300MW鍋爐汽包應(yīng)力分析與裂紋計算.pdf

1、隨著電網(wǎng)容量增大和用電結(jié)構(gòu)的變化，電網(wǎng)峰谷差日益增加，一大批高參數(shù)、大容量的火力發(fā)電機組不得不參加變負荷甚至啟停調(diào)峰運行。參與調(diào)峰的機組里面特別是高參數(shù)、大容量的鍋爐汽包直徑和壁厚都比較大，在機組啟停和變負荷過程中，尤其是機組事故情況下，較快的升壓、降壓速度和溫度變化會使汽包材料所承受的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力發(fā)生很大的變化，而頻繁交變的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力將使金屬材料產(chǎn)生的疲勞損傷增大，縮短鍋爐汽包的使用壽命。為此，人們高度重視并積極開展了鍋爐汽

2、包的相關(guān)研究工作。其中，計算鍋爐汽包的瞬態(tài)溫度場和瞬態(tài)應(yīng)力場分布，以及在此基礎(chǔ)上進行汽包裂紋的擴展計算與預(yù)測，對于確保汽包的安全運行具有直接的指導意義。 本文以株洲電廠300MW鍋爐汽包作為研究對象，在獲得試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對該汽包的瞬態(tài)溫度場、瞬態(tài)應(yīng)力場、強度計算和裂紋擴展預(yù)測等方面開展了多學科的交叉研究。文章主要從以下幾個方面進行了探討。 首先，本文建立了含下降管和封頭的鍋爐汽包的整體計算模型，并計算了汽包吊帶和自重

3、對汽包應(yīng)力的影響。通過對計算結(jié)果進行對比分析以后確定了汽包的計算模型，然后利用采集的數(shù)據(jù)作為計算的邊界條件，采用三維有限元理論，運用國際通用大型溫度場、結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYS，計算了該模型下汽包的瞬態(tài)溫度場、熱應(yīng)力、機械應(yīng)力、總應(yīng)力(熱和機械的耦合應(yīng)力)。 其次，通過對計算結(jié)果的分析，找出了汽包應(yīng)力最大值的位置，求出了危險點機械應(yīng)力和總應(yīng)力與蒸汽匝力的比例關(guān)系，并對各工況的應(yīng)力進行了綜合比較。 論文最后運用ANSYS計算

4、的σeqv并結(jié)合斷裂力學的半橢圓形表面裂紋公式和COD法計算了危險區(qū)域不同長度裂紋的斷裂強度因子隨時間的變化，并根據(jù)材料的斷裂韌性確定了裂紋的臨界尺寸。 本文創(chuàng)新點為：以現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)和事故情況采集的數(shù)據(jù)作為汽包應(yīng)力、裂紋計算的基礎(chǔ)，特別是對汽包溫度進行了準確測量，把汽包水位的變化也加以一并考慮，避免了以往因數(shù)學模型的邊界條件失真而帶來的計算結(jié)果的欠準確性；首次采用節(jié)點耦合模型計算了吊帶對鍋爐汽包機械應(yīng)力和熱應(yīng)力的影響；計算了汽包