基于模糊数学的区域锅炉房供热直埋管道疲劳循环次数研究

发布时间：2020-11-22 04:59

　　 随着我国集中供热技术和工程的发展,许多供热直埋管道在复杂、多变的工作环境下运行,不稳定性因素增多,疲劳破坏事故更是时有发生。供热管网最大年温差疲劳循环次数作为管网疲劳寿命的一种统计数据,不仅能充分考虑大小循环温差产生的热应力对管网的损伤,而且在减少管网损伤、提高管网寿命等方面具有重要的意义。供热管网的运行事故频次和循环温差对其疲劳寿命有着重要而直接的影响。然而,已有研究大多侧重于对整体管网或以热电厂为热源的研究,而有关以区域热水锅炉房为热源的供热管网疲劳寿命的研究鲜有报道。鉴于此,本文在以区域热水锅炉房为热源的管网运行事故频次和运行参数的基础上,利用模糊数学理论,对管网中存在的模糊现象进行深入分析,并对运行温差进行数据处理,获得相应最大年温差疲劳循环次数,研究成果对我国集中供热直埋管道的安全运行有重要的理论和实际意义。首先,本文针对供热直埋管道所受载荷和应力进行分类,并逐一分析供热直埋管道四种极限状态下的管道受力和破坏情况,得出对于供热直埋管道疲劳寿命,低循环疲劳破坏对其影响较大,可以通过采集测量供热管道运行温度对其进行研究。其次,分析供热直埋管网中热应力是否对管网造成损伤的问题上存在模糊现象,引入模糊数学理论对供热直埋管道疲劳分析中存在的模糊现象进行研究和分析,并给出相应的通用隶属函数。结果表明:1)抛物线隶属函数较适用于供热直埋管道疲劳寿命的预测,归纳出适用于供热直埋管道疲劳分析的通用隶属函数;2)证实了《区域供热手册》中提及的伯尔姆格林-米纳公式是模糊数学中通用隶属函数的一种;3)隶属函数参数的选取不同,对疲劳寿命预测精度有很大的影响。再次,本文针对以区域热水锅炉房为热源的供热直埋管网事故情况进行问卷设计和调查,并采用SPSS对有效问卷进行数据描述和模型建立。结果表明:1)供热系统分为四个等级且其事故发生频次服从泊松分布;2)计算得出区域热水锅炉房为热源的输送干线、输配干线及分支线各系统,在30年的使用寿命内,事故发生的频次及在置信水平为99%的置信区间;3)高频事故位置主要为弯头、补偿器、固定墩、阀门。最后,本文按照室外计算温度和供热时长的不同,选取太原市、石家庄市、大同市、运城市为本次研究的四座代表性城市,并依次对四座城市的区域热水锅炉房运行期间输送干线的供水和回水运行温度进行采集和统计。按每天、每周和每月对循环温差进行划分,分别带入适用于疲劳寿命分析的通用隶属函数中进行计算分析在设计寿命30年内的最大温差循环次数。计算结果表明:1)区域热水锅炉房输送干线供回水管段的疲劳寿命循环次数区间由高到低的排序为大同市、太原市、石家庄市、运城市;2)疲劳寿命循环次数区间的排序与四座代表性城市的设计供热时长成正比且一一对应,但与这四座代表性城市的供热季室外平均温度成反比;3)针对供热室外计算温度越低且供热时长越长的集中供热城市,区域热水锅炉房输送干线的疲劳损伤越大,在今后的设计运行中,应加强供热直埋管网的安全性能。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU995.3
【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号说明
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 我国集中供热的现状
        1.1.2 供热直埋热水管道理论研究进展
        1.1.3 疲劳寿命研究进展
        1.1.4 模糊疲劳可靠性设计研究进展
    1.2 课题研究的意义及内容
        1.2.1 课题研究的意义
        1.2.2 课题研究的内容
第二章 区域热水锅炉房供热直埋管道的疲劳破坏问题
    2.1 供热管道的载荷及应力分类
        2.1.1 载荷
        2.1.2 供热直埋管道的应力分类
    2.2 供热直埋管道的极限
        2.2.1 管道的极限分类
        2.2.2 低循环疲劳破坏的确定
    2.3 本章小结
第三章 基于模糊数学的供热直埋管道疲劳寿命估算
    3.1 供热直埋管道中的模糊现象
    3.2 模糊数学的基本概念
    3.3 确定模糊数学隶属函数的方法
    3.4 四种常用型隶属函数及热应力模糊段
    3.5 最大年温差疲劳循环次数的确定
        3.5.1 供热直埋管道热应力
        3.5.2 最大年温差疲劳循环次数的确定
    3.6 算例分析及通用隶属函数的确定
        3.6.1 半梯形隶属函数,正态分布隶属函数及Г分布隶属函数的算例分析
        3.6.2 抛物线隶属函数的算例分析
        3.6.3 通用隶属函数的确定
    3.7 本章小结
第四章 供热直埋管道事故情况的调查统计
    4.1 数据来源
        4.1.1 供热直埋管网的事故类型
        4.1.2 供热直埋管网的事故特点
    4.2 供热直埋管网事故的调查统计
    4.3 供热直埋管网的事故频次
        4.3.1 区域热水锅炉房的事故频次
        4.3.2 输送干线的事故频次
        4.3.3 输配干线的事故频次
        4.3.4 分支线的事故频次
    4.4 供热管网的事故位置
    4.5 本章小结
第五章 区域热水锅炉房输送干线运行数据采集与疲劳分析
    5.1 区域热水锅炉房输送干线供水管段疲劳分析
        5.1.1 一号区域热水锅炉房输送干线供水管道疲劳分析
        5.1.2 二号区域热水锅炉房输送干线供水管段疲劳分析
        5.1.3 三号区域热水锅炉房输送干线供水管段疲劳分析
        5.1.4 四号区域热水锅炉房输送干线供水管段疲劳分析
        5.1.5 供水管段疲劳寿命分析小结
    5.2 区域热水锅炉房输送干线回水管段疲劳分析
        5.2.1 一号区域热水锅炉房输送干线回水管段疲劳分析
        5.2.2 二号区域热水锅炉房输送干线回水管段疲劳分析
        5.2.3 三号区域热水锅炉房输送干线回水管段疲劳分析
        5.2.4 四号区域热水锅炉房输送干线回水管段疲劳分析
        5.2.5 回水管段疲劳分析小结
    5.3 供回水管段疲劳分析小结
    5.4 本章小结
第六章 结论与建议
    6.1 主要工作及结论
    6.2 展望与建议
参考文献
附录 1
致谢
攻读硕士学位期间的学术成果

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