鍋爐強度設(shè)計探析研究

【摘 要】鍋爐是生產(chǎn)、生活中的重要動力機器，它可以為生產(chǎn)提供必要的動力介質(zhì)。在鍋爐的設(shè)計中，對鍋爐的強度設(shè)計是至關(guān)重要的，它不但能夠增強鍋爐的動力，而且能降低能源的損耗。這里提到的強度設(shè)計，指的是一種設(shè)計的理念和方法，它是與產(chǎn)品設(shè)計緊密相關(guān)的強度設(shè)計，也可以說是以力學(xué)原理和強度計算為關(guān)鍵技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計。本文將從鍋爐強度校核做出探討，并重點對鍋爐的強度設(shè)計做出分析。

【關(guān)鍵詞】鍋爐設(shè)計；強度；能源；動力

鍋爐強度的設(shè)計，不僅僅只是受壓元件的強度，而是指鍋爐的全部的受力結(jié)構(gòu)，其中還包括要計算極其復(fù)雜的支撐鍋爐的鋼結(jié)構(gòu)。從整個鍋爐設(shè)備進行分析，不僅包括受壓元件，要進行強度設(shè)計的地方還有很多。尤其是電站的鍋爐，它是在高溫高壓環(huán)境下工作，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積巨大的熱能動力設(shè)備，不論哪個部件損壞都會造成及其嚴(yán)重的后果。

1.鍋爐強度校核中應(yīng)注意的問題

1.1管板的強度校核

根據(jù) GB/T16508—2008《鍋殼式鍋爐受壓元件強度計算》的規(guī)定，管板分成三個部分，即管群以外平板部分、管群區(qū)平板部分和包含人孔平板部分分別進行強度計算，取其大值做為管板壁厚，最高允許工作壓力取其小值。

1.2其他受壓元件的強度校核

容易因腐蝕或磨損壁厚減薄的其他受壓元件主要是爐膽、下腳圈及平端蓋。

這些受壓元件進行強度校核時，僅將發(fā)生減薄部位實測厚度值代入標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)強度校核公式，計算出最高允許工作壓力[P]，與鍋爐實際運行壓力比較，以確定是否需要降壓以及降壓程度。而公式中其他參數(shù)均將設(shè)計時確定的參數(shù)代入。

2.明確鍋爐強度設(shè)計的參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)

2.1對受力構(gòu)件的料選擇和數(shù)據(jù)的選取

對于強度設(shè)計而言，材料選擇最主要做到下面幾個方面的要求：

①抗氧化溫度和最高允許使用計算壁溫。②合金對鋼材的性能可能產(chǎn)生的影響。③材料強度標(biāo)準(zhǔn)制定與受溫度影響所發(fā)生的變化。④鋼材的無塑性轉(zhuǎn)變溫度要求和對水壓試驗溫度的要求。⑤在制造工藝過程中對溫度的選擇和對強度設(shè)計所產(chǎn)生的影響。

2.2強度理論的基本概念

在這里提到的強度這個名詞，表示的是材料或者構(gòu)件對外部荷載的抵抗能力。通常情況下，它是指對斷裂情況的抵抗能力， 但是有的時候，塑性變形過大同樣也會造成構(gòu)件或者其結(jié)構(gòu)物破壞進而影響到正常的使用。因此，我們也要考慮塑性的變形情況。一般情況下是堅決不允許構(gòu)件或結(jié)構(gòu)整體達(dá)到屈服的狀態(tài)。強度理論的目的就是通過簡單受力狀態(tài)的實驗結(jié)果去創(chuàng)造復(fù)雜受力狀態(tài)的強度條件，在工程上經(jīng)常使用四個強度理論進行指導(dǎo)。

①最大拉應(yīng)力理論也被稱為第一強度理論， 它所建立的強度條件稱為斷裂的強度條件。②第二強度理論是最大伸長變形理論，它所建立的強度條件也是稱為斷裂的強度條件。③第三強度理論是最大剪應(yīng)力理論，它所建立的強度條件稱為塑性條件，在塑性理論中稱為屈雷斯加（Tresca）條件。④第四強度理論叫做歪形能理論，它所建立的強度條件也是稱為埋性條件，在塑性理論中稱為米賽斯（Mises）條件。通常情況下，第一、第二強度理論一般適用于脆性材料，第三 、第四強度理論一般適用于塑性材料。

2.3安全系數(shù)和許用應(yīng)力

（1）制定了材料強度的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值之后， 就能夠通過安全系數(shù)計算得出強度設(shè)計中所用的許用應(yīng)力大小。材料強度的標(biāo)準(zhǔn)值和安全系數(shù)具有權(quán)威性，都是由相關(guān)專家和權(quán)威單位進行確定的， 具有很嚴(yán)格的科學(xué)性和很強的法律性。它是鍋爐強度設(shè)計的最主要的基礎(chǔ)。材料強度標(biāo)準(zhǔn)值是根據(jù)大量的試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計并考慮所規(guī)定的可靠度和置信度進行數(shù)值的確定。安全系數(shù)通常是由兩部分構(gòu)成，一部分指的是對不能預(yù)料到的可能造成結(jié)構(gòu)損毀的各種因素的準(zhǔn)備。另一分是對結(jié)構(gòu)的重要性所增加的一個系數(shù)。比如，對靜強度的安全系數(shù)等系數(shù)的要求都是不同的。每個規(guī)范、每個國家對于安全系數(shù)的選取也是不一樣的。

（2）受壓元件的常規(guī)設(shè)計?？梢砸罁?jù)標(biāo)準(zhǔn)進行， 但要要注意的是， 受壓元件通常會涉及到圓筒殼、 球殼 、圓板、矩形板這四種力學(xué)構(gòu)件，設(shè)計到力學(xué)的很大范圍。而且對一些方面的要求也要運用更高深的理論指導(dǎo)。 要想對受壓元件的強度進行深入掌握，就必須通過學(xué)習(xí)和了解板殼的理論來解決這個問題。

（3）對調(diào)峰機組疲勞壽命的相關(guān)設(shè)計。這是一項具有很強技術(shù)性和專業(yè)性的工作，包括的內(nèi)容也很廣泛，包括下面幾個內(nèi)容：①應(yīng)力分析設(shè)計法的一般概念的相關(guān)具體要求。②對應(yīng)力種類的計算。③荷載譜的確定也是一項及其復(fù)雜的工作，又是疲勞設(shè)計的重要基礎(chǔ)工作。④設(shè)計疲勞曲線的制定和選擇，這也是一項疲勞設(shè)計的基礎(chǔ)工作。

（4）鍋爐吊桿的計算。鍋爐吊桿作為一個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，是由許多的環(huán)節(jié)構(gòu)成，只有對每一個環(huán)節(jié)都進行認(rèn)真地設(shè)計才能從根本上保證吊桿的安全，主要涉及到下面的內(nèi)容：①采取不利情況進行荷載的統(tǒng)計和分配，這是一項復(fù)雜性基礎(chǔ)性重要性極強的工作。②吊桿螺母的強度設(shè)計。其中一個重要的思想指導(dǎo)是吊桿螺母的旋合長度大于普通螺母的旋合長度。這里推薦使用吊桿螺母的高度為 m≥1。③吊桿和螺紋頂端的強度設(shè)計。其中要求，對吊桿的設(shè)計要根據(jù)最高溫度的部位來進行設(shè)計。④吊桿環(huán)頭的強度設(shè)計，這也是要用到環(huán)的理論作為指導(dǎo)。⑤吊耳和連接焊縫之間的強度設(shè)計。其中吊耳也同樣需要用到環(huán)的理論。⑥這也是作為一項不可或缺的工作，沒有適當(dāng)?shù)陌惭b凋整過程就不能保證吊桿的安全。

（5）鍋爐構(gòu)架的強度設(shè)計。這是一項工作量很大的專門技術(shù)工作， 通常情況下不能和其他結(jié)構(gòu)的強度設(shè)計在一起進行。但是，相對于整個鍋爐而言，這也是鍋爐強度設(shè)計的一項重要內(nèi)容。對鍋爐構(gòu)架的整體強度剛度計算普遍采用的是專門的計算軟件，但是在設(shè)計概念上的許多理論問題還是需要設(shè)計者自己把握，才能保證設(shè)計的正確。尤其是把握抗震問題和結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的穩(wěn)定這兩個鍋爐構(gòu)架強度設(shè)計的重點和難點。

（6）對焊接接頭的強度設(shè)計。這是作為鍋爐各種結(jié)構(gòu)強度設(shè)計之中的很重要的步驟， 要重點把握以下幾方面的內(nèi)容：①焊接接頭的工作應(yīng)力分布和工作的性能掌握。②基本假設(shè)。③焊縫尺寸的大小掌握。④相關(guān)荷載的計算。⑤焊縫的承載能力一定要高于連接件所承載的能力，這條原則一定要遵守。在進行鍋爐設(shè)計中，鍋爐的的強度設(shè)計是其中一個十分重要的環(huán)節(jié)，關(guān)系到整個鍋爐的運行。在此過程中，設(shè)計人員要嚴(yán)格執(zhí)行各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并充分利用計算機技術(shù)，使得設(shè)計過程更為合理。

【參考文獻(xiàn)】

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