Page 94 - 理化检验-物理分册2021年第四期

刘 明, 等: 管道支吊架管夹变形原因

图 1 管夹变形示意图

Fi g 1 Dia g ramof p i p eclam pdeformation
表 1 吊点及对应支吊架的设计信息 图 2 管夹的有限元网格模型

Tab 1 Desi g ninformationofliftin gp ointandcorres p ondin ghan g er Fi g 2 Finiteelementmeshmodelof p i p eclam p
支吊架类型 工作载荷 / N 结构载荷 / N 管夹型号 1.2.2 分析工况及材料参数
考虑到运行热态下管夹材料的承载强度更低,

双拉杆弹簧吊架 58612 87920 D9.469H
在此重点对运行热态下的结构受力分布情况进行分
测量, 测量数据显示该管夹大体是依照支吊架手册 析, 假定整个模型处于运行温度状态下( 取主蒸汽管

道的设计温度 540 ℃ ), 根据管道及管夹材料类型,
中的 D9.480H ( C=1250 ) 型尺寸进行下料制造的。
目前还没有标准规范对管夹的变形范围有具体 采用线弹性本构模型, 分别输入对应材料的参数, 如
表 3 所示。
的规定, 因而也无法判定该变形情况是否满足要求。
表 3 运行温度下管道及管夹材料的参数
由于该主汽管道上还有多组立管吊架, 为准确分析

Tab 3 Parametersof p i p eandclam pmaterialsat
管夹变形的详细原因, 评判管夹变形的危害程度, 避
o p eratin g tem p erature
免给机组运行带来安全隐患, 笔者对该立管管夹进
部件 材料 密度 /( k g · m ) 弹性模量 / MPa 泊松比
3
行了成分分析和受力情况仿真分析。

管道 A335P91 钢 7850 171500 0.3

1 理化检验 管夹 12Cr1MoV 钢 7850 157500 0.3

1.1 化学成分分析
1.2.3 边界条件
该管夹与主蒸汽管道直接接触、 属于高温部件,
将管夹与管道的接触面设置为刚性接触, 根据
按 照 设 计 图 纸 及 支 吊 架 手 册 要 求, 应 该 选 用
模型的对称特征, 在管道两组对称面上设置法向约
12Cr1MoV 钢 材 料, 现 场 采 用 ARL8860 型 直 读 式
束( 包括 M2 螺栓中心点), 管道上表面的竖直向位
光谱仪对管夹材料进行了化学成分分析, 分析结果
置设置为零。 M1 螺栓是承受该吊点重力载荷的螺
表明材料化学成分正常, 详细结果见表 2 。
栓, 对管夹无法向约束作用, 在此保持 M1 螺栓中心
表 2 管夹的化学成分( 质量分数)
点自由位移状态。在 M1 螺栓的中心点位置添加竖

Tab 2 Chemicalcom p ositionsofthe p i p eclam p massfraction %
直向上的载荷 14653N ( 吊点工作载荷的 1 / 4 ), 管
元素 Cr Mn Mo V Cu
道内表面施加内压载荷 17.5MPa , 整个模型添加重
实测值 0.94 0.44 0.32 0.17 0.18 力载荷。
1.2.4 计算结果
标准值 0.90~1.20 0.40~0.70 0.25~0.35 0.15~0.30 ≤0.30
计算所得的最大主应力 ( 最大拉应力) 云图如
1.2 有限元分析 图 3 所 示,计 算 结 果 显 示 管 夹 最 大 拉 应 力
1.2.1 计算模型 124.0MPa , 位于管夹内折弯角外表面, 最大应力未

根据结构实际布置形式, 按照各部件实际尺寸 达到材料屈服强度, 说明采用线弹性本构模型进行
建立三维实体模型, 考虑到该管夹及管道结构的对 计算是可行的。
称性, 在此只建立四分之一结构模型, 管夹的两个螺 计算所得的竖直向最大位移( 相对变形) 云图如
栓 M1 和 M2 螺栓采用简化的刚性梁约束代替, 三 图 4 所示, 计算结果显示 M1 螺栓处的最大变形量

维有限元模型如图 2 所示。整个模型共划 分单元 在 2.0mm 左 右,远 小 于 现 场 实 际 测 量 数 值

40932 个, 全部采用六面体单元, 管夹处网格加密。 ( 15.0mm )。
7 8