《空冷机组研究.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《空冷机组研究.ppt（18页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、组员 房小龙 吴顺永 张智勇 张小鹏 王杰 史建业 王英镐 武少华 申校昌 组长 田国强,1000MW直接空冷机组排汽管道结构强度分析,引言,直接空冷技术最早于1939年应用于欧洲。其主要原理是取代冷却塔，将汽轮机排汽管引至室外布置的有一定高度的空冷平台，进入带翅片的空冷凝汽器管束内，利用空冷风机向上的鼓风将蒸汽直接凝结成水，冷凝水从管束流至收集系 统至冷凝水箱，通过凝结水泵将水送入热力系统循环使用。利用空气将汽轮机排汽冷凝成水使原来的循环冷却水蒸发和排污损失为零，大大节省了用水量，该项技术尤其适合于我国富煤缺水的“三北”地区。图1所示为其工作流程图。,1研究现状,近几年直接空冷发电技术在国内
2、发展十分迅速。2003年，山西大唐国际云冈热电有限责任公司2x200MW直接空冷机组投运。2004年秋，山西漳山发电有限责任公司2台300MW直接空冷机组投运。2005年，大同二电厂2台600MW直接空冷机组投运。2006年，山西武乡、内蒙古上都、陕西锦界3家空冷电厂均投运了2x600MW亚临界直接空冷机组，2007年6月宁夏灵武电厂投运了1台600MW亚临界机组。至此，我国火电600MW亚临界直接空冷机组得到广泛应用。截至到2007年3月份，已投产和正在建设的空冷机组项目有110个，涉及95个电厂，装机总容量达59000MW(其中包括间接空冷部分)。而日前国外投运机组容量最大的电厂有南非马廷
3、巴电厂(665MW机组，采用机械通风型直接空冷系统)和南非肯达尔电厂(686MW机组，采用表面式凝汽器的自然通风空冷塔间接空冷系统)。,2研究方法,空冷岛排汽管道系统是大直径薄壁负压管道系统管道的最大直径达DN7600，管道结构复杂。除管道外，还有导流板、补偿器、支吊架等局部复杂结构。其承受的载荷也很复杂，受自重、管内负压、温度、沉降差、蒸汽流动动反力、风载等多种载荷共同作用。这些载荷复杂并且交互耦合用难以用实验方法或者解析方法对其结构强度进行分析。因此，应用有限元法来分析管道系统应力场分布，确定管件系统的危险部位，对其强度进行校核是最有效、最可行的。【有限元建模的总则是根据工程分析的精度要求
4、,建立合适的,能模拟实际结构的有限元模型 】,有限元模型,根据管道系统原始图纸，全尺寸建立模型，如图所示。直接空冷排汽管道是大直径薄壁管道，选用shell63单元划分管道。使用combinel4，beam4和mass21单元共同作用模拟膨胀节。在验证shell单元的合理性时，应用ANSYS的子模型技术(即用solid单元代替shell单元进行局部建模)对模型的管道三通处进行建模得到的结果说明，二者结果相近。有限元模型单元306499个。节点数236298个。,3分析影响管道强度的因素,(1)约束及弹簧支吊力 本管道系统采用水平管固定，底座恒力支撑的支吊方式。在支吊架上设置有限位销。根据实际约束
5、条件施加管道约束。采用冷态吊零的方式，在有限元中得到恒力支撑力和弹簧位置的支吊力，设置弹簧单元的初始安装位移。 (2)内压 空冷排汽管道中汽轮机排汽，处于真空状态，考察极端负压施加01MPa内压力。 (3)温度 按正常运行工况50，最高温度120，最低温度40，设置管道系统的壁温。由于温度变化，与管道系统相连接的汽轮机排汽装置和空冷平台也会发生热位移，因此在管道接口处施加相应热位移。,(4)蒸汽流动动反力 蒸汽在管道中随着管道的走向流动，会发生动量变化，施加给管道动反力。为了减小蒸汽扰动，在管道弯头处设置导流板，动反力施加在导流板上。 (5)沉降差 空冷平台与汽轮机位于两个基础结构上，因此可能
6、产生沉降差。沉降差在工程中需根据实际的地基土物理特性、地基处理方式与土建专业协商确定。排汽装置接口和空冷岛之间沉降差分别取正负号，与正常运行工况叠加。 (6)风载 按照建筑结构荷载规范GB500092001，同时参考ASCE 7-2005规范，垂直于露天 管道表面的风荷载标准值按下述公式计算： Wk=A X zszWo,式中： Wk一风荷载标准值，KN W0基本风压按50年一遇10米高10分钟平均最大风速所相应的风压 A一安全系数 z-z高度处的风振系数 s。一风荷载体型系数 z，一高度系数 根据地面粗糙度等级和高度系数，可以应用公式(1)得出不同高度的风压与高度的关系如图。风荷载水平X，水平
7、y方向及x和Y同时作用，各取正负值工况分别与运行工况叠加。,（7）地震是通过施加不同方向的加速度实现的，其地震方向：水平方向X，水平方向Y，水平方向X，Y同时作用，分别取运行工况与正负工况叠加。,4强度校核结果与分析,4-1应力评判标准,钢制压力容器分析设计标准JB 4732-95(中华人民共和国行业标准)，可得到表2的基于弹性计算评判标准的应力极限根据,4-2工况计算结果【根据上述各种影响因素进行不同方式的组合得到16个典型工况简要说明】,考虑到只要整体结构的最大应力小于应力极限就可以满足整体结构满足强度要求，故只提 取了各工况出现的最大应力值。其结果图5所示。,图5中，应力极限I表示一次应
8、力的应力极限，应力极限H为一次加二次应力的应力极限。 该图可以看出: (1)各工况一次应力，(一次+二次)应力均在许用应力极限值之下，即均满足要求。 (2)当沉降与风载结合后，应力水平并没有明显的增大。这说明，正负极端温度下由沉降引起的最大应力是非常大的，经分析得知，其原因是在高温时，管道向上膨胀，当与正沉降结台对，必然导致最大应力增大；反之，即低温负沉降时情况恰恰橱反- (3)工况10中的一次薄膜最大应力为183MPa，已经很接近其应力极限186MPa，且发生在平衡管和主管道接13位置，经过分析得知，可能是由于该处平衡管与主管道的直径相差很大，导致在温度变化时，互相之间的膨胀量差异很大，产生
9、应力集中。 (4)通过对各个工况最大应力点出现的位置进行分析还发现，各个工况的最大应力点基本都发生在平衡管和主管道的接El处，可以通过改变平衡管和主管道接1：3的连接方式降低应力集中。,结论,模拟风载等各种类型的载荷条件，并根据规范进行校核，结果表明沉降和温度对整体结构的应力影响较大。在局部应力集中处，即平衡管和主管道接口，可以尝试使用坡口连接方式而降低应力集中，从而得到最佳的优化方案。同时计算结果可以提取出典型位置的位移，支反力和弯矩值，分析这些数据对于排汽管道的设计具有重要的参考价值。此外，模态分析结果显示整体结构相对来说自振频率较大，整体结构刚度大。强度分析结果表明，排汽管道整体设计满足钢制压力容器分析设计标准。由于排汽管道系统结构庞大，对其的分析和校核无法通过实际的现场实验来完成，故有限元法是目前所能采取的最有效方法之一。,作者简介：雷平和（1956-）男，副总工程师，教授级高级工程师，长期从事火力发电厂研究和项目管理工作。地址：北京黄守大街甲24号。出自中国电机工程学会火电分会空冷专委会第五届学术年会论文集,讲完了，谢谢大家,