超临界锅炉刚性梁导向装置布置原则及设计方法

第 3期 2 0 1 5年 5月 锅炉制造 B 0I L E R MANUF AC T UR I NG No 3 Ma y 2 01 5 超 临界锅炉 刚性梁导 向装 置布置原则及设计方 法 张欣 ， 李路 明 ( 哈 尔滨锅 炉厂有 限责任 公 司， 黑龙 江 哈 尔滨 1 5 0 0 4 6 ) 摘要： 超临界锅炉的刚性梁导向装置， 采用空间斜拉杆结构。导向装置一端与水平刚性梁相连， 跟随水平刚 性梁一起膨胀， 另一端与钢结构相连 ， 两端连接节点都采用铰接结构。导向装置主要承受地震荷载、 风荷载、 锅炉膨 胀荷载 。 关键词： 导向装置； 膨胀； 荷载 中图分类号： T K 2 2 4 文献标识码 ： A 文章编号： C N 2 3 1 2 4 9 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 2 5 0 2 La y o u t p r i n c i p l e a n d d e s i g n me t h o d o f S u p e r c rit i a l Bo i l e r Bu c k s t a y Re s t r a i n t Zh an g Xi n ， L i L u mi n g ( H a r b i n B o i l e r C o L t d ， H a r b i n 1 5 0 0 4 6 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： S u p e r c r i t i a l B o i l e r B u c k s t a y Re s t r a i n t a d o p t d i a g o n a l d r o w b a r s p a c e s t r u c t u r e o n e e n d o f Re s t r a i n t i s c o nn e c t e d wi t h h o r i z o n t a l bu c ks t a y wh i c h i s e x p a n d e d wi t h h o r i z o n t a l b u c ks t a y， o t he r e n d i s c o n n e c t e d w i t h s t e e l s t ruc t u r e ， a n d t w o e n d c o n n e c t i o n j o i n t a d o p t h i n g e s t r u c t u r e R e s t r a i n t i s ma i n l y u s e d t o a g a i ns t e a r t h q u a k e l o a d、 wi n d l o a d a n d Bo i l e r e x pa n d l o a d Ke y wor ds： Re s t r a i n t ； e x p a n d； l o a d 0 引 言 超临界锅炉的受压元件都采用悬 吊式结构 ， 炉膛及后烟道均采用密封膜式壁结构 ， 锅炉 自身 无法抵抗外部风荷载 、 地震荷载 、 锅炉运行及启停 中的各 向膨胀荷载等。为使锅炉启停及运行过程 中有序膨胀 、 并使其所受荷载有序传递 ， 故需要设 计完善 的刚性梁导 向装置。 1 刚性梁导 向装置 的作用 1 ) 刚性梁 导 向装置 与水 平刚性梁及 相关 附 件一起建立锅炉整体膨胀 中心 ， 使锅炉各部 位都 能按设计确定的方向有序膨胀 ， 以便确定锅 炉整 体膨胀情况 ， 使受压元件能够进行整体应力分析 ， 防止锅炉因无须膨胀而拉裂管墙 ， 影响锅炉安全 运行 。 2 ) 使地震荷载及露 天布置锅炉所 承受 的风 荷载、 锅炉膨胀力 等能通过导 向装置有序传递到 钢结构上 。给所有悬 吊管墙设置合理 导向， 保持 锅炉平稳无晃动。 2 锅 炉零 膨胀 点 锅炉中的所有受压元件 ， 都以锅炉零膨胀点 为基点向外膨胀。膨胀简 图见图 1 。锅炉膨胀过 程 中炉膛前墙向炉前方向移动 ； 炉膛后墙、 后烟道 前墙 、 后烟道后墙 向炉后方 向移动 ； 炉膛侧墙及后 收稿 日期 ： 2 0 1 41 0 2 8 作者简 介： 张欣( 1 9 8 1一) ， 男 ， 黑龙江省 哈尔滨人 ， 2 0 0 4年毕业于佳木斯大学 工学院热能 与动力工程专 业， 工程师 ， 多年 从事锅炉钢 结构设 计工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 6 锅炉制造 总第2 5 1 期 烟道侧墙向锅炉两侧移动。 2 1 水平方向零膨胀点位置 锅炉水平方向绝对零膨胀点位置 ： 前后墙在 锅炉对称 中心线位置； 侧墙 一般在距炉膛后墙向 炉前方向 1 3 0 0 mm位置 ； 对 于 6 0万超临界角式 切圆锅炉， 侧墙零膨胀点在距炉膛后墙 向炉前方 向 2 6 0 0 m m位置。 膨胀零点 图 1 膨胀简 图 后烟道侧墙还设置了相 对零膨胀点 ， 此相对 零膨胀点不和刚性梁 一起 向后烟道后 墙方 向移 动。此相对零膨胀点位置在距后烟道前墙向后烟 道后墙方向 1 3 0 0 mm位置 。 2 2垂直方向零膨胀点位置 锅炉整体通过 吊挂装置悬 吊在钢结构上 ， 大 包 以上都为常温不膨胀 ， 大包 以下受热膨胀 ， 所以 垂直方 向零膨胀点为大包上表面。所有受压元件 都 以此为基点向下膨胀。 3 刚性梁导 向装置 3 1 刚性 梁导 向装 置布 置原 则 超 临界锅炉一般在炉膛区域布置三层刚性梁 导向装置 ， 分别 为炉膛上部 区域 、 中部区域 、 和下 部 区域 ； 后烟道一般布置两层刚性梁导 向装置 ， 分 别为后烟道上部 区域和后烟道下部 区域 。如果导 向荷载过大 ， 也可以再增加导 向层。布置导 向装 置时 ， 最好尽量靠近钢结构主平面 ， 这样刚性梁导 向装置结构容易实现 ， 传力明确。 刚性梁导向装置布置 的注意事项如下 ： 1 ) 导向装 置一般不布置在第一 层水平 刚性 梁 ， 原因是顶棚包覆框架生根在第一层水平刚性 梁上 ， 如导向装置 布置在第一层刚性梁位置很可 能与顶棚包覆框架生根件相碰。 2 ) 需要躲开各 种管道等 ， 如折烟角下 降管 、 省煤器出 口导管 、 煤粉管道及各种风道等。其 中 还要注意躲开生根在水平刚性梁上的折烟角下降 管导向装置。 3 ) 导向装 置及 为导 向装置设计 的立柱及横 梁， 都应躲开锅炉上的各种孔 门， 如吹灰 ， 人孔等。 4 ) 导向装置连接到钢结构柱子上时， 要躲 开 柱接头。 3 2刚性梁导 向装置的设计方法 刚性梁导 向装置通过导 向杆 ， 一端与水 平刚 性梁或校平装置相连 ， 另一端与钢结构相连 ， 组成 空间铰接杆件。与钢结构连接位置不移动， 与水 平刚性梁连接位置和水平刚性梁一起 向下 向外移 动。导向装置与水平刚性梁连接位置 ， 设计在水 平刚性梁 的校平装置位置， 以便传递导 向垂直荷 载 ， 并且水平刚性梁在此位置上 下都需要设置剪 切块 ， 数量根据垂直荷载大小计算 。 3 2 1 刚性 梁导 向装 置导 向杆位 置 的确 定 导向杆的连接状态和长度对锅炉 良好运行至 关重要。刚性梁导 向装置导 向杆一端与刚性梁连 接 ， 另一端与钢结构连接 ， 水平方 向定位尺寸相对 容易确定 。但 由于导 向杆为空 间结构 ， 与钢结构 相连接的垂直方向高度较难确定。导向装置计算 简图见图 2 。其 中： c点为导 向装置连接 的钢结 构点 ， 4点为导 向装置连接 的刚性梁 或校平 装置 C j 图 2 导 向装 置计算 简图 下转第 5 1页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 张 听， 等： 不锈钢换热管高压加热器工艺研究 5 l 短筒身 A外 ， 将焊接方式改为成型质量好且变形量 小的氩弧焊 ， 并在焊接过程中严格控制焊接速度 ， 最 大限度的减小 了焊接变形， 并在包壳焊接后采用适 当的局部火焰校正 ， 保证了包壳装配质量。 2 4 总装工艺难点 本工程高压加热器管 系较常规产 品长 ， 重量 也相应加大， 如何保证管系与外壳套装 过程 中管 系起吊时不产生挠 曲， 保证套装质量 ， 是总装过程 中的难点。由于管系长度 大 ， 相应的外壳长度也 加大 ， 在总装 中如何安排滚轮架支撑位置 ， 保证设 备转动平稳从而保证好环缝 焊接质量 ， 较薄的外 壳不产生变形及压痕 ， 是总装过程中的又一难点 。 针对以上难点 ， 在实际生产中我们 提制 了专 用的管系起 吊工装 ， 保证在管系起 吊及外壳套装 过程中管系中所有 隔板均匀受力 ， 起 吊平稳且管 系不变形。在外壳套装后 ， 针对每台高压加热器 ， 仔细选取滚轮架支撑位置 ， 使用 多个滚轮架并在 摆放前使用精准仪器测量并调整滚轮架高度 ， 保 证产品摆放后滚轮架 高度位置一致 ， 最大 限度 的 减小了转动时的高度变动和产品 的窜动 ， 从而保 证 了环缝焊接的质量 ， 外壳无挠曲变形及压痕。 3 结 论 以上为不锈钢换热管高压加热器制造过程 中 难点及解决方案 ， 通过实际生产 ， 验证了以上方案 有效可行 ， 保证了我公司首套不锈钢换热管高压 加热器顺利产成 ， 填补了我公 司此类产 品生产经 验的空 白。 上接第 2 6页 冷态点 ， B点为导 向装置连接 的刚性梁 或校平装 置热态点 ， 1 为 C点到 A点距离 ， 为 C点到 点距离 ， 、 b 、 c分别为 刚性梁垂 直方 向位移 和水 平方向位移 ， d 、 e 、 厂为点 和点 C空间相对定位 尺寸 ， 8为 点到 曰点 弧线 中点与 点到 日点直 线 中点之间的距离 。 简图中 的 A点 和 B点位 置 及 C点 水平 位 置 、 水平尺寸 d和 e 、 水平刚性梁位移 0 、 b 、 c都能 确定 ， 只有厂未知。如能够确定 厂就能确定 C点 高度 。最理想状 态下 点是沿着 以 c点为 中心 l为半径 的空 间 圆转动 到 日点。其 中用 L 1= 可 以推导出 厂=( C ( dc 2 )一b ( e+b 2 ) ) 0 一 a 2 。但实 际中 A到 点是沿直线 移动的 ， 此 直线和弧线就会产生一个差值 6 。并且计算出 的 厂 值 ， 在实 际结构 中可能无 法实 现 ， 实际应用 过程 中 厂 值 可 以有一定 调整 ， 但调 整后 1将不 等 于 。需 引入 L m i d 、 、 8 重新 校 核 。L mi d 为 A B直线 中点到 C点的距离 ； 8 为 1与 L mi d 的差值 ； 6 为 与 L m i d的差值 。选用 的厂值要 保证 8 、 8 、 ：都要小 于 3 m m， 才 能保 证 导 向装 置 良好转动 。 3 2 2 导向装置节点计算 导向装置 主要包括导 向杆 、 耳板 、 销轴等 ( 导 向装置见图 3 ) 。导 向装置所 受荷载包括锅炉膨 胀荷载 、 地震荷载 、 风荷载。计 算导向荷载 时， 取 1 6倍膨胀荷 载、 0 5倍膨 胀荷载加 1 3倍 风荷 载 、 0 5倍膨胀荷载加 1倍地震荷 载中的最大值 。 导 向