凝汽器下部模塊運(yùn)輸托架承載分析

羅小明 洪增元

摘 要：本文對凝汽器下部模塊運(yùn)輸托架進(jìn)行適當(dāng)簡化后，使用ABAQUS有限元軟件對托架在吊裝過程中的強(qiáng)度進(jìn)行分析計(jì)算，得到托架在吊裝過程中的應(yīng)力和變形分布情況，通過分析計(jì)算結(jié)果，希望能為模塊的吊裝運(yùn)輸提供相關(guān)參考。

關(guān)鍵詞：凝汽器；模塊；托架

中圖分類號：TK264.11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）02-0067-02

Bearing Analysis of the Carriage Bracket of the Lower Part of the Condenser

LUO Xiaoming1 HONG Zengyuan2

（1.Harbin Turbine Company Limited，Harbin Heilongjiang 150046；

2.Harbin Turbine Auxiliaries Engineering Co.， Ltd.，Harbin Heilongjiang 150090）

Abstract： This paper simplified the condenser bottom module transportation bracket， using ABAQUS finite element software bracket strength in the lifting process analysis and calculation， got the bracket in the lifting process of the distribution of stress and deformation， through analysis of calculation results， hope to provide a reference for the transportation and lifting modules.

Keywords： condenser；modular；bracket

凝汽器是驅(qū)動汽輪機(jī)做功后排出的蒸汽變成凝結(jié)水的熱交換設(shè)備。為減少現(xiàn)場焊接工作量，一般會采用模塊發(fā)貨運(yùn)輸。下部模塊吊裝放置在托架后一同運(yùn)輸發(fā)貨。托架由工字鋼及軸式吊耳組成，為防止托架在吊裝過程中出現(xiàn)安全問題，需要對托架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行分析。本文通過ABAQUS有限元軟件對托架在吊裝過程中的強(qiáng)度進(jìn)行分析計(jì)算，以期對模塊的吊裝運(yùn)輸提供參考。

1 模型

托架模型可以看成由兩部分組成：一部分是工字鋼焊接而成的井字架，一部分是軸式鋼管穿過工字鋼焊接用作吊耳。由UG建立的托架模型如圖1所示。為方便起見，這里先計(jì)算工字鋼架的強(qiáng)度，只在吊耳處設(shè)置一點(diǎn)，用以模擬吊索對托架的起吊點(diǎn)。

托架承受來自凝汽器下部模塊的重力和自重。下部模塊加槽鋼總重為100t，托架重8t。對模型托架上表面施加等效下部模塊重力的壓強(qiáng)，通過計(jì)算得到約為0.082 3MPa，托架受自身重力載荷（施加壓強(qiáng)將不考慮模塊與托架之間的摩擦相互作用，由于模塊與托架之間摩擦力的存在，將會對托架整體的剛性有所增強(qiáng)）[1]。由于吊索吊運(yùn)，在吊耳鋼管圓形處設(shè)置點(diǎn)上施加鉸接約束，用來模擬吊索拉力。邊界條件圖如圖2所示。

2 結(jié)果分析

2.1 應(yīng)力分布

圖3為托架應(yīng)力分布圖。從圖3中可以看出，在模塊重力和托架自身重力共同作用下，最大的應(yīng)力發(fā)生在底部中間工字鋼的下表面工字鋼交叉焊接部位，大小為197.2MPa，此處屬于結(jié)構(gòu)突變部位，包含應(yīng)力集中。

JB 4732—1995《鋼制壓力容器——分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求[σmax≤3Sm=3×116=348MPa]。這個的最大應(yīng)力值[σmax=197.2MPa<3Sm]，滿足強(qiáng)度要求。

2.2 變形情況

圖4為托架變形圖。從圖4中可以看出，最大變形在最內(nèi)側(cè)工字鋼上，最大變形約為15.50mm，考慮起吊模塊的重量和托架自重以及工字鋼的長度，變形在可控范圍內(nèi)。

2.3 改進(jìn)措施

考慮到起吊的安全，對托架的結(jié)構(gòu)有更高的要求，控制過大的變形出現(xiàn)和防止起吊過程不會發(fā)生破壞，故需要對托架結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)。通過前面的計(jì)算發(fā)現(xiàn)，由于鋼管沒有在軸線方向上貫通，8個吊耳及其鋼管與工字鋼的連接部位成為起吊過程中的主要受力部位，因此采取的主要加強(qiáng)方法就是通過在吊耳軸線方向上加焊工字鋼，提高托架在這一方向上的慣性矩，達(dá)到增大剛度的目的。改進(jìn)方案如圖5所示。

在吊耳軸線增加工字鋼能夠有效減輕托架變形，由未加工字鋼時的15.50mm減小為11.56mm。值得注意的是，在起吊過程中，上部模塊由于自身的剛性較強(qiáng)，會對托架的變形有限制的作用，因此托架實(shí)際變形會比計(jì)算結(jié)果稍小，如圖6所示；最大應(yīng)力為219MPa，出現(xiàn)在吊耳軸線工字鋼加焊鋼板的方案中的吊耳鋼管與工字鋼連接位置，此處屬于結(jié)構(gòu)突變部位，包含應(yīng)力集中。在JB-4732標(biāo)準(zhǔn)中要求[σmax≤3Sm=3×116MPa=348MPa]。最大應(yīng)力值[σmax=219MPa<3Sm]，滿足強(qiáng)度要求[2]。

3 結(jié)語

通過計(jì)算我們得到了托架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和位移分布情況，計(jì)算結(jié)果表明，在托架和模塊一起吊裝過程中，托架的強(qiáng)度也滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠安全起吊。根據(jù)計(jì)算結(jié)果云圖，8個吊耳位置為起吊點(diǎn)，吊耳軸線鋼管及工字鋼承受是主要受力部位，加強(qiáng)方案在對向吊耳軸線上增加工字鋼可有效減小吊耳與工字鋼焊接位置的應(yīng)力，提高該方向上的剛度，進(jìn)而達(dá)到減小這一區(qū)域應(yīng)力的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]張卓澄.大型電站凝汽器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

[2]王勖成，邵敏.有限單元法基本原理和數(shù)值方法[M].北京：清華大學(xué)出版社，1997.