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减温减压装置的热力有限元分析

发布于:2022-10-01 20:07

      旁路蒸汽排放系统是火电站必不可少的安全保障系统,其关键部件是减温减压装置。早期的意大利电站采用“环形多级膨胀减温装置”,其原理是将旁路蒸汽通过6~8级“临界膨胀”,并在中间某一级内喷水减温,最终排入凝汽器。此类装置结构比较复杂,尺寸过大。现代大型电站多已应用多级多孔节流分配集管装置,但仍然采用喷水减温和节流减压原理。
      最近,美国BDT公司研制了一种新型的旁路蒸汽排放装置,用1根一级多孔节流分配集管取代了结构复杂的一级喷水降温、二级节流减压的三级减温减压装置。该新型装置的最大特点是:让节流后仍具较高压力的蒸汽在“受限空间”内膨胀消能,最后排入凝汽器。“受限空间”为扇形空间区域,由集管外表面与扇形档板内表面作为界面。摆脱了“临界膨胀”问题的束缚,因而使新型减温减压装置的结构有限元分析变得简单。
      新型多孔节流分配集管的结构如图1所示,节流孔沿轴向分3排按直线分布。集管轴向各节流孔的出口压力为“受限空间”内集管外表面处的压力,在轴向方向可视为相等。故当各节流孔进口处的静压相等时,各孔通过的流量将相等。而各节流孔进口处静压相等的条件为:集管内任意截面处的动压(p=dv2i/2)等于流体从该截面处流至集管终端的沿程摩擦阻力损失工质在节流流动过程中,当节流孔出口背压小于或等于临界压力时,节流孔出口压力P2只能降为临界压力Pc,然后在背压环境中膨胀。
      对于过热蒸汽k=1.3,Uc=0.546;对于干饱和蒸汽k=1.135,Uc=0.577。但当水蒸汽参数较高时,上述作为经验数据的k值已不准确。
      对于旁路蒸汽排放装置,我国也进行了小孔节流原理性模型试验,主要结论有:①验证了气动力学理论中关于小孔有较大降压能力的诊断,即汽流通过小孔时存在着远比一般喷嘴临界压力比Uc低的第二临界压力比U*,并且证实了当小孔壁厚与孔径之比≤1时,U*≈0.27(过热蒸汽)和U*≈0.30(饱和蒸汽)。②验证了当实际压力比小于或等于第二临界压力比U*时,仍可采用式(2)估算流经小孔的蒸汽流量,而且按此式计算的小孔流通面积大约有10%的余量。
    当档板受力而在x-y平面上发生纯弯曲时,横截面上最大应力emax(x)发生在离中性轴Zc最远处,中性轴穿过档板横截面的形心C。在中性轴穿过的档板的纵向(x向)中性层ab剖面上,既无拉应力,也无压应力。档板横截面上离中性轴的极限距离,WZC为抗弯截面模量,M(x)为档板任意横截面上所受的弯矩。
      档板受力弯曲时,各横截面上所受弯矩不同,故我们在计算整个档板所受最大正应力时,应该考核弯矩值最大的横截面,并据此建立档板的正应力强度条件:而最大允许弯矩[e]为许用应力,对于碳钢,其许用拉应力与许用压应力相同。


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