。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。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。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式，這是有限元法的出發(fā)點。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)點進行編號和確定相互之間的關(guān)系之外，還要表示節(jié)點的位置坐標(biāo)，同時還需要列出自然邊界和本質(zhì)邊界的節(jié)點序號和相應(yīng)的邊界值。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。(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 行累加，形成總體有限元方程。對于自然邊界條件， 一般在積分表達式中可自動得到滿足。(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)點的函數(shù)值。由世界上最大的