低壓補(bǔ)汽閥支撐結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

　　分析了某機(jī)組中雙壓汽輪機(jī)的低壓蒸汽管道用補(bǔ)汽閥門支撐結(jié)構(gòu)存在的問題，采用模擬的方法探討了低壓補(bǔ)汽閥在不同方案下閥桿支撐結(jié)構(gòu)處的受力和熱位移，以及閥后管道對汽輪機(jī)接口產(chǎn)生的推力和推力矩，改進(jìn)了閥門的支撐結(jié)構(gòu)，不僅便于管道應(yīng)力計(jì)算書的編寫，還滿足了汽輪機(jī)接口力和力矩的要求。

1、概述

　　管道的應(yīng)力計(jì)算是計(jì)算管道在受熱膨脹后產(chǎn)生的二次應(yīng)力對管道本身及所連接的設(shè)備產(chǎn)生的影響。然而一些特殊的支吊形式無法正確寫進(jìn)應(yīng)力計(jì)算書。本文針對一種無法正確寫進(jìn)應(yīng)力計(jì)算書的特殊閥門的支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論，探討其解決方法。

2、問題分析

　　某機(jī)組采用雙壓汽輪機(jī)進(jìn)汽，即進(jìn)汽分為高壓蒸汽和低壓蒸汽，低壓蒸汽管道是從余熱鍋爐低壓汽包引出后進(jìn)入汽輪機(jī)低壓進(jìn)汽口做功的管段。從補(bǔ)氣閥所在系統(tǒng)分析，設(shè)計(jì)范圍是從鍋爐低壓汽包出口至補(bǔ)汽閥前( 圖1) 。補(bǔ)汽閥由閥門廠家設(shè)計(jì)供貨，并自配支撐附件。由于補(bǔ)汽閥的支撐結(jié)構(gòu)特殊( 圖2) ，閥體中心由4 個(gè)支桿支撐，閥門可以前后方向產(chǎn)生較大的熱位移，產(chǎn)生前后熱位移的同時(shí)也產(chǎn)生一個(gè)垂直方向的熱位移，垂直方向的熱位移受支桿偏轉(zhuǎn)角度的影響。如果閥桿允許，閥體還可以隨著管道的熱位移在閥門側(cè)方向上產(chǎn)生較小的熱位移。因此，該管段的應(yīng)力計(jì)算范圍應(yīng)該是從鍋爐低壓汽包出口至補(bǔ)汽閥，再從補(bǔ)汽閥到汽輪機(jī)低壓蒸汽進(jìn)口的所有低壓蒸汽管道( 圖3) 。

圖1 補(bǔ)汽閥所在系統(tǒng)

圖2 補(bǔ)汽閥

圖3 應(yīng)力計(jì)算范圍

　　因?yàn)檠a(bǔ)汽閥由兩組鉸鏈?zhǔn)街�桿支撐，其與常規(guī)應(yīng)力計(jì)算書里的支吊架形式不同。為了使低壓補(bǔ)汽管道受力均勻，對汽輪機(jī)接口的推力和推力矩合理，不僅管道的布置及常規(guī)支吊點(diǎn)設(shè)計(jì)合理，更主要的是處理好低壓補(bǔ)汽閥的支吊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使補(bǔ)汽閥的兩組支桿能夠正確合理的體現(xiàn)該管段的熱態(tài)受力。

3、模擬分析

　　方案1。將補(bǔ)汽閥的兩組支桿模擬成兩組滑動(dòng)支架，得到的結(jié)果是第一組支桿失重，熱位移結(jié)果見表1。由于模擬的第一組支桿失重并且Y 方向存在熱位移，說明該方案不成立，因此不能采用。

表1 滑動(dòng)支桿處熱位移mm

　　方案2。將補(bǔ)汽閥的兩組支桿模擬成兩組X 向?qū)�向支架，得到的結(jié)果見表2 ～ 表4。

表2 導(dǎo)向支架處荷載N

表3 導(dǎo)向支架處熱位移mm

表4 導(dǎo)向支架對汽輪機(jī)補(bǔ)汽口推力及推力矩

　　計(jì)算可知，導(dǎo)向支架結(jié)構(gòu)對汽輪機(jī)補(bǔ)汽口產(chǎn)生的合推力ΣF = 47 241N > Fr = 10 500N，合力矩ΣM= 15 982N·m > Mr = 15 000N·m。Fr為汽輪機(jī)補(bǔ)汽進(jìn)口所能承受的最大力，Mr為汽輪機(jī)補(bǔ)汽進(jìn)口所能承受的最大力矩。分析模擬方案2，雖然熱位移與支桿的運(yùn)動(dòng)形式符合工況要求，但是荷載過大，對汽機(jī)接口的推力和推力矩也超過了接口允許的范圍，因此該方法不合理。

　　方案3。將補(bǔ)汽閥的兩組支桿模擬取消，利用原支桿螺孔安裝常規(guī)支吊架，將第一組支桿改為常規(guī)滑動(dòng)支架，將第二組支桿改為常規(guī)彈簧吊架( 圖4) ，所得結(jié)果見表5 ～表7。

圖4 補(bǔ)汽閥支吊架支撐結(jié)構(gòu)

表5 支吊架處荷載N

表6 支吊架處熱位移mm

表7 支吊架對汽輪機(jī)補(bǔ)汽口推力及推力矩

　　計(jì)算可知，支吊架結(jié)構(gòu)對汽輪機(jī)補(bǔ)汽口產(chǎn)生的推力合力ΣF = 7071N < Fr = 10500N。推力產(chǎn)生的合力矩ΣM = 14725N·m < Mr = 15000N·m。

4、結(jié)語

　　分析模擬結(jié)果可知，雖然方案3 改變了原有的支撐形式，重新設(shè)計(jì)了支吊架，但是支吊架產(chǎn)生的荷載、熱位移和對汽機(jī)接口產(chǎn)生的推力和推力矩均合理。因此，工程中采用方案3，既解決了補(bǔ)汽閥的支桿難以進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算的問題，又保證了汽輪機(jī)補(bǔ)汽口受力合理，同時(shí)也為帶有支桿支撐閥門的管道提供了應(yīng)力計(jì)算的合理又簡單的方法。