技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种
火力发电厂管道应力耦合分析系统。
背景技术
[0002] 目前，市场上进行管道应力计算的
软件较多，技术上也已经较为成熟。这些应力分析软件，都是事先建立好模型，再进行各种负载下的应力计算，得出各工况下的应力。ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用
有限元分析(FEA)软件，可以进行结构静力分析、结构动力学分析、结构非线性分析、动力学分析、热分析。CAESARII管道应力分析软件是由美国COADE公司研发的压力管道应力分析专业软件，它既可以分析计算静态分析，也可进行动态分析。Bentley AutoPIPE是一套全Windows界面的管道分析软件，主要用于计算当一
管道系统受到静态(Static)及动态(Dynamic)荷载时，系统所承受的法规应力(Code Stresses)、荷载力及
变形量(Deflections)。优易管道应力计算软件是一款优秀的国产管道应力计算软件，英文简称“AutoPSA”，采用了有限元散发分析管道系统应力。这些软件都是进行线下的模拟分析，不能实时的分析管系应力的变化状况，只能作为设计指导，不能作为运行指导，因此目前这些软件的使用者大多是设计院或科研机构，在管道运行单位没有得到应用。在这样的背景下，研发一种新型的在线的管道应力耦合分析系统很有意义。
[0003] 随着安全生产、大力发展智能科技的各项政策陆续出台，化工、电力等工业行业管道系统的安全性越来越受到重视，管道系统的运行数字化和智能化需求也越来紧迫，建立起管道系统各部件受力的耦合分析系统，实现在线的应力分析很有社会价值。
[0004] 现有工业管道系统，存在以下问题：
[0005] (1)应力状态偏差。由于材料、施工、运行环境等条件与设计的偏差，导致管系实际的受力情况与设计相差较大，还以设计情况来判断管系状态正常与否，存在较大
风险。目前很多电厂出现主
蒸汽管道
焊缝开裂、管道下沉、管夹变形、支吊架超载或脱空等问题，均与管系受力情况严重偏离设计工况有关。
[0006] (2)应力状态不可知。目前对于在运行的管系，应力状态没有在线监测的设备，只能通过定期的检修，发现问题，然后进行模拟计算，及时调整或更换失效的部件。或是，在检修期间利用一些力学检测设备，抽检一部分管系或关键不部位的受力状况。均是短时的措施，相当于是静态的测量，而对于系统长期运行中，应力的变化没有
跟踪，出现的问题也不会被发现。
[0007] (3)没有建立起参数之间的耦合关系。根据力学原理，根据实际
载荷，计算各支吊点载荷及位移，理论上均是按照公式来进行的。该公式既有理论公式，也有经验公式，同时利用了有限元的分析方法，计算量加大，且需要人为的输入大量边界条件，在能实现里的计算。所有输入的参数，均有一定的对应关系，一旦发现这种耦合公式就可以进行在线的应力计算。但目前没有人建立起这种耦合关系用来进行在线应力分析，更不能随时分析各
节点之间的应力关系。
[0008] 因此，火力发电厂管道应力耦合分析系统的研究意义重大且很有必要。实用新型内容
[0009] 本实用新型的目的在于克服
现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，既能解决管系应力如何快捷计算的问题，又能根据管系运行参数的变化，在线进行应力分析并进行风险预警的火力发电厂管道应力耦合分析系统。
[0010] 本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该火力发电厂管道应力耦合分析系统，其结构特点在于：包括管道、前端管道壁温
传感器、前端固定吊架、前端吊杆力传感器、前端管道
压力传感器、
弹簧吊架、流量传感器、后端固定吊架、后端管道壁温传感器、后端管道压力传感器、后端吊杆力传感器、弹簧吊架左侧力传感器、计算机和弹簧吊架右侧力传感器；所述前端吊杆力传感器安装在前端固定吊架上，所述后端吊杆力传感器安装在后端固定吊架上，所述弹簧吊架左侧力传感器和弹簧吊架右侧力传感器分别安装在弹簧吊架的两侧，所述前端管道壁温传感器、前端管道压力传感器、流量传感器、后端管道壁温传感器和后端管道压力传感器均安装在管道上，所述前端管道壁温传感器、前端吊杆力传感器、前端管道压力传感器、流量传感器、后端管道壁温传感器、后端管道压力传感器、后端吊杆力传感器和弹簧吊架右侧力传感器均与计算机连接。
[0011] 进一步地，所述前端固定吊架、后端固定吊架和弹簧吊架均与管道连接。
[0012] 进一步地，所述前端管道壁温传感器和后端管道壁温传感器均安装在管道的外侧金属壁上。
[0013] 进一步地，还包括固定吊架上吊杆和固定吊架下吊杆；所述固定吊架下吊杆的一端与管道连接，所述固定吊架下吊杆的另一端与前端吊杆力传感器连接，所述前端吊杆力传感器与固定吊架上吊杆的一端连接，所述固定吊架上吊杆的另一端与构筑物固定
钢架连接。
[0014] 进一步地，还包括固定吊架上吊杆和固定吊架下吊杆；所述固定吊架下吊杆的一端与管道连接，所述固定吊架下吊杆的另一端与后端吊杆力传感器连接，所述后端吊杆力传感器与固定吊架上吊杆的一端连接，所述固定吊架上吊杆的另一端与构筑物固定钢架连接。
[0015] 进一步地，还包括弹簧吊架左拉杆、弹簧吊架右拉杆、左
压板、右压板、左侧
锁紧
螺母和右侧锁紧螺母；所述弹簧吊架左拉杆和弹簧吊架右拉杆的一端均与管道连接，所述弹簧吊架左拉杆和弹簧吊架右拉杆的另一端均与构筑物固定钢架贯穿，所述弹簧吊架左侧力传感器通过左压板和左侧锁紧螺母安装在弹簧吊架左拉杆上、且左压板和左侧锁紧螺母均位于构筑物固定钢架的上方，所述弹簧吊架右侧力传感器通过右压板和右侧锁紧螺母安装在弹簧吊架右拉杆上、且右压板和右侧锁紧螺母均位于构筑物固定钢架的上方。
[0016] 进一步地，本实用新型的另一个技术目的在于提供一种火力发电厂管道应力耦合分析系统的分析方法。
[0017] 本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的。
[0018] 一种火力发电厂管道应力耦合分析系统的分析方法，其特点在于：所述分析方法如下：
[0019] (一)进行现场调研，收集管道、支吊架、保温层等相关数据，根据管道重量、工作介质的
温度、压力和流量，利用现有的材料力学公式，离线计算前端固定吊架、弹簧吊架和后端固定吊架各工况载荷；
[0020] (二)分析
整理前端固定吊架、弹簧吊架和后端固定吊架不同工况下的载荷数据，进行分析；
[0021] (三)首先进行前端固定吊架计算结果整理如下：
[0022] 当其他参数不变，介质流量发生变化时，前端固定吊架受力情况如表1：
[0023] 表1流量变化时受力参数表
[0024]
[0025] 当其他参数不变，介质温度发生变化时，前端固定吊架受力情况如表2：
[0026] 表2温度变化时受力参数表
[0027]
[0028]
[0029] 当其他参数不变，介质压力发生变化时，前端固定吊架受力情况如表3：
[0030] 表3压力变化时受力参数表
[0031]
[0032] (四)根据计算结果的数据，分析各参数与前端固定吊架载荷关系：
[0033] 根据表1，可拟合流量与前端固定吊架3载荷关系曲线如图5所示，拟合受力计算公式(A)为:
[0034] F＝f1(q)＝5E-05x2-0.0395x+69.324 (A)
[0035] 根据表2，可拟合流量与前端固定吊架3载荷关系曲线如图6所示，拟合受力计算公式(B)为:
[0036] F＝f2(t)＝0.0026x2-2.3025x+545.87 (B)
[0037] 根据表3，可拟合流量与前端固定吊架3载荷关系曲线如图7所示，拟合受力计算公式(C)为:
[0038] F＝f3(p)＝-0.0191x2+0.9368x+66.741 (C)
[0039] (五)步骤四是单一的参数对应关系，分析流量、温度、压力与载荷的关系，经数学
迭代耦合计算，得到载荷的计算公式：
[0040] 根据压力来耦合计算，得到公式(D)
[0041] F(Q,T,P)＝f1'(0)(Q-900)+f2'(0)(T-550)+f3(P) (D)根据温度来耦合计算，得到公式(E)
[0042] F(Q,T,P)＝f1'(0)(Q-900)+f3'(0)(P-21)+f2(T) (E)根据流量来耦合计算，得到公式(F)
[0043] F(Q,T,P)＝f2'(0)(T-550)+f3'(0)(P-21)+f1(Q) (F)
[0044] (六)将步骤五中的公式(D)、公式(E)、公式(F)模拟计算结果，与前端吊杆力传感器、后端吊杆力传感器、弹簧吊架左侧力传感器实际检测的数据进行耦合分析，并最终得到前端固定吊架载荷耦合计算公式；
[0045] (七)重复步骤三-六，得到弹簧吊架和后端固定吊架载荷耦合函数关系。
[0046] 进一步地，前端管道壁温传感器、前端吊杆力传感器、前端管道压力传感器、流量传感器、后端管道壁温传感器、后端管道压力传感器、后端吊杆力传感器、弹簧吊架左侧力传感器和弹簧吊架右侧力传感器将
信号送入计算机；根据这些边界条件模拟计算出应力变化，拟合出参数与载荷的单一关系曲线，再根据多参数关系，以及实时受力检测信号，耦合计算得到最终计算公式；最后，系统完成管道应力耦合分析。
[0047] 进一步地，耦合分析结束得到耦合函数，利用该函数可以动态分析其他所有没有安装应力测点的支吊架，得到该处的应力；当检测到参数变化时，分析系统自动完成各支吊点的应力计算，实时显示，并与设计值和模拟计算值比较，实现超限报警。
[0048] 进一步地，利用管道介质的温度、压力、流量的大量数据，分析拟合曲线关系，然后将各个单一曲线进行关联耦合；利用各支吊架的实际应力测量结果，修正各个耦合函数，最终利用该耦合函数动态分析其他没有安装测点的支吊架应力，实现风险预警。
[0049] 相比现有技术，本实用新型具有以下优点：
[0050] 该火力发电厂管道应力耦合分析系统可以将复杂的看似没有关系的一堆数据和一系列参数看成具有关联的一个整体，利用的
大数据分析其中的函数关系，耦合而成可以计算的公式；同时不再孤立的看待这些参数，可以联系的看问题，更有利于发现问题和解决问题；同时实现了管系应力的自动分析和在线监测，实现了金属管道的状态监测；通过设计参数和离线分析数据，可以分析实时计算的数据是否正常，从而实现管道状态的风险评估。
[0051] 这样实现了便捷的管道应力状态监测，使管道检修工作更加具有针对性，科学合理指导检修；同时为检修工作的效果评价提供了依据，也为运行人员提供了一双眼睛，可以实时观察管道状态，避免运行风险的发生；由此可见，该火力发电厂管道应力耦合分析系统技术含量高、创新性强、安全价值大、符合实际、可操作性好。
附图说明
[0052] 图1是本实用新型
实施例的火力发电厂管道应力耦合分析系统的连接关系示意图。
[0053] 图2是本实用新型实施例的前端固定吊架的结构示意图。
[0054] 图3是本实用新型实施例的后端固定吊架的结构示意图。
[0055] 图4是本实用新型实施例的弹簧吊架的结构示意图。
[0056] 图5是本实用新型实施例中根据表1，可拟合流量与前端固定吊架载荷关系曲线示意图。
[0057] 图6是本实用新型实施例的根据表2，可拟合流量与前端固定吊架载荷关系曲线示意图。
[0058] 图7是本实用新型实施例的根据表3，可拟合流量与前端固定吊架载荷关系曲线示意图。
[0059] 图中：管道1、前端管道壁温传感器2、前端固定吊架3、前端吊杆力传感器4、前端管道压力传感器5、弹簧吊架6、流量传感器7、后端固定吊架8、后端管道壁温传感器9、后端管道压力传感器10、后端吊杆力传感器11、弹簧吊架左侧力传感器12、计算机13、弹簧吊架右侧力传感器14、构筑物固定钢架15、固定吊架上吊杆16、固定吊架下吊杆17、弹簧吊架左拉杆18、弹簧吊架右拉杆19、左压板20、右压板21、左侧锁紧螺母22、右侧锁紧螺母23。
具体实施方式
[0060] 下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
[0061] 实施例。
[0062] 参见图1至图7所示，须知，本
说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中若有引用如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0063] 本实施例中的火力发电厂管道应力耦合分析系统，包括管道1、前端管道壁温传感器2、前端固定吊架3、前端吊杆力传感器4、前端管道压力传感器5、弹簧吊架6、流量传感器7、后端固定吊架8、后端管道壁温传感器9、后端管道压力传感器10、后端吊杆力传感器11、弹簧吊架左侧力传感器12、计算机13、弹簧吊架右侧力传感器14、固定吊架上吊杆16、固定吊架下吊杆17、弹簧吊架左拉杆18、弹簧吊架右拉杆19、左压板20、右压板21、左侧锁紧螺母
22和右侧锁紧螺母23。
[0064] 本实施例中的前端吊杆力传感器4安装在前端固定吊架3上，后端吊杆力传感器11安装在后端固定吊架8上，弹簧吊架左侧力传感器12和弹簧吊架右侧力传感器14分别安装在弹簧吊架6的两侧，前端管道壁温传感器2、前端管道压力传感器5、流量传感器7、后端管道壁温传感器9和后端管道压力传感器10均安装在管道1上。
[0065] 本实施例中，通常情况下前端管道壁温传感器2和后端管道壁温传感器9均安装在管道1的外侧金属壁上，前端固定吊架3、后端固定吊架8和弹簧吊架6均与管道1连接，前端管道壁温传感器2、前端吊杆力传感器4、前端管道压力传感器5、流量传感器7、后端管道壁温传感器9、后端管道压力传感器10、后端吊杆力传感器11和弹簧吊架右侧力传感器14均与计算机13连接。
[0066] 本实施例中的前端固定吊架3中固定吊架下吊杆17的一端与管道1连接，固定吊架下吊杆17的另一端与前端吊杆力传感器4连接，前端吊杆力传感器4与固定吊架上吊杆16的一端连接，固定吊架上吊杆16的另一端与构筑物固定钢架15连接。
[0067] 本实施例中的后端固定吊架8中固定吊架下吊杆17的一端与管道1连接，固定吊架下吊杆17的另一端与后端吊杆力传感器11连接，后端吊杆力传感器11与固定吊架上吊杆16的一端连接，固定吊架上吊杆16的另一端与构筑物固定钢架15连接。
[0068] 本实施例中的弹簧吊架6中弹簧吊架左拉杆18和弹簧吊架右拉杆19的一端均与管道1连接，弹簧吊架左拉杆18和弹簧吊架右拉杆19的另一端均与构筑物固定钢架15贯穿，弹簧吊架左侧力传感器12通过左压板20和左侧锁紧螺母22安装在弹簧吊架左拉杆18上、且左压板20和左侧锁紧螺母22均位于构筑物固定钢架15的上方，弹簧吊架右侧力传感器14通过右压板21和右侧锁紧螺母23安装在弹簧吊架右拉杆19上、且右压板21和右侧锁紧螺母23均位于构筑物固定钢架15的上方。
[0069] 本实施例中的火力发电厂管道应力耦合分析系统的分析方法，如下：
[0070] (一)进行现场调研，收集管道、支吊架、保温层等相关数据，根据管道重量、工作介质的温度、压力和流量，利用现有的材料力学公式，离线计算前端固定吊架3、弹簧吊架6和后端固定吊架8各工况载荷；
[0071] (二)分析整理前端固定吊架3、弹簧吊架6和后端固定吊架8不同工况下的载荷数据，进行分析；
[0072] (三)首先进行前端固定吊架3计算结果整理如下：
[0073] 当其他参数不变，介质流量发生变化时，前端固定吊架3受力情况如表1：
[0074] 表1流量变化时受力参数表
[0075]
[0076] 当其他参数不变，介质温度发生变化时，前端固定吊架3受力情况如表2：
[0077] 表2温度变化时受力参数表
[0078]
[0079] 当其他参数不变，介质压力发生变化时，前端固定吊架3受力情况如表3：
[0080] 表3压力变化时受力参数表
[0081]
[0082] (四)根据计算结果的数据，分析各参数与前端固定吊架3载荷关系：
[0083] 根据表1，可拟合流量与前端固定吊架3载荷关系曲线如图5所示，拟合受力计算公式(A)为:
[0084] F＝f1(q)＝5E-05x2-0.0395x+69.324 (A)
[0085] 根据表2，可拟合流量与前端固定吊架3载荷关系曲线如图6所示，拟合受力计算公式(B)为:
[0086] F＝f2(t)＝0.0026x2-2.3025x+545.87 (B)
[0087] 根据表3，可拟合流量与前端固定吊架3载荷关系曲线如图7所示，拟合受力计算公式(C)为:
[0088] F＝f3(p)＝-0.0191x2+0.9368x+66.741 (C)
[0089] (五)步骤四是单一的参数对应关系，分析流量、温度、压力与载荷的关系，经数学迭代耦合计算，得到载荷的计算公式：
[0090] 根据压力来耦合计算，得到公式(D)
[0091] F(Q,T,P)＝f1'(0)(Q-900)+f2'(0)(T-550)+f3(P) (D)根据温度来耦合计算，得到公式(E)
[0092] F(Q,T,P)＝f1'(0)(Q-900)+f3'(0)(P-21)+f2(T) (E)根据流量来耦合计算，得到公式(F)
[0093] F(Q,T,P)＝f2'(0)(T-550)+f3'(0)(P-21)+f1(Q) (F)
[0094] (六)将步骤五中的公式(D)、公式(E)、公式(F)模拟计算结果，与前端吊杆力传感器4、后端吊杆力传感器11、弹簧吊架左侧力传感器12实际检测的数据进行耦合分析，并最终得到前端固定吊架3载荷耦合计算公式；
[0095] (七)重复步骤三-六，得到弹簧吊架6和后端固定吊架8载荷耦合函数关系。
[0096] 本实施例中，前端管道壁温传感器2、前端吊杆力传感器4、前端管道压力传感器5、流量传感器7、后端管道壁温传感器9、后端管道压力传感器10、后端吊杆力传感器11、弹簧吊架左侧力传感器12和弹簧吊架右侧力传感器14将信号送入计算机13；根据这些边界条件模拟计算出应力变化，拟合出参数与载荷的单一关系曲线，再根据多参数关系，以及实时受力检测信号，耦合计算得到最终计算公式；最后，系统完成管道应力耦合分析。
[0097] 本实施例中，耦合分析结束得到耦合函数，利用该函数可以动态分析其他所有没有安装应力测点的支吊架，得到该处的应力；当检测到参数变化时，分析系统自动完成各支吊点的应力计算，实时显示，并与设计值和模拟计算值比较，实现超限报警。
[0098] 本实施例中，利用管道介质的温度、压力、流量的大量数据，分析拟合曲线关系，然后将各个单一曲线进行关联耦合；利用各支吊架的实际应力测量结果，修正各个耦合函数，最终利用该耦合函数动态分析其他没有安装测点的支吊架应力，实现风险预警。
[0099] 此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型
专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的
修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本
权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
