300MW鍋爐汽包應力分析與裂紋計算.pdf

1、隨著電網容量增大和用電結構的變化，電網峰谷差日益增加，一大批高參數、大容量的火力發(fā)電機組不得不參加變負荷甚至啟停調峰運行。參與調峰的機組里面特別是高參數、大容量的鍋爐汽包直徑和壁厚都比較大，在機組啟停和變負荷過程中，尤其是機組事故情況下，較快的升壓、降壓速度和溫度變化會使汽包材料所承受的機械應力和熱應力發(fā)生很大的變化，而頻繁交變的機械應力和熱應力將使金屬材料產生的疲勞損傷增大，縮短鍋爐汽包的使用壽命。為此，人們高度重視并積極開展了鍋爐汽

2、包的相關研究工作。其中，計算鍋爐汽包的瞬態(tài)溫度場和瞬態(tài)應力場分布，以及在此基礎上進行汽包裂紋的擴展計算與預測，對于確保汽包的安全運行具有直接的指導意義。 本文以株洲電廠300MW鍋爐汽包作為研究對象，在獲得試驗數據的基礎上，對該汽包的瞬態(tài)溫度場、瞬態(tài)應力場、強度計算和裂紋擴展預測等方面開展了多學科的交叉研究。文章主要從以下幾個方面進行了探討。 首先，本文建立了含下降管和封頭的鍋爐汽包的整體計算模型，并計算了汽包吊帶和自重

3、對汽包應力的影響。通過對計算結果進行對比分析以后確定了汽包的計算模型，然后利用采集的數據作為計算的邊界條件，采用三維有限元理論，運用國際通用大型溫度場、結構分析軟件ANSYS，計算了該模型下汽包的瞬態(tài)溫度場、熱應力、機械應力、總應力(熱和機械的耦合應力)。 其次，通過對計算結果的分析，找出了汽包應力最大值的位置，求出了危險點機械應力和總應力與蒸汽匝力的比例關系，并對各工況的應力進行了綜合比較。 論文最后運用ANSYS計算

4、的σeqv并結合斷裂力學的半橢圓形表面裂紋公式和COD法計算了危險區(qū)域不同長度裂紋的斷裂強度因子隨時間的變化，并根據材料的斷裂韌性確定了裂紋的臨界尺寸。 本文創(chuàng)新點為：以現場試驗數據和事故情況采集的數據作為汽包應力、裂紋計算的基礎，特別是對汽包溫度進行了準確測量，把汽包水位的變化也加以一并考慮，避免了以往因數學模型的邊界條件失真而帶來的計算結果的欠準確性；首次采用節(jié)點耦合模型計算了吊帶對鍋爐汽包機械應力和熱應力的影響；計算了汽包