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研究生:楊竣詔
研究生(外文):Chun-chao Yang
論文名稱:發電廠蒸氣管路檢測及其吊掛裝置強度分析
論文名稱(外文):Investigation of a Steam Line in a Power Plant and Analyzing the Strength of the Line Hangers
指導教授:劉永生劉永生引用關係
指導教授(外文):Yung-Sheng Liu
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:機械工程學所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:57
中文關鍵詞:熱位移火力發電廠主蒸氣管
外文關鍵詞:Thermal DisplacementMain Steam LineThermal Power Plants
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本論文探討一火力發電廠機組之主蒸氣管(MS)與熱再生蒸氣管路系統使用超過三十年後產生一些變形及龜裂情況的還原。此研究利用有限元素建模軟體MSC.Patran建立蒸汽管路及其懸吊系統三維電腦線架構模型,然後再利用分析軟體 MSC.Nastran作有限元素分析。過程包括,(1)先將冷機狀態管路之靜負荷利用有限元素法計算模擬並與利用雷射光實際量測之資料比對,針對負載最大之處做應力分析,探討冷機時負載安全性。(2)進而模擬熱機情況,分析在熱機時所產生之高溫高壓所造成主蒸氣管膨脹變形擠壓之位移,並計算因而發生最大應力的位置與數值。模擬分析的結果顯示,實際發生較嚴重龜裂、變形之懸吊處與電腦模擬分析結果吻合,所以還原了管線中焊接處龜裂的主要原因為熱膨脹。未來可針對熱膨脹因素就蒸汽管路懸吊系統,進行更新設計或變更材料等因應改進的方向。
This thesis discusses the deformation and crack of main steam piping system in a thermal power plant after working more than 30 years. In this research, a modeling and meshing software MSC.Patran is employed to build the 3-D finite element model of the steam piping and suspension system, and then, the model is solved by MSC.Nastran. The analyzing processes include: (1) finite element analyzing the deformation of piping system caused by static load under cold state and comparing the results with laser measurement values; (2) modeling the steam piping system under high temperature and high pressure, and analyzing the maximum stress caused basically by thermal expansion. The computer modeling results are well matched with the real situation of the steam piping system. Since computer modeling procedures can effectively predict the location of crack in the steam piping system, this research provides an efficient way to improve the piping and suspension system in a power plant.
目錄
致謝………………………………………………………………………I
摘要……………………………………………………………………II
ABSTRACT………………………………………………………….III
圖目錄…………………………………………………………………VI
表目錄………………………………………………………………VIII
第一章 緒論…………………………………………...........................1
1-1前言………………………………………………………1
1-2研究動機與目………………………………………………3
1-3軟體介紹與研究方法………………………………………5
第二章 相關理論………………………………………………………10
2-1有限元素法………………………………………………10
2-2卡氏定理(Castigliano''s theorem) ………………………11
2-3熱膨脹……………………………………………………12
2-4應變能……………………………………………………13
2-5 Von Mises 應力……………………………………14
2-6設計負載、容許應力與安全係數………………………16
第三章 懸吊裝置設計內容……………………………………………18
3-1彈簧定義…………………………………………………18
3-2可變彈簧(Variable Spring)………………………………19
3-3固定彈簧(Constant Spring )……………………………21
3-4避振支撐裝置之設計……………………………………23
3-5懸吊裝置與避振支撐裝置在模型拘束…………………25
第四章 實驗與分析…………………………………………………31
4-1冷機狀態…………………………………………………31
4-1-1材料性質……………………………………………31
4-1-2懸吊系統載重………………………………………33
4-1-3 HRH4應力分析(冷機)…………………………35
4-2熱機狀態…………………………………………………40
4-2-1熱位移變化(未加重力G)…………………………41
4-2-2 HRH4應力分析(未加重力G)……………………45
4-2-3熱位移變化(加重力G)…………………………….48
4-2-2 HRH4應力分析(加重力G)………………………51
第五章 結論……………………………………………………………54
5-1結果與討論………………………………………………54
5-2未來展望及改進…………………………………………55
參考文獻………………………………………………………………56




圖目錄
圖1-1 火力發電原理……………………………………………………2
圖1-2 HR管路3D CAD 模型………………………………………….4
圖1-3 HRH4焊接處龜裂紋路………………………………………….5
圖1-4 工程分析結構流程………………………………………………7
圖1-5 分析流程圖………………………………………………………8
圖1-6 BEAM結構蒸氣管路…………………………………………….9
圖2-1 卡氏定理…………………………………………………….....12
圖2-2 應變能………………………………………………………….14
圖3-1 可變彈簧………………………………………………………20
圖3-2 固定彈簧………………………………………………………21
圖3-3 八階多項式……………………………………………………23
圖3-4 阻尼器…………………………………………………………24
圖3-5 單一液壓避振作動器阻尼特性………………………………25
圖3-6 主蒸氣管管路…………………………………………………27
圖3-7 各區的拘束條件………………………………………………30
圖4-1 管路剖面圖……………………………………………………32
圖4-2 HRH-4有限元素模型…………………………………………37
圖4-3 HRH4靜力應力分析[Unit:psi(lb/in^2)]………………………38
圖4-4 Rod2處靜力應力分析[Unit:psi(lb/in^2)]……………………..39
圖4-5 Rod2處最大靜力應力值區 [Unit:psi(lb/in^2)]………………39
圖4-6 熱負載拘束條件(未加重力G)………………………………...43
圖4-7 熱位移(未加重力G)…………………………………………...44
圖4-8 蒸氣內壓………………………………………………………46
圖4-9 HRH4應力分析[Unit:psi(lb/in^2)] (未加重力G)…………….47
圖4-10 Rod1處應力分析[Unit:psi(lb/in^2)](未加重力G)………….47
圖4-11 Rod1處最大應力值區 [Unit:psi(lb/in^2)](未加重力G)…...48
圖4-12 熱負載拘束條件(加重力G)………………………………….49
圖4-13 熱位移(加重力G)…………………………………………….50
圖4-14 HRH4應力分析[Unit:psi(lb/in^2)] (加重力G)…………......52
圖4-15 Rod1處應力分析[Unit:psi(lb/in^2)] (加重力G)…………....52
圖4-16 Rod1處最大應力值區 [Unit:psi(lb/in^2)] (加重力G)……..53
圖4-17 HRH4焊道龜裂區……………………………………………53








表目錄
表3-1 可變化彈簧常數 (Variable Spring Coefficient)操作負荷......20
表3-2 固定值彈簧常數 (Constant Spring Coefficient)操作負荷....22
表3-3 阻尼參數操作負荷……………………………………………25
表3-4 拘束條件………………………………………………………29
表3-5 軸向拘束對照表………………………………………………30
表4-1 機械性質………………………………………………………32
表4-2 化學成分機械材質……………………………………………33
表4-3 靜力平衡表……………………………………………………35
表4-4 靜力負載(單位:lb)…………………………………………….37
表4-5 Rod2處靜力最大應力值區 [Unit: psi(lb/in^2)]………………40
表4-6 熱位移(未加重力G)………………………………………......44
表4-7 熱位移HRH4疊代負載(單位:lb) (未加重力G)……………..45
表4-8 Rod1處最大應力值區 [Unit: psi(lb/in^2)](未加重力G)….....48
表4-9 熱位移(加重力G)…………………………………………......50
表4-10 熱位移HRH4負載 (單位:lb) (加重力G)…………………..51
表4-11 Rod1處最大應力值區 [Unit: psi(lb/in^2)](加重力G)….......53
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