凝汽器下部模块运输托架承载分析

罗小明 洪增元

摘 要：本文对凝汽器下部模块运输托架进行适当简化后，使用ABAQUS有限元软件对托架在吊装过程中的强度进行分析计算，得到托架在吊装过程中的应力和变形分布情况，通过分析计算结果，希望能为模块的吊装运输提供相关参考。

关键词：凝汽器；模块；托架

中图分类号：TK264.11 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）02-0067-02

Bearing Analysis of the Carriage Bracket of the Lower Part of the Condenser

LUO Xiaoming1 HONG Zengyuan2

（1.Harbin Turbine Company Limited，Harbin Heilongjiang 150046；

2.Harbin Turbine Auxiliaries Engineering Co.， Ltd.，Harbin Heilongjiang 150090）

Abstract： This paper simplified the condenser bottom module transportation bracket， using ABAQUS finite element software bracket strength in the lifting process analysis and calculation， got the bracket in the lifting process of the distribution of stress and deformation， through analysis of calculation results， hope to provide a reference for the transportation and lifting modules.

Keywords： condenser；modular；bracket

凝汽器是驱动汽轮机做功后排出的蒸汽变成凝结水的热交换设备。为减少现场焊接工作量，一般会采用模块发货运输。下部模块吊装放置在托架后一同运输发货。托架由工字钢及轴式吊耳组成，为防止托架在吊装过程中出现安全问题，需要对托架的结构强度进行分析。本文通过ABAQUS有限元软件对托架在吊装过程中的强度进行分析计算，以期对模块的吊装运输提供参考。

1 模型

托架模型可以看成由两部分组成：一部分是工字钢焊接而成的井字架，一部分是轴式钢管穿过工字钢焊接用作吊耳。由UG建立的托架模型如图1所示。为方便起见，这里先计算工字钢架的强度，只在吊耳处设置一点，用以模拟吊索对托架的起吊点。

托架承受来自凝汽器下部模块的重力和自重。下部模块加槽钢总重为100t，托架重8t。对模型托架上表面施加等效下部模块重力的压强，通过计算得到约为0.082 3MPa，托架受自身重力载荷（施加压强将不考虑模块与托架之间的摩擦相互作用，由于模块与托架之间摩擦力的存在，将会对托架整体的刚性有所增强）[1]。由于吊索吊运，在吊耳钢管圆形处设置点上施加铰接约束，用来模拟吊索拉力。边界条件图如图2所示。

2 结果分析

2.1 应力分布

图3为托架应力分布图。从图3中可以看出，在模块重力和托架自身重力共同作用下，最大的应力发生在底部中间工字钢的下表面工字钢交叉焊接部位，大小为197.2MPa，此处属于结构突变部位，包含应力集中。

JB 4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》要求[σmax≤3Sm=3×116=348MPa]。这个的最大应力值[σmax=197.2MPa<3Sm]，满足强度要求。

2.2 变形情况

图4为托架变形图。从图4中可以看出，最大变形在最内侧工字钢上，最大变形约为15.50mm，考虑起吊模块的重量和托架自重以及工字钢的长度，变形在可控范围内。

2.3 改进措施

考虑到起吊的安全，对托架的结构有更高的要求，控制过大的变形出现和防止起吊过程不会发生破坏，故需要对托架结构进行加强。通过前面的计算发现，由于钢管没有在轴线方向上贯通，8个吊耳及其钢管与工字钢的连接部位成为起吊过程中的主要受力部位，因此采取的主要加强方法就是通过在吊耳轴线方向上加焊工字钢，提高托架在这一方向上的惯性矩，达到增大刚度的目的。改进方案如图5所示。

在吊耳轴线增加工字钢能够有效减轻托架变形，由未加工字钢时的15.50mm减小为11.56mm。值得注意的是，在起吊过程中，上部模块由于自身的刚性较强，会对托架的变形有限制的作用，因此托架实际变形会比计算结果稍小，如图6所示；最大应力为219MPa，出现在吊耳轴线工字钢加焊钢板的方案中的吊耳钢管与工字钢连接位置，此处属于结构突变部位，包含应力集中。在JB-4732标准中要求[σmax≤3Sm=3×116MPa=348MPa]。最大应力值[σmax=219MPa<3Sm]，满足强度要求[2]。

3 结语

通过计算我们得到了托架结构的应力和位移分布情况，计算结果表明，在托架和模块一起吊装过程中，托架的强度也满足标准要求，能够安全起吊。根据计算结果云图，8个吊耳位置为起吊点，吊耳轴线钢管及工字钢承受是主要受力部位，加强方案在对向吊耳轴线上增加工字钢可有效减小吊耳与工字钢焊接位置的应力，提高该方向上的刚度，进而达到减小这一区域应力的目的。

參考文献：

[1]张卓澄.大型电站凝汽器[M].北京：机械工业出版社，1993.

[2]王勖成，邵敏.有限单元法基本原理和数值方法[M].北京：清华大学出版社，1997.