摘要：结合工程实例，分析了CAESARII 弹簧选型的特点。根据国内设计习惯，提出了应用CAESARII在火力发电厂管道设计中进行弹簧支吊架选型的设计方法。
关键词：弹簧选型；CAESARII；热位移；冷位移；安装荷载
随着电力设计行业的飞速发展，国内设计行业逐步与国际接轨，CAESARII软件在火力发电厂管道设计中得到了越来越广泛的应用。但由于设计习惯的不同， CAESARII软件在弹簧选型方面，与国内设计方法有所不同。
1 CAESARII软件弹簧选型存在的问题
CAESARII软件确定弹簧型号时使用了OPE工况位移。国内设计习惯使用从冷态到工作态的位移，即CEASARII软件的EXP热位移。差异的关健为冷位移。因此会产生如下问题：a. 如果我们按习惯手选弹簧去较核CAESARII软件，就会发现CAESARII软件弹簧选型存在“错误”。b. 对于冷位移与准热位移相反的情况（如图1），弹簧荷载变化率有可能超出设定值。c. 对于冷位移与准热位移相反的情况，弹簧冷态荷载有可能超出弹簧表，即冷态时弹簧压死。
针对上述问题，部分设计人员采取了如下方法：使用CAESARII 软件计算的工作荷载和热位移（EXP工况）进行手选弹簧。将所选弹簧与CAESARII计算的荷载和位移一起作为最终结果出图。如某600MW工程的主蒸汽管道的17号吊架，POPE=-23277N，PSUS=-20361N，DOPE=-21.6mm，DSUS=-5.67mm，DEXPm=15.93mm。CEASARII选择弹簧为213型，手选弹簧为113型。如采用手选弹簧，则：冷态荷载＝热态荷载－热位移×弹簧刚度＝23277-15.93×37.33×9.8＝17449N。实际冷态荷载与程序计算的冷态荷载相差14.3%，而CAESARII其它支吊架的冷态荷载分配及冷态设备接口推力都是基于17吊架冷态荷载为20361N计算的。所以，如果使用手选弹簧，将使整个管系的冷态荷载及冷态接口推力与计算不符。更严重的是，如果施工单位调整手选弹簧使其尽量接近图纸所给的冷态荷载，将导致管系的热态荷载分配及热态端点推力与计算相差很大。
所以，直接使用手选弹簧是不合适的。
2 CAESARII弹簧选型的解决方案
方法一： 直接使用CAESARII软件计算的弹簧表选弹簧。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但需特别注意冷位移较大，尤其冷位移大且与热位移相反的支吊架，应核算支吊架的荷载变化率及冷态荷载是否在允许范围内。若CAESARII软件所选弹簧不合适，需在输入界面中给定手选的弹簧刚度，重新进行计算以得到满意的结果。
方法二： 在CAESARII 软件中设置采用热位移（EXP）选弹簧。即在工况定义界面中将工况OPERATING FOR HANGER TRAVEL的Hanger Stiffness由默认的Ignore修改为As Designed。
这样进行计算后，软件在OPE工况输出的热态荷载及热位移与弹簧表中的数据不一致，即CAESARII 软件选弹簧所用的荷载与OPE荷载不一致，选弹簧用的位移与EXP不一致。且不同版本的CAESARII 软件数据的差异值也不相同。以下是某600MW超超临界机组的主汽管道分别使用5.1版及2016版CAESARII 计算的部分结果数据。
表中数据仅为大量数据对比中较典型的数据，基本反映了统计结果。5.1版中的弹簧表工作荷载与OPE工况的输出结果最大相差25.6% ，而2016版中的弹簧表工作荷载与OPE工况的输出结果最大相差0.047% 。可见，早期版本的CAESARII软件不能使用此方法进行管道计算；CAESARII 2016版的迭代算法有了较明显的改进，计算精度已基本满足工程设计需要，可以按此方法直接使用软件计算的弹簧型号。
3 结论
本文依据工程设计实际数据，对CAESARII软件的计算结果进行了分析，并给出了两种使用CAESARII软件进行弹簧选型的方法。方法一：让CAESARII软件按默认设置选弹簧，即按准热位移（OPE）选弹簧。然后对计算结果中冷位移较大的支吊点进行核算，对有问题的点进行手选弹簧。将手选弹簧代入程序中重新计算以得到正确的结果。方法二：对CAESARII软件进行设置，使其按热位移（EXP）进行弹簧选型。通过这两种方法进行弹簧选型，优化了使用CAESARII 软件进行管道设计的过程，避免了对每个弹簧进行逐一核算正确性的繁琐工作。
参考文献
[1]王致祥,梁志钊,孙国模,文启鼎. 管道应力分析与计算[M]. 北京: 水利电力出版社, 1983.
[2]COADE.Inc ..Version 5.2 CAESAR II Applications Guide.
[3]火力发电厂管道支吊架验收规程.DL/T 1113-2009.
[4]火力发电厂汽水管道设计技术规定 DL/T 5054-2016.
论文作者:刘英利
论文发表刊物:《电力设备》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/20
标签：弹簧论文; 荷载论文; 位移论文; 软件论文; 吊架论文; 工况论文; 方法论文; 《电力设备》2017年第15期论文;