鍋爐設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度設(shè)計(jì)與研究

【摘要】本篇文章依據(jù)大量的研究經(jīng)驗(yàn)，對鍋爐設(shè)計(jì)過程中所涉及到的強(qiáng)度設(shè)計(jì)在鍋爐之中所具有的重要地位，以及鍋爐設(shè)計(jì)人員必須要對此進(jìn)行深入研究等問題進(jìn)行了全面詳細(xì)的探討，以期為我國的鍋爐設(shè)計(jì)發(fā)展提供參考。

【關(guān)鍵詞】鍋爐設(shè)計(jì)；性能設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)

鍋爐是現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用極為重要的一個(gè)組成部分，其自身所具有的穩(wěn)定性、持久運(yùn)行性等，直接影響到了整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，反之就可能會造成重大的事故，為了能讓鍋爐具有穩(wěn)定性和安全性這就必須要從源頭來對其進(jìn)行控制，做好鍋爐的強(qiáng)度設(shè)計(jì)使鍋爐在實(shí)際運(yùn)行的過程中能夠具有更好的安全性、耐久性，讓鍋爐能夠保持著更高的強(qiáng)度是鍋爐設(shè)計(jì)者的首要任務(wù)。下文主要對鍋爐設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面詳細(xì)的探討，以期為我國的鍋爐設(shè)計(jì)水平提升作出貢獻(xiàn)。

1、鍋爐強(qiáng)度設(shè)計(jì)的概念

此處所形容的鍋爐強(qiáng)度設(shè)計(jì)并非是僅僅只通過幾個(gè)計(jì)算公式便能夠輕易解決的問題，更是一種事關(guān)設(shè)計(jì)思想的內(nèi)容，一種能夠和鍋爐設(shè)計(jì)進(jìn)行緊密結(jié)合的強(qiáng)度提高設(shè)計(jì)，也可以將其認(rèn)為是通過強(qiáng)度計(jì)算、力學(xué)原理等兩個(gè)方面作為核心的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

鍋爐強(qiáng)度設(shè)計(jì)這個(gè)命題體現(xiàn)了以下兩個(gè)特點(diǎn)：

①此處所形容的鍋爐強(qiáng)度，不僅是形容受壓元件，更多的是形容鍋爐內(nèi)部在使用過程中所存在的受力結(jié)構(gòu)，而在受力結(jié)構(gòu)之中，則是包括了計(jì)算極為復(fù)雜的支撐鍋爐鋼結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)直接對于鍋爐受力產(chǎn)生了極其重要的影響。有部分鍋爐的設(shè)計(jì)人員在看待鍋爐強(qiáng)度的過程中，主要針對受壓元件來進(jìn)行講解，但是對于鍋爐之中所存在的其他幾個(gè)重要部分卻極少涉獵。從鍋爐設(shè)備自身的整體來看，除了受壓元件的存在之外，對于鍋爐強(qiáng)度產(chǎn)生直接影響的因素還有多個(gè)方面。尤其是在電站進(jìn)行使用的鍋爐，這一環(huán)境之下的鍋爐常年都處在高壓、高溫環(huán)境下，其自身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，如果說其中任何一個(gè)位置的零部件出現(xiàn)了失效的現(xiàn)象，那么都極有可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果發(fā)生。

②此處不是使用強(qiáng)度計(jì)算來作為提升方法，而更多的是采用強(qiáng)度設(shè)計(jì)提升法。這一目的就是對鍋爐計(jì)算進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，強(qiáng)調(diào)其本身就是設(shè)計(jì)過程中的部分內(nèi)容。在國外發(fā)達(dá)國家，尤其是歐美國家，在進(jìn)行產(chǎn)品強(qiáng)度設(shè)計(jì)的過程中，就直接將產(chǎn)品強(qiáng)度計(jì)算稱之為產(chǎn)品設(shè)計(jì)。無論是從國外發(fā)達(dá)國家的發(fā)展情況來看，還是從我國當(dāng)前所接受到的大量經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)來看，這其中的多項(xiàng)因素都顯而易見的闡述了鍋爐設(shè)計(jì)之中所必須要加以解決的重點(diǎn)問題，而將這幾個(gè)方面進(jìn)行總結(jié)歸納之后，便能夠得出兩個(gè)結(jié)果，一個(gè)是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)、一個(gè)是性能上的設(shè)計(jì)。

2、鍋爐強(qiáng)度設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

2.1鍋爐強(qiáng)度設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)知識

2.1.1受力構(gòu)件材料的選用和數(shù)據(jù)的選取。對強(qiáng)度設(shè)計(jì)來講，對材料的關(guān)心主要是下列幾個(gè)方面。①抗氧化溫度和最高允許使用計(jì)算壁溫。②合金元素對鋼材性能的影響。③材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的制定及其隨溫度的變化。

2.1.2強(qiáng)度理論的基本概念。強(qiáng)度這一詞語應(yīng)用在鍋爐之中，所代表的便是構(gòu)件、材料自身在使用過程中所呈現(xiàn)出來的荷載抗性。通常情況下，主要是形容其對于斷裂這一因素所存在的抗力，但在個(gè)別情況下，如果說結(jié)構(gòu)的塑性是變形過大，那么同樣有可能對結(jié)構(gòu)物的正常工作帶來影響，甚至是破壞結(jié)構(gòu)物的正常特性。所以，在這一過程中就需要進(jìn)行一定程度上的塑性變形，絕大多數(shù)情況下，都是不允許構(gòu)件自身在使用的過程中，其中的結(jié)構(gòu)整體出現(xiàn)屈服的現(xiàn)象。強(qiáng)度理論存在的主要目的，就是為了能夠從以往簡單的受力狀態(tài)上來對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行建立一個(gè)極為復(fù)雜的受力條件，這從工程的常用性上來說，主要代表了四個(gè)不同的強(qiáng)度理論：

①第一強(qiáng)度理論--最大拉應(yīng)力理論，所建立的強(qiáng)度條件是斷裂的強(qiáng)度條件。②第二強(qiáng)度理論--最大伸長變形理論，所建立的強(qiáng)度條件也是斷裂的強(qiáng)度條件。③第三強(qiáng)度理論--最大剪應(yīng)力理論，所建立的強(qiáng)度條件是塑性條件，在塑性理論中叫屈雷斯加（1ksca）條件。

2.1.3安全系數(shù)與許用應(yīng)力。只有擁有了材料強(qiáng)度所包含的具體標(biāo)準(zhǔn)值，才能夠依據(jù)當(dāng)前安全系數(shù)，計(jì)算出在強(qiáng)度設(shè)計(jì)之中，所應(yīng)當(dāng)實(shí)際使用到的許用應(yīng)力。通常情況下，材料自身所擁有的安全系數(shù)以及強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值都是直接有相關(guān)部門的權(quán)威專家和單位來進(jìn)行確認(rèn)的，這其中所涉及到到的數(shù)值測定，有著極為嚴(yán)格的科學(xué)性和法律性。這一數(shù)值可以說是鍋爐在進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)過程中的基礎(chǔ)。

2.2受壓元件的常規(guī)設(shè)計(jì)。一般都有標(biāo)準(zhǔn)可循，不必多講。但要知道，受壓元件一般涉及到圓筒殼、球殼、圓板、矩形板四種力學(xué)構(gòu)件，從力學(xué)上講是一個(gè)很大的范圍。而且某些方面也要用到更高深的理論。要想對受壓元件的強(qiáng)度問題深入掌握就必須深入學(xué)習(xí)和掌握板殼的理論問題。

2.3調(diào)峰機(jī)組的疲勞壽命設(shè)計(jì)。這是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，所涉及到的內(nèi)容如下。

①應(yīng)力分析設(shè)計(jì)法的一般概念。②種類應(yīng)力的計(jì)算。③荷載譜的確定，這是一項(xiàng)很復(fù)雜的工作，也是疲勞設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作。④設(shè)計(jì)疲勞曲線的制定或選用，這又是一項(xiàng)疲勞設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作。

3、正確地認(rèn)識計(jì)算機(jī)的作用

計(jì)算機(jī)本身主要是作為一種工具來進(jìn)行應(yīng)用，其中所存在的大量應(yīng)用程序有著極其重要的作用，通過對程序的應(yīng)用，能夠最大限度的提升設(shè)計(jì)以及計(jì)算完成后所具有的相應(yīng)精確程度，并且在某些方面所涉及到的強(qiáng)度問題，也只有使用計(jì)算機(jī)的方式來能夠完成計(jì)算。但在實(shí)際執(zhí)行的過程中，要讓計(jì)算機(jī)程序所具有的相應(yīng)作用能夠真正的發(fā)揮出來，首先就需要使用足夠?qū)I(yè)的知識來對于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)概念加以認(rèn)識，也就是說，產(chǎn)品本身的各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果是否能夠滿足需求，都必須要通過理論的方式來進(jìn)行判斷。部分設(shè)計(jì)概念本身就是直接利用計(jì)算機(jī)所計(jì)算出的相應(yīng)的前提條件，而非是通過人工方式所算出來的。例如在鍋爐構(gòu)架之中所存在的中框梁架、水平支撐、垂直支撐等方面使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行布置的過程中，都必須要依據(jù)計(jì)算機(jī)所計(jì)算出來的應(yīng)力數(shù)值大小來作為最終的確定因素，并且將其作為確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性的一個(gè)關(guān)鍵所在。那么，在這種情況之下，其中的低應(yīng)力桿以及你零應(yīng)力桿都有著存在的必要習(xí)慣。在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算的過程中務(wù)必要指出的其中的關(guān)鍵所在，否則在缺乏計(jì)算數(shù)值的情況下，任何對于穩(wěn)定問題進(jìn)行良好的反應(yīng)的措施都是不充分的。從本質(zhì)上來說，你鍋爐構(gòu)架的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，實(shí)際上對于鍋爐本身的穩(wěn)定性有著直接的影響。任何認(rèn)為只需理論基礎(chǔ)都能夠做好鍋爐設(shè)計(jì)，都是單個(gè)方面所存在偏見。

4、結(jié)語

綜上所述，鍋爐自身的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，是整個(gè)鍋爐設(shè)計(jì)過程中極其重要的一個(gè)組成部分，務(wù)必要采取科學(xué)合理的方式來是進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而使得鍋爐的強(qiáng)度可靠性更高，這對于整個(gè)涉及到需要使用鍋爐的工業(yè)行業(yè)來說，有著極其重要的作用。

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作者簡介

姓名；孫甲，性別：男。出生年月：1984.3.17，出生地：哈爾濱。畢業(yè)院校：佳木斯大學(xué)，研究方向：鍋爐與壓力容器設(shè)計(jì)。

身份證號：230103198403171335