高温高压蒸汽管道颗粒运动及分离特性研究

为了彻底解决锅炉管系脱落的氧化皮颗粒对汽轮机叶片冲蚀损伤、阀门卡涩、抽汽及疏水系统堵塞等问题,以某超超临界汽轮发电机组主蒸汽管路为原型,对蒸汽管道内的汽固两相流动进行了系统的数值模拟分析,探索了颗粒尺寸、蒸汽参数、弯管曲率半径对氧化皮颗粒运动行为的影响。在此基础上,利用蒸汽管道原有弯管结构设计了弯管颗粒分离器,并对其分离特性、压损特性和热力系统经济性进行了系统的计算分析。结果表明：氧化皮颗粒进入蒸汽管道弯管后,在离心力作用下,所有尺寸颗粒均会向管道压力面逐渐贴近集中,颗粒尺寸越大,弯管的曲率半径越大,蒸汽参数越低,氧化皮颗粒在弯管出口截面上就越集中;在最佳抽汽占比M为0.50%工况下,弯管颗粒分离器对100μm以上氧化皮颗粒的分离效率达到90%以上,分离装置对主蒸汽产生的压力损失约为21 kPa;提出将分离后的汽固两相混合物净化后输送到最高参数的高压加热器进行回收利用的方案,不同抽汽比工况下颗粒分离和蒸汽回收工艺对机组热耗和功率的影响均小于0.2%。该研究结果对于延长火电机组关键设备高效服役寿命具有重要意义。     

架空热力管道热胀位移的进一步分析

本文在文献[1]的基础上,进一步讨论了平面内不对称的“L”形及“U”形架空热力管道的热胀位移和支架处摩擦力的计算,计算中考虑了管道内压对弯头柔性系数和管道位移的影响。文中给出了计算实例,并编制了计算机程序以便于工程设计使用。本方法也可适用于两个固定支架之间的其它形式的架空热力管道系统。     

硬岩掘进机液压弯管振动功率流研究

针对硬岩掘进机(TBM)强振动环境下的液压弯管传递效率降低和损坏的问题,提出了以振动功率流的方法来研究管道的振动特性.首先,根据应力与功率的关系,建立了弯管振动功率流计算模型.然后,通过仿真分析探究了不同基础振动参数和弯管结构参数对弯管的应力影响规律,并给出了弯管的总功率和振动功率流的计算方法.最后,采用正交试验分析了弯管结构参数的影响主次顺序,优化了管道的结构参数并使管道振动功率流降低了30.52%,同时提出了基础振动下弯管的设计流程.结果表明,本文所提出的分析方法能为基础振动下弯管的设计和选型提供理论依据.     

热力管道固定支架的受力分析

随着生产建设不断发展,热力管网铺设愈益增多。在热力管道设计中,固定支架所承受力的计算是管道设计中的主要内容之一。近年来,相继出现了“等值刚度法”、“有限单元法”和“追赶位移法”等一些新的计算方法。但这些方法所编制的电算程序,都没有考虑热力管道在热变形过程中与各滑动支架之间的摩擦力。在这些计算方法中,摩擦力对固定支架的影响仍需按有关手册或教科书中提供的经验公式计算。因此,固定支架载荷的计算,仍属经验公式的计算范围。     

电站锅炉壁温安全监测系统研究

借助于过程仿真和热力系统建模技术,建立了一套锅炉高温受热面金属壁温在线监测与寿命预测系统．该系统以一体化过程模型开发平台（IMMS）为基础,通过高温受热面热力计算模型、金属壁温计算模型和管道寿命计算模型,利用火电厂现有的DCS、SIS及MIS等信息系统采集的机组运行数据,在线计算受热面管壁温度和寿命．应用结果表明,该系统可有效减少受热面超温爆管次数,保证锅炉安全、经济运行．     

矩形交错管道的双圆弧光滑连接弯管

空间管道广泛应用于建筑,机械,化工等工程,在管道设计中,常常需要一种矩形弯管光滑连接两轴线交错管道。探讨了这种弯管的连接特点和设计规律,得出了条件及计算公式。     

短补偿臂“Z”形供热直埋弯管的应力分析

《城镇供热直埋热水管道技术规程》CJJ/81-2013规定,Z形弯管补偿器补偿臂长不应小于2倍管道的弹性臂长。工程实践中由于道路等条件限制,绝大部分Z形弯管补偿臂长小于2倍管道的弹性臂长。这样规定,使得相当一部分Z形弯管不但不能用作Z形弯管补偿器使用而且还要人为安装补偿器或固定墩进行保护,既增加了工程造价、延长了施工周期、还降低了供热运行的安全性。针对这一问题,应用ANSYS10.0有限元分析软件,对DN150-DN500供热直埋管道补偿臂长小于2倍管道弹性臂长的"Z"形弯管进行了数值模拟。得出了补偿臂长在1.25~2倍管道弹性臂长的"Z"形弯管,SINT应力值更小,更适宜用作Z形弯管补偿器使用。这一结论填补了CJJ/81-2013中,对于管径在DN150-DN500、补偿臂长在1.25~2倍管道弹性臂长的"Z"形弯管,用作Z形弯管补偿器使用的空白。     

“ZLRJ—1型智能流量热量积算仪”通过技术鉴定

“ZLRJ—1型智能流量热量积算仪”科研项目,由河北省科委委托唐山市科委主持于1991年8月6日在唐山市通过技术鉴定。该产品在以下几点有所创新: 1.自行研制的智能弯管流量计原理清楚,动、静态补偿合理,特别适用于热力管网的流量测量,并且安装简便易行,是国内外首次采用的弯管流量测量热量仪。该产品保证了流量测量的可靠性和高精度,样机流量测量达到了优于一级的精度。     

直埋供热管道“L”形管段的受力分析

为了建立DN500以上大管径直埋供热管道弯管的应力验算公式,应用ANSYS10.0有限元分析软件,对DN150-DN500直埋供热“L”形弯管进行了模拟分析,比较了模拟值与弹性抗弯铰理论计算值,验证了模型建立及荷载施加方法的合理性,得出了弹性抗弯铰计算值与模拟值基本吻合的结论,修正了规程(CJJ/T 81-98)DN500以下直埋弯管的弹性抗弯铰计算公式,为建立大管径直埋弯管应力验算的理论公式奠定了基础.     

不同弯型管道内粉尘爆炸传播规律

为探究粉尘爆炸在弯型管道中的传播规律,基于1m³粉尘爆炸测试系统,搭建了S型、U型、90°弯管与长直管道4种结构,利用玉米淀粉为实验介质,测试研究了粉尘爆炸在弯管内的压力发展与火焰传播速度变化规律.结果表明:对于所建立的管道系统,当粉尘浓度相同时,超压峰值在整体管道内的传播呈下降趋势,但其在弯管处的衰减程度会有所降低,且4种管道衰减程度由高到低依次为:直管>90°弯管>S型弯管>U型弯管;火焰在管道内呈持续加速状态,但弯管处的火焰上升幅度明显小于直管,弯管对火焰的传播起阻碍作用.以上研究结论对于除尘系统的防爆设计具有参考价值.     

单弯管系统直管段振动特性实验研究

单弯管作为管路系统的基本结构,其振动会影响管路系统的使用寿命。为了研究单弯管系统的直管段振动特性,针对管路系统的实用性,参考Davidson单弯管模型采用实验的方法建立单弯管测实验台架。通过改变压力、流量和弯管角度,获得单弯管系统直管段关键部位的应变和振幅变化规律,总结单弯管系统直管段的振动特性。由实验可知:同一工况下,90°单弯管系统直管段中点振幅分别比45°和60°的增大了约22.9%和92.3%;单弯管系统直管段最大应变发生在直管两端固定支撑处,同时直管中点应变也较大;60°单弯管系统直管段关键部位的应变及振幅相对45°、90°的更小,且波动性小,比较稳定,压强变化对其的影响也最小。     

不等厚性对弯头应力分布影响的有限元研究

弯头作为受压管道中的重要部件，不仅能改变管线的方向，还可以提高管路柔性，缓解管道振动和约束力，并对热膨胀起补偿作用。以往对弯头的研究只考虑壁厚均匀不变的情况，但是实际上弯头的壁厚是沿着弯曲半径变化的，并且弯头的截面也具有一定的椭圆度。通过对实际生产中弯头壁厚的调研，分别考察热推、冷弯工艺对弯头壁厚改变的影响。并应用有限元方法分析了冷弯弯头的应力状况，得出其最大应力发生点随着外拱处壁厚减薄量的增大而向外拱处转移。     

主蒸汽管道寿命评估方法的发展现状

综述了国内外迄今提出的关于主蒸汽管道在运行工况下寿命评估的主要方法与作者近年来提出的《蠕变相对变形量判废新准则》、《蠕变损伤强度判废新准则》和《蠕变微孔洞扩张损伤量判废标准》等最新成果。     

主蒸汽管道两种弯头材料的主要力学性能及蠕变损伤劣化情况的试验研究

通过试验研究，阐述了火力发电厂主蒸汽管道中两种常用弯头材料的试验数据，由这些数据分别得出了各种力学参数的计算公式，对火电厂的工程技术人员和从事设计、科研的技术人员都有十分重要的参考价值     

基于有限元模拟的高温过热器弯头短期失效探析

对某600 MW超临界机组高温过热器弯头在运行不到1 000 h发生开裂现象进行了外观检查、显微分析,同时对冷弯成型工艺过程进行数值模拟。研究表明：亚稳态不锈钢TP347H冷弯成形时内弧应变量超过ASME规范要求,产生马氏体相变,形成点蚀源,在残余应力与高温运行时热应力的共同作用下引起的内弧面开裂是弯头寿命降低的主要原因。     

不同送进量对皮尔格轧制成形的影响及验证

皮尔格冷轧无缝钢管过程中为了获得性能较好的成品需要选择合理的送进量数值,本文以冷轧304不锈钢为研究对象,借助有限元模拟软件对不同送进量下的皮尔格冷轧过程进行了完整的仿真,对比分析了送进量对金属流动速度、轧制力、等效应力、残余应力及管材回弹的影响规律.结果表明轧制过程中孔型背脊和与轧辊接触的孔型侧壁处管材金属流动速度随送进量增加而增加,轧制力、等效应力及残余应力均随送进量的增加而增大,并且送进量的增大还会显著增加管材的回弹量.借助试验轧机对不同送进量下皮尔格冷轧管进行轧制试验,对试验得到的管材进行尺寸和残余应力测量,测量结果与有限元仿真结果基本一致,为皮尔格轧制过程不同送进量的选择提供依据.     

高温蒸汽管道在高温蠕变与低周疲劳交互作用下的损伤演化和寿命估算方法

基于近年来固体力学发展的前沿领域中较成熟的连续损伤力学的概念与理论,着重讨论火电厂中高温蒸汽管道,在高温和周期加载条件下运行时,将发生高温蠕变与低周疲劳交互作用下的材质劣化损伤行为。针对这种性状来研究蒸汽管道常用耐热钢在高温蠕变与低周疲劳交互作用时的损伤本构关系,提出用于管道结构分析的基本方程与变分方法,并从工程实用角度出发,根据火电厂中大多数高温结构元件的服役运行工况,利用"间置加载"型载荷谱的特点,提出两个基本假设,以突出蠕变与疲劳交互作用过程中的主要特征,并依据初始循环应力应变场,来对损伤过程中的循环应力应变场进行逼真描述,为更好地解决管道结构分析中的实际问题以及构件的寿命估算,从而提出更为严谨的理论和管道结构分析的变分方法。     

用蠕变内应力预测高温管道残余寿命

用恒应变速率法测定高温管道蠕变内应力并预测其残余寿命,不管是以蠕变极限为失效准则,还是以持久强度为失效准则,都可获得令人满意的结果;而以蠕变极限为失效准则的蠕变内应力法与常规的以蠕变试验为基础的等温外推法相比,还具有试验时间短的优点。     

修、造船坞虹吸灌水流道的设计方法

船坞虹吸灌水与短廊道灌水和阀门灌水相比具有明显的优越性，但它对相关参数要求较高，给修、造船船坞虹吸灌水流道的设计增加了难度．为此，通过多个实际工程的水工模型试验，探索虹吸灌水流道的特性，探讨相关参数的关系与规律，总结出了船坞虹吸灌水的设计原理与方法，并建立了驼峰断面高度的计算公式．工程实例验证表明，该方法简便易行，减少了水工模型试验中大量的探索工作．     

渗流管涌作用下松散堆积层结构演化规律

为揭示渗流管涌作用下松散堆积层结构演化规律,基于颗粒-孔隙尺度流固耦合方法,分别对密实、中密和疏松结构的松散堆积层开展渗流管涌仿真试验,从细观层面分析渗流管涌作用下松散堆积层颗粒迁移特征、颗粒流失量、颗粒间接触力链演化和骨架变形的结构演化特征。结果表明：渗流管涌主要以细颗粒迁移为主,存在局部“堵塞”现象,块石颗粒仅会在细颗粒迁移脱空后自由堆积。细颗粒迁移具有明显的“颗粒堆积”现象,主要集中在出口处,呈“上多下少”的特点。同时,渗流管涌发展过程中相同部位的孔隙率变化具有高度相似性,且结构越疏松愈加显著。管涌发展过程中,块石颗粒间接触承担主要的应力传递,力链演化的本质是堆积填料内部应力传递结构的改变。此外,下沉量和体应变均随时步增加,呈先急剧增加,后趋于平稳的态势,且随初始渗流速度越大,平稳时刻逐步提前。该研究成果可为从细观角度认识松散堆积层渗流管涌结构演化规律提供一定借鉴。