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承压部件热应力.ppt
* * 启动应力 启动应力:指锅炉启动、停运与变负荷过程启动分离器和末级过热器出口联箱的应力。 机械应力+温度不均匀引起的热应力+内部介质重量等引起的附加应力=启动应力 应力可分为主体膜应力和峰值应力两种。 峰值应力是承压部件的局部应力,由不均匀温度及结构等因素产生的,它比主体膜应力大2~4倍。 峰值应力使承压部件局部材料屈服,引起应力再分配,最大应力达到屈服限,在静态时不构成危害。但是,对波动的峰值应力,到了一定的波动次数后,材料会脆性破坏。 一、机械应力 承压部件内外直径比在1.2范围内,属于薄壁容器。超过1.2属于厚壁容器。薄壁容器在内压力的作用下只是向外扩张而无其他变形。 承压部件的纵横断面上只有正应力无剪应力。任一点有三个方向的应力,沿圆筒切线方向的切向应力为,沿圆筒轴线方向的轴向应力为,沿圆筒直径方向的径向应力为,其计算式为 σ1=PDn/2S MPa (1) σ2=PDn/4S MPa (2) σ3=-P MPa (3) 式中 p ——内压力,MPa;Dn——汽包内径,mm; S——汽包壁厚,mm。 二、热应力 1. 热应力概念 金属膨胀变化受到限制时会产生很大的应力,称为热应力。 2. 启动过程热应力 锅炉启动过程工质温度逐渐升高,承压部件被加热,其壁内温度变化如图(1)所示。 承压部件是一个整体,其各部位间无相对位移的自由,因而内壁受到压缩、外壁受到拉伸。 3,停炉降压过程热应力 工质与金属之间形成的温差使金属蓄热释放。降压过程外壁温度高于内壁温度(假定承压部件保温很好,对环境散热近似为零)。 因此,降压过程外壁产生压缩热应力、内壁产生拉伸热应力。 4.热应力近似计算 内外壁温差热应力。内外壁温差热应力,内壁切向应力最大。对于内壁加热,可近似表示为 σnw=αE*Δt1-0/(1-μ) MPa (4) 式中 μ——泊桑系数,=0.25~0.33; Δt1-0——汽包内壁表面至中心线x—x间的温差,热应力等于零的线称为中心线x-x是在假定承压部件是平板,周边固定不能扭转的条件下得到的。 承压部件进水是欠热水,内外壁温差使内壁产生压缩应力。 为了减小热应力σnw ,进水应限制内外壁温差及减小Δt1-0 。限制进水温度和进水速度,后者可缩小。 部颁《锅炉运行规程》指出,锅炉进水温度不大于100℃,进水时间中压锅炉夏季不小于1h,冬季不小于2h,高压及以上压力锅炉夏季不小于2h,冬季不小于4h。 三、承压部件进水应力分析及进水方法 进水时无内压力,热水加热内壁,引起内外温差,管孔与管头之间的温差。这些温差都会引起热应力。因此,进水时应力主要是热应力。 用105℃除氧水作为锅炉进水,它流过管道系统、省煤器入汽水分离器,水温约70℃。应注意水品质要符合标准。 有的电厂用低温水(25℃)进水,进水速度不受限制,可大大缩短进水时间。低温进水必需用化学纯水联胺除氧,并用氨水(NH3H20)控制pH值。采用低温进水虽然进水时间缩短,但用于加热锅水的时间增长了。 四、超临界锅炉升压汽包应力分析 应力=机械应力+热应力。内压力产生机械应力,汽包壁温不均产生热应力。汽水分离器局部较大峰值应力常发生在汽水混合物喷嘴边缘处。 五、低周疲劳破坏 低周疲劳破坏:承压部件最大值不大于屈服限,如果承受是周期性的峰值应力,则在周期性塑性应变下将使材料断裂破坏的现象。 达到低周疲劳破坏的应力循环总次数称为寿命,运行中应力循环次数占寿命的百分数称为寿命损耗。 ASME给出一个临界值,对于材料屈服限为≤552MPa的承压部件,应力循环次数超过1000次,都应对部件进行低周疲劳分析。关于应力循环次数有以下定义: (1)锅炉启动停运一个循环为一次。 (2)压力波动范围在数值上超过设计压力值20%算一次。 (3)任何相邻两点,因温度变化产生温差,不同温差值折算成次数, 29~55°C 应力循环一次 56~83 °C 应力循环2次 84~139 °C 应力循环4次 140~194 °C 应力循环8次 195~250 °C 应力循环12次 ~250 °C 应力循环20次 六、承压部件应力控制 1.原则 锅炉启停过程应力安全原则有以下几项: (1)机械应力要符合最大剪应
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