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2008年蘭州東部地區(qū)一套800kVCIS高壓電器開關設備于夏季投產(chǎn)使用，運行狀況良好，入冬以后氣溫降低至-20℃以下，長母線管道局部位置出現(xiàn)大量SF氣體泄露，同期沈陽地區(qū)同型號設備也出現(xiàn)此現(xiàn)象。SF氣體具有優(yōu)良的絕緣性能與滅弧性能，被廣泛應用于CIS高壓電器設備當中。但是SF是一種溫室氣體，一旦泄露會污染環(huán)境；更重要的是泄漏使設備內(nèi)SF氣體密度下降，導致設備內(nèi)部絕緣性能及滅弧性能降低，而設備內(nèi)部SF氣體的水分含量增加，產(chǎn)生凝露，在電弧作用下，微量H20與SF金屬發(fā)生水解反應，產(chǎn)生劇毒和腐蝕氣體，損壞絕緣，腐蝕設備殼體危及安全運行，毒性氣體大量泄露會危害人體健康。下面對管線進行詳細的強度分析。
確定載荷及工況
管道受力分析
CIS長母線管道的外部結(jié)構(gòu)由金屬筒體、連接法蘭、密封墊片、固定支架、可動支架、波紋管膨脹節(jié)等基本結(jié)構(gòu)組成。漏氣的直接原因在于部分結(jié)構(gòu)受力較大，有變形發(fā)生導致密封失效。長母線管道的受力情況主要有：①在封閉的金屬管道內(nèi)充入SF氣體，形成密閉的工作空間。通常氣體氣壓為0.3-0.6MPa，這時金屬筒體壁而受到內(nèi)壓力的作用；②金屬筒體自身的重力，固定支架給予的約束力，以及可動支架的支撐力；③隨著溫度的變化，各部分受到溫度應力的作用；④風載荷及地震載荷的作用。
確定工況
蘭州位于我國西北部地區(qū)，冬夏季溫度變化波動很大，根據(jù)其氣候變化特點，確定CIS母線管道的工作環(huán)境溫度及對應受力情況。①夏季30 0C安裝設備，管道所受載荷為SF氣體內(nèi)壓力、重力、支架約束力；②夏季30 ℃安裝設備升溫到極限溫度70℃，此時溫差為40 K，管道所受載荷為內(nèi)壓力、重力、支架約束力及溫度應力；③夏季30℃安裝設備降溫到極限溫度-30℃，此時溫差為-60K，管道所受載荷為內(nèi)壓力、重力、支架約束力及溫度應力；④冬季-5℃安裝設備，管道所受載荷為內(nèi)壓力、重力；⑤冬季-5℃安裝設備升溫到極限溫度55℃，此時溫差為60 K，管道所受載荷為內(nèi)壓力、重力；⑥冬季-5℃安裝設備降溫到極限溫度-30℃，此時溫差為-25 K，管道所受載荷為內(nèi)壓力、重力、溫度應力。
CAESAR II軟件介紹及模型建立
CAESAR II管道應力分析軟件是由美國COADE公司研發(fā)的壓力管道應力分析專業(yè)軟件。向用戶提供完備的國際上的通用管道設計規(guī)范，具有強大的分析功能、豐富的數(shù)據(jù)庫等優(yōu)異的性能所以深受國內(nèi)外管道應力分析工程師的青睞，目前在石油、化工、電力等行業(yè)有較多的用戶。
CAESAR II應力分析程序的理論基礎是結(jié)構(gòu)力學，而結(jié)構(gòu)力學在建立桿狀元件的力學方程時做出了一些假設，即結(jié)構(gòu)中所有桿狀元件的變形都很小，各節(jié)點的位移不改變元件的形狀，此時力和位移成線形關系，并符合虎克定律，各載荷在元件中引起的應力、應變、位移可以疊加�；谶@樣的假設，根據(jù)確定的6種不同的工況及載荷應用CAESAR II軟件對CIS長母線管道的受力情況進行分析計算，建立結(jié)構(gòu)模型，局部典型結(jié)構(gòu)及其節(jié)點編號如圖所示。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術服務與解決方案
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