锅炉汽包的热应力分析

发布时间：2017-09-11 10:05

  本文关键词：锅炉汽包的热应力分析

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【摘要】：随着我国电网容量扩大,电负荷峰谷差也随之增大。同时,由于水力、风力、太阳能发电均属于可再生能源发电方式,不宜弃水、弃风、弃光调峰,要求火电机组必须参与调峰运行。为了适应负荷变化,调峰机组处于频繁变负荷甚至启停状态,汽包要承受交变应力作用,所以对汽包应力状态的研究具有重要意义。首先,本文根据大连某电厂汽包实际结构尺寸建立了汽包完整的有限元模型,并分析了下降管长度,网格密度对有限元计算结果的影响。其次,介绍了汽包温度场及应力的理论计算方法和汽包周向温差的加载方法。并将理论结果与ANSYS解进行了比较,发现对于机械应力、径向温差作用下的温度场和热应力两种方法间误差较小。对于周向温差热应力,理论解要比ANSYS解大得多,且对应力性质的分析也有偏差。比较了汽包各项应力的大小,得到周向温差热应力大约为径向温差热应力的1/7,是机械应力的1/34。并分析了换热系数对汽包径向温差和周向温差的影响。同时,给出ANSYS中汽包温度场和应力场的求解方法,结合运行规程给定的以及不同变温速率的热态启停曲线作为边界条件,求解了热态启停过程中汽包瞬态温度场和应力场。分析了汽包应力场的分布,给出了各项应力最大点的位置。并获得了随变温速率改变,汽包温度场和各项应力的变化曲线。得出应综合内压、径向、周向温差的大小,来限制锅炉的启停速度。如果这一理论可以被应用到实际调峰过程中,将会极大地改善锅炉运行的灵活性,对参与调峰机组的安全经济运行将产生深远影响。最后,根据ANSYS的计算结果,结合英国设计疲劳曲线对一次热态启停汽包的低周疲劳寿命进行了计算。
【关键词】：锅炉汽包 有限元 热态启停 应力分析 温度场 低周疲劳
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM621.2
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 课题研究的背景及意义11
• 1.2 国内外研究现状及存在问题11-15
• 1.2.1 锅炉汽包的温度场11-12
• 1.2.2 锅炉汽包的热应力12-13
• 1.2.3 锅炉汽包的机械应力13-14
• 1.2.4 锅炉汽包的总应力14
• 1.2.5 锅炉汽包的疲劳寿命14-15
• 1.3 主要研究内容15-16
• 第2章 应力分析的理论基础与汽包模型的建立16-29
• 2.1 应力分析的理论基础16-18
• 2.1.1 温度场的数学模型16-17
• 2.1.2 弹性力学基本方程17-18
• 2.2 汽包结构和物性参数18-20
• 2.3 汽包有限元模型的建立20-28
• 2.3.1 单元的选择20
• 2.3.2 环境分离和对称性研究20-22
• 2.3.3 汽包模型网格划分22-23
• 2.3.4 模型的网格收敛性分析23-26
• 2.3.5 下降管外伸长度的影响26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 汽包应力的对比与分析29-38
• 3.1 汽包内压作用下的机械应力29-31
• 3.1.1 机械应力的理论求解29-30
• 3.1.2 机械应力的数值模拟30
• 3.1.3 结果比较30-31
• 3.2 径向温差作用下的温度场与热应力31-34
• 3.2.1 温度场和热应力的理论求解31-32
• 3.2.2 温度场和热应力的数值模拟32-33
• 3.2.3 结果比较33-34
• 3.3 周向温差产生的热应力34-37
• 3.3.1 热应力的理论求解34
• 3.3.2 热应力的数值模拟34-36
• 3.3.3 结果比较36-37
• 3.4 汽包各种应力的比较37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 汽包瞬态应力分析及疲劳寿命计算38-55
• 4.1 瞬态温度场38-41
• 4.1.1 换热系数对周向与径向温差的影响38-39
• 4.1.2 汽包温度边界条件与初始条件39-40
• 4.1.3 温度场分析40-41
• 4.2 瞬态热应力41-43
• 4.3 瞬态机械应力43-44
• 4.3.1 应力边界条件43
• 4.3.2 机械应力分析43-44
• 4.4 瞬态总应力44-48
• 4.4.1 只有径向温差与内压作用45-46
• 4.4.2 只有周向温差与内压作用46-48
• 4.5 强度校核48-50
• 4.6 锅炉汽包疲劳寿命的计算50-53
• 4.6.1 汽包的主要失效形式分析50-51
• 4.6.2 汽包疲劳寿命的计算标准51
• 4.6.3 一次热态启停汽包疲劳寿命的计算51-53
• 4.7 本章小结53-55
• 结论55-56
• 参考文献56-60
• 附录60-75
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文75-76
• 致谢76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李斌;史良宵;陈丰;李彦军;;增压锅炉汽包疲劳损伤在线监测系统的研究[J];热能动力工程;2015年06期

2 庞森;赵建军;戴新;刘彤;刘亚;;基于AGC负荷下的控制循环锅炉汽包应力分析[J];电站系统工程;2015年02期

3 王豫刚;姚尧;;中国能源革命之二:再现阳光[J];中国经济信息;2014年17期

4 田乾;丁克勤;陈平;;电站锅炉汽包失效及预防[J];机械工程与自动化;2013年01期

5 黄一心;;分析电力经济运行现状及问题[J];科技创新与应用;2012年33期

6 姜雪松;辛志强;张静;邵亚西;王坤峰;;某型蒸汽锅炉锅筒应力应变分析[J];电站系统工程;2012年04期

7 吕植训;刘军;王世新;李名慧;;汽包水位出现“虚假”测量的探讨[J];石油化工自动化;2012年02期

8 符栋良;蔡昊;;锅炉汽包疲劳寿命分析软件的开发应用[J];锅炉技术;2011年02期

9 杨迪;黄海涛;;关于自然循环锅炉在启动和停炉过程中允许汽包上下壁温差的探讨[J];电力技术;2010年19期

10 康晓光;;1025t/h锅炉汽包壁温差产生的原因分析及对策[J];山西焦煤科技;2010年S1期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 赵在理;压力容器的结构分析与安全评估研究[D];武汉理工大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 王坤峰;小型增压锅炉锅筒热应力计算分析[D];哈尔滨工程大学;2013年

2 王鹏;基于导热反问题方法的锅炉厚壁部件在线寿命分析[D];华北电力大学;2012年

3 石建伟;M701型燃机余热锅炉汽包及“四管”受热面日启动过程的寿命研究[D];华南理工大学;2010年

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本文编号：830075