分析了某機組中雙壓汽輪機的低壓蒸汽管道用補汽閥門支撐結構存在的問題，采用模擬的方法探討了低壓補汽閥在不同方案下閥桿支撐結構處的受力和熱位移，以及閥后管道對汽輪機接口產生的推力和推力矩，改進了閥門的支撐結構，不僅便于管道應力計算書的編寫，還滿足了汽輪機接口力和力矩的要求。

1、概述

　　管道的應力計算是計算管道在受熱膨脹后產生的二次應力對管道本身及所連接的設備產生的影響。然而一些特殊的支吊形式無法正確寫進應力計算書。本文針對一種無法正確寫進應力計算書的特殊閥門的支撐結構進行討論，探討其解決方法。

2、問題分析

　　某機組采用雙壓汽輪機進汽，即進汽分為高壓蒸汽和低壓蒸汽，低壓蒸汽管道是從余熱鍋爐低壓汽包引出后進入汽輪機低壓進汽口做功的管段。從補氣閥所在系統分析，設計范圍是從鍋爐低壓汽包出口至補汽閥前( 圖1) 。補汽閥由閥門廠家設計供貨，并自配支撐附件。由于補汽閥的支撐結構特殊( 圖2) ，閥體中心由4 個支桿支撐，閥門可以前后方向產生較大的熱位移，產生前后熱位移的同時也產生一個垂直方向的熱位移，垂直方向的熱位移受支桿偏轉角度的影響。如果閥桿允許，閥體還可以隨著管道的熱位移在閥門側方向上產生較小的熱位移。因此，該管段的應力計算范圍應該是從鍋爐低壓汽包出口至補汽閥，再從補汽閥到汽輪機低壓蒸汽進口的所有低壓蒸汽管道( 圖3) 。

圖1 補汽閥所在系統

圖2 補汽閥

圖3 應力計算范圍

　　因為補汽閥由兩組鉸鏈式支桿支撐，其與常規(guī)應力計算書里的支吊架形式不同。為了使低壓補汽管道受力均勻，對汽輪機接口的推力和推力矩合理，不僅管道的布置及常規(guī)支吊點設計合理，更主要的是處理好低壓補汽閥的支吊結構設計，使補汽閥的兩組支桿能夠正確合理的體現該管段的熱態(tài)受力。

3、模擬分析

　　方案1。將補汽閥的兩組支桿模擬成兩組滑動支架，得到的結果是第一組支桿失重，熱位移結果見表1。由于模擬的第一組支桿失重并且Y 方向存在熱位移，說明該方案不成立，因此不能采用。

表1 滑動支桿處熱位移mm

　　方案2。將補汽閥的兩組支桿模擬成兩組X 向導向支架，得到的結果見表2 ～ 表4。

表2 導向支架處荷載N

表3 導向支架處熱位移mm

表4 導向支架對汽輪機補汽口推力及推力矩

　　計算可知，導向支架結構對汽輪機補汽口產生的合推力ΣF = 47 241N > Fr = 10 500N，合力矩ΣM= 15 982N·m > Mr = 15 000N·m。Fr為汽輪機補汽進口所能承受的最大力，Mr為汽輪機補汽進口所能承受的最大力矩。分析模擬方案2，雖然熱位移與支桿的運動形式符合工況要求，但是荷載過大，對汽機接口的推力和推力矩也超過了接口允許的范圍，因此該方法不合理。

　　方案3。將補汽閥的兩組支桿模擬取消，利用原支桿螺孔安裝常規(guī)支吊架，將第一組支桿改為常規(guī)滑動支架，將第二組支桿改為常規(guī)彈簧吊架( 圖4) ，所得結果見表5 ～表7。

圖4 補汽閥支吊架支撐結構

表5 支吊架處荷載N

表6 支吊架處熱位移mm

表7 支吊架對汽輪機補汽口推力及推力矩

　　計算可知，支吊架結構對汽輪機補汽口產生的推力合力ΣF = 7071N < Fr = 10500N。推力產生的合力矩ΣM = 14725N·m < Mr = 15000N·m。

4、結語

　　分析模擬結果可知，雖然方案3 改變了原有的支撐形式，重新設計了支吊架，但是支吊架產生的荷載、熱位移和對汽機接口產生的推力和推力矩均合理。因此，工程中采用方案3，既解決了補汽閥的支桿難以進行應力計算的問題，又保證了汽輪機補汽口受力合理，同時也為帶有支桿支撐閥門的管道提供了應力計算的合理又簡單的方法。