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600MW超临界锅炉高温过热器出口联箱寿命分析

作　者: 贺林博
导　师: 李斌
学　校: 华北电力大学
专　业: 工程热物理
关键词: 超临界锅炉 有限元 过热器联箱 应力分析
分类号: TM621.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 51次
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内容摘要


高温过热器出口联箱在运行过程中承受着较大的工作压力和最高的工作温度,和锅炉的其它厚壁部件相比,更容易发生损伤。高温过热器出口联箱作为锅炉最为重要的厚壁部件之一,其寿命的长短直接影响着整个锅炉乃至整个机组的性能,而联箱寿命的损耗主要取决于它所承受的应力。在机组运行过程中,温度和压力的快速波动会使联箱的应力发生很大变化。在温度较高的情况下,应力的频繁变化不仅会使联箱产生疲劳损伤而且会使联箱发生蠕变损伤,联箱在疲劳和蠕变的交互作用下,缩短了其使用寿命。本论文利用ANSYS软件对600MW超临界锅炉高温过热器出口联箱进行了寿命分析。首先,根据联箱结构的对称性,以联箱与任意一组蒸汽引入管构成的组合结构的二分之一为计算模型,根据现场测得的温度数据,计算得出了联箱的瞬态温度分布,并以此为基础,得到了联箱的热应力场。同时,根据实测的内压数据,计算得到了联箱在变负荷运行过程中的机械应力场,并最终得到了联箱的总应力场。在应力场计算的基础上,运用基于弹性分析的疲劳-蠕变损伤分析方法,计算了联箱的寿命损耗。研究结果表明:在变负荷运行下,联箱壁面温差的变化趋势和热应力的变化趋势是一致的;机械应力和联箱内蒸汽压力的比值是一个固定不变值;总应力与内压的比值在运行的后半部分,热应力很小时才是一个固定值;总应力中机械应力占得比重较大;最危险点在联箱内壁,位于筒体和接管的相贯线上(即节点56);联箱单次运行的疲劳损耗和蠕变损耗在此材料的包络线内。本文的工作为以后电厂承压部件的寿命管理工作提供了理论支撑。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 本课题的研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外锅炉承压部件寿命分析的研究现状  10-12
  1.3 本论文的工作  12-14
第2章 计算模型的建立  14-20
  2.1 高温过热器出口联箱实体模型的建立  14-15
  2.2 考虑联箱接管外伸长度的影响  15-16
  2.3 有限元法的简单介绍  16-18
    2.3.1 有限元法的基本思想  16-17
    2.3.2 有限元法的求解步骤  17
    2.3.3 有限元法的优越性  17-18
  2.4 单元形状的选择及网格的划分  18-20
第3章 高温过热器出口联箱的瞬态温度场分析  20-32
  3.1 有限元法在三维温度场中的分析  20-22
  3.2 高温过热器出口联箱的瞬态温度场分析  22-25
    3.2.1 联箱材料特性的确定  22-23
    3.2.2 联箱边界条件的确定  23
    3.2.3 联箱初始条件的给定  23-24
    3.2.4 联箱换热系数的计算  24-25
  3.3 高温过热器出口联箱瞬态温度场的计算  25-27
  3.4 高温过热器出口联箱瞬态温度场的计算结果与分析  27-31
  3.5 本章小结  31-32
第4章 高温过热器出口联箱的瞬态应力场分析  32-49
  4.1 弹性力学的基本理论  33-35
  4.2 高温过热器出口联箱的热应力计算与分析  35-40
    4.2.1 热应力的有限元分析法  35-36
    4.2.2 高温过热器出口联箱的瞬态热应力分析  36-40
  4.3 高温过热器出口联箱机械应力的计算与分析  40-44
    4.3.1 出口联箱的机械应力的解析解  40-41
    4.3.2 出口联箱的机械应力的计算结果及分析  41-43
    4.3.3 瞬态机械应力值的分布云图  43-44
  4.4 高温过热器出口联箱总应力的计算与分析  44-46
  4.5 高温过热器出口联箱的内压与各应力的关系  46-47
  4.6 同时刻最大应力值的位置  47
  4.7 本章小结  47-49
第5章 超临界锅炉高温过热器出口联箱寿命分析  49-63
  5.1 金属材料的蠕变  49-54
    5.1.1 金属材料蠕变的物理基础  49
    5.1.2 蠕变曲线  49-51
    5.1.3 蠕变与温度和应力的关系  51-52
    5.1.4 蠕变寿命损耗的计算方法  52-54
  5.2 金属材料的疲劳  54-57
    5.2.1 疲劳的概念和特点  54-55
    5.2.2 疲劳曲线  55
    5.2.3 疲劳的评定与寿命分析  55-56
    5.2.4 允许循环次数及寿命损耗计算  56-57
  5.3 蠕变和疲劳的交互作用  57-59
  5.4 高温过热器出口联箱的寿命评估  59-62
    5.4.1 弹性分析结果  59-60
    5.4.2 修正后的应变幅以及疲劳损伤的计算  60-61
    5.4.3 蠕变损伤的计算  61
    5.4.4 疲劳蠕变损伤分析  61-62
  5.5 本章小结  62-63
第6章 结论和建议  63-65
参考文献  65-68
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  68-69
致谢  69-70
详细摘要  70-79

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 发电、发电厂 > 发电厂 > 火力发电厂、热电站 > 锅炉及燃烧系统
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