增壓鍋爐汽包疲勞壽命理論計算方法研究.pdf

1、增壓鍋爐汽包壽命問題已經(jīng)成為設(shè)計、制造、安裝、使用、檢驗、修理和改造各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)，且與電站鍋爐汽包相比，具有多方面的特殊性，一方面使增壓鍋爐汽包壽命問題更為突出和重要，另一方面使對電站鍋爐相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)計算方法的適用性研究具有必要性。另外，在工程應(yīng)用中也迫切需要一套適用于增壓鍋爐汽包應(yīng)力分析的理論計算方法來檢驗現(xiàn)有應(yīng)力分析軟件的可靠性和計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，但研究現(xiàn)狀已制約了我國增壓鍋爐技術(shù)的深入研究和工程應(yīng)用亟需。因此，開展增壓鍋爐汽包低周

2、疲勞壽命、安全評定和斷裂壽命的計算方法研究，并對工程應(yīng)用提出建議，具有理論意義和應(yīng)用前景。
　　1、在增壓鍋爐汽包低周疲勞壽命計算方法研究方面
　　最大周向溫差與GB/T9222相同，而不應(yīng)采用TRD301標(biāo)準(zhǔn)不計該溫差熱應(yīng)力的做法;與TRD301標(biāo)準(zhǔn)不同，主應(yīng)力差計算采用第三強(qiáng)度理論和該準(zhǔn)則下應(yīng)力幅值系列計算方法;以我國這一先進(jìn)的低周疲勞設(shè)計曲線作為考核曲線;Miner線性累積損傷準(zhǔn)則作為安全準(zhǔn)則，但與電站鍋爐計算標(biāo)準(zhǔn)不同

3、的是，總損傷分?jǐn)?shù)應(yīng)小于1。
　　通過計算分析，得出了:薄膜應(yīng)力與徑向溫差計算之間和考核點(diǎn)處內(nèi)壓應(yīng)力與徑向溫差熱應(yīng)力計算之間及其合成原則應(yīng)按同一時刻法;基于徑向溫差解析解的逼近解適用于增壓鍋爐汽包徑向溫差計算，而簡化解法和GB/T9222的簡化解修正法不適用的原因在于不能滿足增壓鍋爐機(jī)動性外，簡化解法不體現(xiàn)時間參數(shù)，GB/T9222法對增壓鍋爐汽包簡體結(jié)構(gòu)（溫度阻尼系數(shù)）修正程度不夠;增壓鍋爐汽包筒體徑向溫差并不是筒壁越厚，溫差越大

4、，而還應(yīng)考慮增壓鍋爐啟停時間和速度共同作用的效應(yīng);增壓鍋爐汽包簡體結(jié)構(gòu)決定的貝塞爾函數(shù)特征方程特征值構(gòu)成一斜率為正的直線，且汽包上半部簡體的特征值大，斜率也大;無孔增壓鍋爐汽包周向溫差熱應(yīng)力計算公式中熱應(yīng)力比值的變化規(guī)律為汽包水位越低，該值越大，且按此時的最大值取值;汽包與連接管采用上焊下脹的連接方法是合理的;推導(dǎo)出的第三強(qiáng)度理論下的交變應(yīng)力范圍捷算方法，不僅減少了計算物理量和步驟，還簡化了增壓鍋爐汽包低周疲勞壽命計算方法、美國ASME

5、、英國BSDP5500和GB/T9222標(biāo)準(zhǔn)計算法。
　　總之，可采用ASME和BSDP5500標(biāo)準(zhǔn)計算體系，但低周疲勞設(shè)計曲線和損傷安全準(zhǔn)則不適用于本研究，疲勞考核點(diǎn)也不必為兩個，徑向溫差需編程計算;TRD301標(biāo)準(zhǔn)不適用于本研究;GB/T9222標(biāo)準(zhǔn)中徑向溫差計算方法、內(nèi)壓應(yīng)力和徑向溫差熱應(yīng)力計算合成的極值法和損傷安全準(zhǔn)則不適用于本研究。本文提出的交變應(yīng)力范圍捷算法能夠簡化ASME、BSDP5500和GB/T9222標(biāo)準(zhǔn)計算法

6、，且本文法是對這些標(biāo)準(zhǔn)法的發(fā)展。
　　2、在增壓鍋爐汽包安全評定和斷裂壽命計算方法研究方面
　　采用了國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)BS7910-2005中1/4橢圓孔角裂紋的等效裂紋尺寸和應(yīng)力強(qiáng)度因子計算方法及其相應(yīng)的應(yīng)力計算規(guī)定和我國COD這一先進(jìn)的設(shè)計曲線，并在本研究應(yīng)力計算方法和應(yīng)力分析基礎(chǔ)上，建立了簡化安全評定計算方法，同時適用于彈性和塑性范圍，并為斷裂壽命計算提供了允許裂紋尺寸。在上述基礎(chǔ)上，采用試驗的裂紋擴(kuò)展速率，建立了斷裂壽命

7、計算方法。實(shí)例計算結(jié)果表明:JB/T1609標(biāo)準(zhǔn)中汽包表面質(zhì)量檢驗數(shù)據(jù)不適用于計算裂紋的檢驗;計算裂紋的存在，使增壓鍋爐汽包壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足增壓鍋爐使用壽命要求。同時，開孔尺寸和增壓鍋爐停爐速度的增加均會縮短斷裂壽命，當(dāng)二者共同作用時，則還會加劇。
　　3、對實(shí)際工程的建議
　　1)汽包水位降低，會加劇縮短增壓鍋爐汽包壽命。因此，在設(shè)計和增壓鍋爐運(yùn)行時應(yīng)予以考慮;
　　2)增壓鍋爐汽包上半部簡體與連接管間應(yīng)采用焊接，下