蒸汽管路及閥門應(yīng)力特性仿真及數(shù)值模擬研究.pdf

1、蒸汽管道在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用普遍，是動力系統(tǒng)的重要組成部分，其運行過程中可能會在局部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力集中或破壞，因此其工作狀態(tài)下的穩(wěn)定性與安全性是研究熱點。本文針對蒸汽管路系統(tǒng)，利用CAESAR II軟件先對整個管路系統(tǒng)進(jìn)行仿真，得到系統(tǒng)在不同工況下的整體應(yīng)力情況；再利用軟件 Workbench對系統(tǒng)中局部管路元件如異徑管、T型三通管以及閥門進(jìn)行流固耦合分析，通過加載水力、熱力、約束等邊界條件，得到管路局部元件和閥門的應(yīng)力分布，并研究不同溫度、壓

2、力及結(jié)構(gòu)對應(yīng)力分布的影響。
　　根據(jù)某動力系統(tǒng)蒸汽管路，在CAESAR II中進(jìn)行先幾何模型的建立，再加載邊界條件以及設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，然后進(jìn)行靜力分析，得到管路系統(tǒng)各節(jié)點在持續(xù)荷載如內(nèi)壓、自重和彈簧吊架作用下產(chǎn)生的一次應(yīng)力校核結(jié)果、在溫度與約束作用下產(chǎn)生的二次應(yīng)力校核結(jié)果，找到系統(tǒng)中的危險點；再在Workbench中進(jìn)行管路元件及閥門的幾何模型的建立、網(wǎng)格劃分及采用Fluent軟件對流體域進(jìn)行水力計算，再在靜力分析模塊中對固體域進(jìn)行

3、靜力分析，得到異徑管、T型三通管和閥門在工作狀態(tài)下的應(yīng)力分布計算結(jié)果。
　　計算表明，仿真得到蒸汽管路系統(tǒng)在工作狀態(tài)下易產(chǎn)生應(yīng)力集中的位置為變徑處、T型三通管主、支管連接處、法蘭連接處以及約束處，并且產(chǎn)生應(yīng)力集中主要因素是管路局部結(jié)構(gòu)、空間布置及約束；數(shù)值模擬結(jié)果顯示，異徑管軸向及環(huán)向應(yīng)力集中在大、小徑內(nèi)、外壁處，其中軸向應(yīng)力集中的原因是異徑管受溫度及內(nèi)壓作用膨脹時受到約束及變徑處倒梯形結(jié)構(gòu)特點在大、小徑處變形拉伸和擠壓，環(huán)向應(yīng)力

4、集中原因是大、小徑處的“V”字型結(jié)構(gòu)導(dǎo)致管壁受溫度及壓力荷載下產(chǎn)生變形，并且軸、環(huán)向應(yīng)力均隨溫度上升而增大，而壓力的變化對應(yīng)力影響不明顯，管型中219-380mm的異徑管由于其結(jié)構(gòu)不連續(xù)性最明顯，應(yīng)力值最值最大；T型三通管應(yīng)力集中在主、支管連接相貫線相交處，并且采用第三強度理論和等效應(yīng)力計算結(jié)果均隨溫度上升而增大，壓力變化同樣對其應(yīng)力影響較?。婚y門主要研究閘閥的軸向應(yīng)力，應(yīng)力集中位置在閘板與閥體下沿弧線的連接兩點附近處，閘板拉應(yīng)力極值位