董 雷，康豫軍，衛(wèi)大為，吳曉俊，鄭軍超，蔣建輝，李 亮

（1.西安熱工研究院有限公司，西安市，710032；2.西北工業(yè)大學(xué)，西安市，710072）

0 引言

在管系上選擇適當(dāng)?shù)臏p振點并安裝剛性拉撐桿，通過調(diào)整拉撐桿長度對管道施加適當(dāng)位移載荷，達(dá)到在管系上增加節(jié)點、提高管系固有頻率，降低管道振動的目的。對管道進(jìn)行治理時，一般通過靜力計算保證管道應(yīng)力合格，但管道振動作用在拉撐桿上的動態(tài)載荷譜和安全性未見研究報道[1-6]。本文以某核電站650MW機(jī)組常規(guī)島主蒸汽及旁路管道為研究對象，對剛性拉撐桿進(jìn)行了動載荷測量與結(jié)構(gòu)安全性分析。

1 動態(tài)載荷測量

動態(tài)應(yīng)變測試儀采樣速度快、頻響范圍寬，可用于測試振動或沖擊物體的應(yīng)變。管道的動載荷測量原理如圖1、2所示，其中布片連線方式為全橋（4個工作片），適用于測量拉、壓應(yīng)變，可消除桿件的彎曲、溫度效應(yīng)。

動載荷測量是在機(jī)組滿負(fù)荷運行情況下進(jìn)行的。測量對象為主蒸汽管道5a點x向剛性拉撐桿和10a點x向剛性拉撐桿，拉撐桿截面為φ114×22 mm；旁路蒸汽管道24a點x向剛性拉撐桿，拉撐桿截面為φ57×10 mm。拉撐桿載荷分為4類：

（1）靜態(tài)載荷Ps是為了達(dá)到減振效果由拉撐桿預(yù)置加給管道的靜態(tài)作用力。其中為應(yīng)變平均值；E20為拉撐桿材料20℃時的彈性模量，MPa；A為拉撐桿截面積，m2。

（2）動態(tài)載荷有效值Pdrms是振動管道反作用于拉撐桿的動態(tài)力的有效值，Pdrms= εdrms×E20×A，其中εdrms為應(yīng)變真有效值。

（3）最大載荷Pp是拉撐桿所受最大瞬態(tài)載荷，Pp= εmax×E20×A，其中εmax為應(yīng)變最大值。

（4）最大動態(tài)載荷Pdmax是拉撐桿所受最大動態(tài)載荷，Pdmax= εpp×E20×A，其中εpp為應(yīng)變動態(tài)峰峰值[7-9]。

主蒸汽管道5a點、10a點及旁路蒸汽管道的受力情況如表1、2所示。由表1、2可知：（1）主蒸汽管道5a、10a點的拉撐桿最大應(yīng)力分別為9.8 MPa、9.2 MPa，旁路蒸汽管道24a點的拉撐桿最大應(yīng)力為19.2 MPa，管道的最大應(yīng)力較低；（2）而主蒸汽管道5a點、10a點剛性拉撐桿的實際最大載荷分別為62.3 kN和57.3 kN，都低于主蒸汽管道的剛性拉撐桿額定載荷200 kN，旁路蒸汽管道24a點剛性拉撐桿的實際最大載荷為28.7 kN，低于旁路蒸汽管道的剛性拉撐桿額定載荷48 kN；（3）主蒸汽管道5a點、10a點的最大動態(tài)載荷為靜態(tài)載荷的32.2%和35.3%，拉撐桿的最大載荷、靜載荷與拉撐桿額定載荷相比也較低，拉撐桿穩(wěn)定性和安全性滿足要求[10]。

表1 剛性拉撐桿受力狀況Tab.1 Stress condition of rigid strut

表2 主蒸汽管道5a點、10a點的x向剛性拉撐桿應(yīng)變及載荷Tab.2 Strain and loads of x-direction rigid strut at point 5a and 10a of the main steam pipes

2 管道安全性分析

調(diào)節(jié)剛性拉撐桿長度至管道減振效果最佳，以此時施加在管道上的位移載荷為邊界條件（見表2、3），計算管系應(yīng)力變化情況并進(jìn)行安全性分析。主蒸汽、旁路蒸汽管道應(yīng)力計算結(jié)果見表4。由表4可知：主蒸汽管道上安裝剛性拉撐桿后，管道一次應(yīng)力和二次應(yīng)力均基本不變，應(yīng)力合格；旁路蒸汽管道設(shè)置剛性拉撐桿后，管道一次應(yīng)力不變，二次應(yīng)力由157.62 MPa升高到206.33 MPa，應(yīng)力比升高了18.67%，應(yīng)力合格。

表3 旁路蒸汽管道24a點x向剛性拉撐桿應(yīng)變及載荷Tab.3 Strain and loads of x-direction rigid strut at point 24a of the bypass steam pipes

表4 主蒸汽管道、旁路蒸汽管道加載剛性拉撐桿前后的最大應(yīng)力值Tab.4 The max.stress of main steam pipe and bypass steam pipe before and after loading rigid strut

3 結(jié)論

（1）拉撐桿對主蒸汽管道施加的最大載荷為62.3 kN，動載荷為19.8 kN；拉撐桿對旁路蒸汽管道施加的最大載荷為28.7 kN，動載荷趨近于0，各種載荷遠(yuǎn)低于拉撐桿額定載荷，剛性拉撐桿應(yīng)力和穩(wěn)定性是安全的。

（2）主蒸汽管道上設(shè)置剛性拉撐桿后，管道一次應(yīng)力和二次應(yīng)力均基本不變，應(yīng)力合格；旁路蒸汽管道設(shè)置剛性拉撐桿后，管道一次應(yīng)力不變，二次應(yīng)力的應(yīng)力比升高18.67%，管道應(yīng)力合格。

（3）在使用其他剛性（或類似剛性）減振裝置降低管道振動時，如可調(diào)節(jié)頂絲結(jié)構(gòu)、減振框架、液壓阻尼器、隔而固黏性阻尼器等，其應(yīng)用情況類似，管道及減振裝置是安全的。

[1]王 鵬，曹 海，于海東，等.托電8號爐主蒸汽管道振動治理[J].華北電力技術(shù)，2009（S1）：4-6.

[2]張敬銘.主蒸汽管道振動分析[D].重慶：重慶大學(xué)，2003.

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[6]喬妍琦，張林風(fēng)，王國貴，等.消除大型火電廠管道振動的研究[J].中國電力，2001（6）：10-13.

[7]應(yīng)懷樵.波形和頻譜分析與隨機(jī)數(shù)據(jù)處理[M].北京：中國鐵道出版社，1985.

[8]倪振華.振動力學(xué)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1989.

[9]張如一，陸耀楨.實驗應(yīng)力分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1980.

[10]DLT 5366—2006火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計算技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2006.