锅炉设计中的强度设计与研究

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1、锅炉设计中的强度设计与研究摘要：本文在总结前人研究的基础上，重点论述了强度设计在锅炉设计中的地位和在锅炉设计人员与锅炉检验人员中需要提高认识的几个问题。关键词：锅炉设计；性能设计；结构强度设计1锅炉强度设计的概念这里所说的强度设计，不仅仅是几个计算公式的问题，而是指一种设计思想，一种与产品设计紧密相连的强度设计，或者说是以力学原理和强度计算为核心技术的产品设计。锅炉强度设计这个命题体现了以下两个特点：第一，这里所说的锅炉强度设计，不只是指受压元件，而是指锅炉的所有受力结构，其中包括计算非常复杂的支承锅炉的钢结构。有些设计者在讲

2、锅炉强度的时候，主要是讲受讎元件，而对其他的受力结构则讲得很少。就整个锅炉设备来说，除了受压元件之外，需要进行强度设计的地方很多。特别是电站锅炉，它是一种在高温高压作用下的结构复杂、体积庞大的热能动力设备，任何部件的失效和破坏都会造成严重后果。第二，这里不是釆用强度计算的捉法，而是采用强度设计的提法。目的就是强调强度计算本身就是设计的内容。在国外，特别是美国和日本有时就直接把产品的强度计算称为产品设计。不论从国外的情况看，还是从我国的实际经验教训看，都说明在锅炉的设计中所要解决的技术问题，归结起来就是两个，一个是性能设计，一个

3、是结构强度设计。2锅炉强度设计的主要内容2.1锅炉强度设计的相关技术知识。2.1.1受力构件材料的选用和数据的选取。对强度设计来讲，对材料的关心主要是下列几个方面。①抗氧化温度和最高允许使用计算壁温。②合金元素对钢材性能的影响。③材料强度标准值的制定及其随温度的变化。④钢材的无塑性转变温度与水压试验温度的确定。⑤制造工艺中的温度选取及其对强度设计的影响。2.1.2强度理论的基本概念。强度这一名词代表材料或构件对于荷载的抗力。一般它是指对断裂的抗力，但有时塑性变形过大也能破坏构件或结构物的正常工作。所以有必耍考虑塑性变形，大多数

4、情况是不允许构件或结构整体达到屈服状态。强度理论的目的是从简单受力状态的实验结果去建立复杂受力状态的强度条件,在工程上常用的有四个强度理论。①第一强度理论一最大拉应力理论，所建立的强度条件是断裂的强度条件。②第二强度理论一最大伸长变形理论，所建立的强度条件也是断裂的强度条件。③第三强度理论一最大剪应力理论，所建立的强度条件是塑性条件，在塑性理论中叫屈雷斯加（lksca）条件。④第四强度理论一歪形能理论，所建立的强度条件也是埋性条件，在塑性理论中叫米赛斯（Olises）条件。一•般而言，第一、第二强度理论适用于脆性材料，第三、第

5、四强度理论适用于塑性材料。2.1.3安全系数与许用应力。有了材料强度的标准值，就可以根据安全系数求出强度设计屮所用的许用应力。材料强度的标准值和安全系数都是由相关专家和权威单位确定的，具有很严格的科学性和很强的法律性。它是锅炉强度设汁的最主要的基础。材料强度标准值是根据大量的试验数据统计并考虑所规定的可靠度和可靠度的置信度所确定的数值。安介系数一般由两部分组成，…部分是指对于不能预料的可能损害结构的各种因素的一个准备。另一部分是针对结构的重要性而加的一个系数。对静强度的安全系数，对稳定的安全系数，对疲劳的安全系数，对寿命的安全

6、系数，对断裂力学量的安全系数是不相同的。各种规范、各个国家对安全系数的取值也不尽相同。2.2受压元件的常规设计。一般都有标准可循，不必多讲。但要知道，受压元件一般涉及到圆筒売、球売、圆板、矩形板四种力学构件，从力学上讲是一个很大的范围。而且某些方面也要用到更高深的理论。要想对受压元件的强度问题深入掌握就必须深入学习和掌握板壳的理论问题。2.3调峰机组的疲劳寿命设计。这是一项技术性很强的工作，所涉及到的内容如下。①应力分析设计法的一般概念。②种类应力的计算。③荷载谱的确定，这是一项很复朵的工作，也是疲劳设计的基础工作。④设计疲劳

7、曲线的制定或选用，这又是一项疲劳设计的基础工作。2.4锅炉吊杆的计算。锅炉吊杆是一个结构系统，由许多环节组成，对每一个环节都必须认真地设计才能真正保证吊杆的安全。所涉及到的内容如下。①按不利情况进行荷载的统计与分配，这是一项非常复杂非常基础非常重要的工作。②吊杆螺母的强度设计。一个重要的思想是吊杆螺母的旋合长度应大于普通紧固件螺母的旋合长度。这里推荐吊杆螺母高度ni21。③吊杆及其螺纹端的强度设计。其中巾杆要按最高温度部位进行设计。④吊杆环头的强度设计。要用到环的理论。⑤销轴的强度设计。⑥吊耳及连接焊缝的强度设计。其中吊耳也要

8、用到环的理论。⑦安装调整规范。这是一项必不可少的工作，没有适当的安装凋整过程是不能保证吊杆的安全的。2.5刚性梁的强度设计。所涉及到的内容如下。①炉膛压力的确定及刚性梁的受力计算。要注意煤粉炉与循环流化床锅炉的不间。②角部连接结构的强度设计。③刚性梁的强度和刚度计算。强度的要