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小型增压锅炉锅筒热应力计算分析
| 论文题名： | 小型增压锅炉锅筒热应力计算分析 |
| 关键词： | 增压锅炉;锅筒部件;数值计算;热应力场;程序设计 |
| 摘要： | 锅筒是增压锅炉中重要的受压部件之一,增压锅炉较快的启停及变负荷工作时,产生的交变机械应力和热应力会使锅筒金属材料产生的疲劳损伤增大,缩短锅筒的使用寿命。增压锅炉锅筒的结构和受热情况复杂,目前国内外对增压锅炉锅筒温度场和热应力场的研究比较少,传统的电站锅炉锅筒温度场和热应力场算法并不适用于增压锅炉。本文的目的就是寻求一种适用于增压锅炉锅筒的温度场和热应力场计算方法,并编制相应的计算机程序,以监测增压锅炉运行过程中锅筒温度场和热应力场的变化情况,指导增压锅炉的安全运行。 本文以哈尔滨工程大学SZS(Z)1.5-1.27/350-Y小型增压试验锅炉锅筒为研究对象,建立了锅筒内外壁温度数据采集系统,通过实验得到了锅筒内外壁的温度分布规律,结果表明外壁轴向温差和内壁周向温差较小,外壁周向温差和内外壁温差较大,因此在计算热应力时,外壁轴向温差和内壁周向温差可以忽略。将增压锅炉锅筒简化为二维模型,将导热问题的直接解法和反推解法相结合来求解锅筒的温度场,通过正反问题的耦合,解决了单独采用反推解法或者直接解法不能实现求解整个锅筒温度场的问题,并用FORTRAN和C++语言编写了锅筒温度场计算程序。 本文使用ANSYS软件对锅筒稳态机械应力场、热应力场和总应力场进行了数值模拟,找出了最大应力值点出现的位置,得到了锅筒的应力场分布规律,计算出了理论机械应力集中系数kp=3.82和热应力集中系数2.12Tk?,结果表明美国ASME标准推荐的应力集中系数偏于保守,并对此进行了修正。对锅筒接管区域进行了应力强度评定,评定结果符合安全运行要求。以有限单元法为基础,使用FORTRAN语言编写了锅筒应力场计算程序,该程序能够实现热应力、机械应力和总应力的计算,程序运行结果表明:对于该小型增压锅炉锅筒,由内压和温度引起的总应力,热应力占主要部分。最后使用FORTRAN语言编写了以雨流计数法为基础的应力幅统计子程序RAINFLOW。 |
| 作者： | 王坤峰 |
| 专业： | 热能工程 |
| 导师： | 陈明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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