增压锅炉汽 包低周疲劳寿命计算方法研究

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1、万方数据第25卷第2期2010年3月热能动力工程JOURNALOFENGINEERINGFORTHERMALENERGYANDPOWERV01．25，No．2Mar．，2010文章编号：1001—2060(20io)02—0184—06增压锅炉汽包低周疲劳寿命计算方法研究郑心伟1，孙瑜2，王晓军3(I．哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，黑龙江哈尔滨150001；2．海洋石油工程股份有限公司。天津300452；3．哈投投资股份有限公司供热公司，黑龙江哈尔滨150090)摘要：在分析、比较和论证美英德和我国同类标准计算方法的基础上，

2、确定了计算栽荷的种类、考核点的位置，选取了应力集中系数和低周疲劳设计曲线，确定了主应力差计算的强度准则和疲劳损伤安全准则的计算方法，建立了径向温差及其热应力的计算方法、内压应力和径向温差热应力的合成方法，并形成了满足蒸汽动力装置机动性要求的增压锅炉汽包低周疲劳寿命计算方法。方法的建立，不仅对增压锅炉汽包的设计工作具有指导作用，而且为最终确立增压锅炉汽包低周疲劳寿命计算方法及其相关问题的拓展性研究奠定了基础。关键词：增压锅炉；汽包；低周疲劳寿命；计算方法．中图分类号：TK225文献标识码：A引言由于锅炉汽包低周疲劳寿命计算是调峰电

3、站锅炉设计中不可缺少的部分，国外的一些国家先后制定了自己的标准计算方法¨qJ，我国也先后实施了“水管锅炉锅筒低周疲劳寿命计算”和“锅筒低周疲劳寿命计算”的标准计算方法H。J，标准的实施是为了适应大型调峰电站锅炉机组寿命计算需要，在总结国内运行电厂、制造厂家、高等院校和科研单位等有关部门的科研成果和参考国外同类标准基础上制定的∞jo与调峰电站锅炉不同，增压锅炉具有更高的机动性【7J，由此带来的问题是上述标准计算方法能否适用于增压锅炉汽包低周疲劳寿命的计算，本研究将围绕这一问题进行分析、比较和论证，为建立满足增压锅炉机动性要求的汽包

4、低周疲劳寿命计算方法提供借鉴。1计算载荷种类和考核点的确定1．1计算载荷种类的确定与普通机械零件相比，锅炉受压元件的受力要收稿日期：2009一01—15；修订日期：2010—03—02作者简介：郑心伟(1966一)，男，山东蓬莱人，哈尔滨工程大学副教授复杂得多，承受的载荷主要有以下几种：介质应力、热应力、附加载荷和工艺应力。一般情况下，以上各种载荷与高温及腐蚀介质同时作用于元件上。因此，锅炉受压元件的受载情况要比一般机械元件较为复杂‘81。对于介质应力中的水压试验来说，可以单独作为一个应力循环工况来校核其对汽包低周疲劳寿命的损伤

5、。但是，在锅炉的寿命期限内，水压试验的实际循环次数很小，可以不计其对汽包低周疲劳寿命的损伤；在锅炉运行时，汽包上的安全阀实际工作次数难以定量确定，并且安全阀动作压力升高的累积时间，相对工作寿命来说很短，这种压力升高对持久强度寿命的影响，可以忽略不计。但是，考虑到锅炉运行时，汽包实际运行压力往往高于其额定工作压力。所以，汽包内介质的最高压力取为汽包安全阀的整定压力，也就是说介质应力中的汽包安全阀起跳时的较高压力对汽包低周疲劳寿命的损伤并入其中考虑。这样，在计算时，介质应力载荷中仅考虑内压(最高压力取为汽包安全阀的整定压力)应力载荷

6、变化对汽包低周疲劳寿命的损伤。对于附加载荷来说，就汽包自重及其内部介质等的重量所构成的均匀载荷而言，它们只对平均应力起作用，在低周疲劳设计曲线中已经考虑了最大可能的平均应力的影响。因此，可以不考虑均匀载荷对汽包低周疲劳寿命的损伤；因为低周疲劳设计曲线已考虑了应力安全系数，所以不再考虑由支承、悬吊等引起的局部集中载荷对汽包低周疲劳寿命的损伤，计算载荷中也不考虑附加载荷。对于工艺应力来说，因为所选用的圆筒上焊接管接头处内压应力集中系数的数据已经包括了通常汽包筒体在制造过程中所存在的不圆度而引起的应力集中的影响。所以，汽包不圆度所造成

7、的弯曲应力已在汽包内压应力集中系数中考虑；对残余应力来说，残余应力是自平衡力系，对于交变载荷来说，万方数据标准分享网www.bzfxw.com免费下载第2期郑心伟，等：增压锅炉汽包低周疲劳寿命计算方法研究·185·残余应力是一种平均应力，残余应力会随着锅炉运行时间的增加而逐渐松弛，水压试验对残余应力的松弛也是有利的。另外，从残余应力的性质来分析，它对汽包整体的强度和低周疲劳寿命的影响不会太大，在低周疲劳设计曲线中已经考虑了最大可能的平均应力的影响。因此，不再考虑汽包残余应力对其低周疲劳寿命的损耗。这样，计算载荷中不再考虑工艺应力

8、。另外，低周疲劳设计曲线考虑到试验数据的分散性、尺寸效应、构件表面粗糙度及工作环境等因素的影响，为安全起见，对经过平均应力修正的虚拟应力疲劳寿命曲线，还取了一定的安全系数。所以，不再考虑腐蚀介质可能对汽包低周疲劳寿命的损耗。综上所述，在进行汽包低周疲劳寿命计算时