管道减振刚性拉撑杆动态载荷测试与安全性分析

董 雷，康豫军，卫大为，吴晓俊，郑军超，蒋建辉，李 亮

（1.西安热工研究院有限公司，西安市，710032；2.西北工业大学，西安市，710072）

0 引言

在管系上选择适当的减振点并安装刚性拉撑杆，通过调整拉撑杆长度对管道施加适当位移载荷，达到在管系上增加节点、提高管系固有频率，降低管道振动的目的。对管道进行治理时，一般通过静力计算保证管道应力合格，但管道振动作用在拉撑杆上的动态载荷谱和安全性未见研究报道[1-6]。本文以某核电站650MW机组常规岛主蒸汽及旁路管道为研究对象，对刚性拉撑杆进行了动载荷测量与结构安全性分析。

1 动态载荷测量

动态应变测试仪采样速度快、频响范围宽，可用于测试振动或冲击物体的应变。管道的动载荷测量原理如图1、2所示，其中布片连线方式为全桥（4个工作片），适用于测量拉、压应变，可消除杆件的弯曲、温度效应。

动载荷测量是在机组满负荷运行情况下进行的。测量对象为主蒸汽管道5a点x向刚性拉撑杆和10a点x向刚性拉撑杆，拉撑杆截面为φ114×22 mm；旁路蒸汽管道24a点x向刚性拉撑杆，拉撑杆截面为φ57×10 mm。拉撑杆载荷分为4类：

（1）静态载荷Ps是为了达到减振效果由拉撑杆预置加给管道的静态作用力。其中为应变平均值；E20为拉撑杆材料20℃时的弹性模量，MPa；A为拉撑杆截面积，m2。

（2）动态载荷有效值Pdrms是振动管道反作用于拉撑杆的动态力的有效值，Pdrms= εdrms×E20×A，其中εdrms为应变真有效值。

（3）最大载荷Pp是拉撑杆所受最大瞬态载荷，Pp= εmax×E20×A，其中εmax为应变最大值。

（4）最大动态载荷Pdmax是拉撑杆所受最大动态载荷，Pdmax= εpp×E20×A，其中εpp为应变动态峰峰值[7-9]。

主蒸汽管道5a点、10a点及旁路蒸汽管道的受力情况如表1、2所示。由表1、2可知：（1）主蒸汽管道5a、10a点的拉撑杆最大应力分别为9.8 MPa、9.2 MPa，旁路蒸汽管道24a点的拉撑杆最大应力为19.2 MPa，管道的最大应力较低；（2）而主蒸汽管道5a点、10a点刚性拉撑杆的实际最大载荷分别为62.3 kN和57.3 kN，都低于主蒸汽管道的刚性拉撑杆额定载荷200 kN，旁路蒸汽管道24a点刚性拉撑杆的实际最大载荷为28.7 kN，低于旁路蒸汽管道的刚性拉撑杆额定载荷48 kN；（3）主蒸汽管道5a点、10a点的最大动态载荷为静态载荷的32.2%和35.3%，拉撑杆的最大载荷、静载荷与拉撑杆额定载荷相比也较低，拉撑杆稳定性和安全性满足要求[10]。

表1 刚性拉撑杆受力状况Tab.1 Stress condition of rigid strut

表2 主蒸汽管道5a点、10a点的x向刚性拉撑杆应变及载荷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

调节刚性拉撑杆长度至管道减振效果最佳，以此时施加在管道上的位移载荷为边界条件（见表2、3），计算管系应力变化情况并进行安全性分析。主蒸汽、旁路蒸汽管道应力计算结果见表4。由表4可知：主蒸汽管道上安装刚性拉撑杆后，管道一次应力和二次应力均基本不变，应力合格；旁路蒸汽管道设置刚性拉撑杆后，管道一次应力不变，二次应力由157.62 MPa升高到206.33 MPa，应力比升高了18.67%，应力合格。

表3 旁路蒸汽管道24a点x向刚性拉撑杆应变及载荷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、旁路蒸汽管道加载刚性拉撑杆前后的最大应力值Tab.4 The max.stress of main steam pipe and bypass steam pipe before and after loading rigid strut

3 结论

（1）拉撑杆对主蒸汽管道施加的最大载荷为62.3 kN，动载荷为19.8 kN；拉撑杆对旁路蒸汽管道施加的最大载荷为28.7 kN，动载荷趋近于0，各种载荷远低于拉撑杆额定载荷，刚性拉撑杆应力和稳定性是安全的。

（2）主蒸汽管道上设置刚性拉撑杆后，管道一次应力和二次应力均基本不变，应力合格；旁路蒸汽管道设置刚性拉撑杆后，管道一次应力不变，二次应力的应力比升高18.67%，管道应力合格。

（3）在使用其他刚性（或类似刚性）减振装置降低管道振动时，如可调节顶丝结构、减振框架、液压阻尼器、隔而固黏性阻尼器等，其应用情况类似，管道及减振装置是安全的。

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