小型增压锅炉锅筒温度及应力场研究

摘要

蒸汽动力装置在我国船舶动力设备中占有重要地位，增压锅炉凭借可靠性高、重量轻、尺寸小、经济性好、炉膛热负荷高、机动性能优越等优点，成为了大型船舶的蒸汽动力装置中最理想的主锅炉。锅筒是增压锅炉中重要的受压部件之一，增压锅炉在较快的启停及变负荷工作过程中，锅筒随着工况的变动而承受交变应力。频繁的应力波动将导致金属萌生裂纹，使得锅筒最终破裂，严重影响锅炉的安全经济运行。因此，建立温度及应力场计算方法，研究锅筒温度及应力场的分布规律，通过实时监测锅筒的温度及压力等相关运行参数，实现对于船用增压锅炉锅筒的温度及应力的在线计算监测，这对于锅炉的安全经济运行有着很重大的意义。
　　本文以小型增压锅炉的上锅筒为研究对象，首先针对其结构及受热特性，建立了正反问题耦合求解模型，很好地解决了锅筒温度场的计算问题。其次，通过搭建小型增压锅炉实验平台，测得上锅筒壁温、应力及锅筒内部压力等关键数据，为温度场正反耦合算法和ANSYS数值模拟分析提供了原始数据，并为其计算结果提供了验证依据。同时，得到工况变动对锅筒壁温及应力变化的影响规律，考证了将应力场求解问题由三维转变为二维的可行性。再次，应用有限元分析软件ANSYS对所研究小型增压锅炉进行数值模拟分析，得到上锅筒温度场、机械应力场、热应力场以及总应力场的分布规律，进而得出管孔密集程度对管孔区的应力集中系数的影响规律，并成功预测出锅筒运行过程中危险点的位置。最后，对开发的小型增压锅炉锅筒温度场计算程序及应力场计算程序进行精度分析，程序具有较高的精度。

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第1章 绪论

1.1概述

1.2 国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

第2章 小型增压锅炉锅筒温度及应力场计算方法研究

2.1小型增压锅炉结构简介

2.2锅筒结构及受热特性简介

2.3锅筒温度场计算方法研究

2.4 锅筒应力场计算方法研究

2.5 本章小结

第3章 小型增压锅炉锅筒实验研究

3.1 锅炉运行工况简介

3.2 锅筒测试装置布置

3.3锅筒壁温及压力数据采集分析

3.4 锅筒应力数据采集分析

3.5 本章小结

第4章 锅筒壁温、应力ANSYS数值模拟分析

4.1 小型增压锅炉锅筒几何实体模型建立

4.2网格划分

4.3边界条件确定及加载

4.4 结果分析

4.5 本章小结

第5章 小型增压锅炉温度及应力场计算程序

5.1 温度场计算模块程序设计

5.2 应力场计算模块程序设计

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢