锅炉汽包的热应力分析

摘要

随着我国电网容量扩大，电负荷峰谷差也随之增大。同时，由于水力、风力、太阳能发电均属于可再生能源发电方式，不宜弃水、弃风、弃光调峰，要求火电机组必须参与调峰运行。为了适应负荷变化，调峰机组处于频繁变负荷甚至启停状态，汽包要承受交变应力作用，所以对汽包应力状态的研究具有重要意义。
　　首先，本文根据大连某电厂汽包实际结构尺寸建立了汽包完整的有限元模型，并分析了下降管长度，网格密度对有限元计算结果的影响。
　　其次，介绍了汽包温度场及应力的理论计算方法和汽包周向温差的加载方法。并将理论结果与ANSYS解进行了比较，发现对于机械应力、径向温差作用下的温度场和热应力两种方法间误差较小。对于周向温差热应力，理论解要比 ANSYS解大得多，且对应力性质的分析也有偏差。比较了汽包各项应力的大小，得到周向温差热应力大约为径向温差热应力的1/7，是机械应力的1/34。并分析了换热系数对汽包径向温差和周向温差的影响。
　　同时，给出ANSYS中汽包温度场和应力场的求解方法，结合运行规程给定的以及不同变温速率的热态启停曲线作为边界条件，求解了热态启停过程中汽包瞬态温度场和应力场。分析了汽包应力场的分布，给出了各项应力最大点的位置。并获得了随变温速率改变，汽包温度场和各项应力的变化曲线。得出应综合内压、径向、周向温差的大小，来限制锅炉的启停速度。如果这一理论可以被应用到实际调峰过程中，将会极大地改善锅炉运行的灵活性，对参与调峰机组的安全经济运行将产生深远影响。
　　最后，根据ANSYS的计算结果，结合英国设计疲劳曲线对一次热态启停汽包的低周疲劳寿命进行了计算。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状及存在问题

1.3 主要研究内容

第2章 应力分析的理论基础与汽包模型的建立

2.1 应力分析的理论基础

2.2 汽包结构和物性参数

2.3 汽包有限元模型的建立

2.4 本章小结

第3章 汽包应力的对比与分析

3.1 汽包内压作用下的机械应力

3.2 径向温差作用下的温度场与热应力

3.3 周向温差产生的热应力

3.4 汽包各种应力的比较

3.5 本章小结

第4章 汽包瞬态应力分析及疲劳寿命计算

4.1 瞬态温度场

4.2 瞬态热应力

4.3 瞬态机械应力

4.4 瞬态总应力

4.5 强度校核

4.6 锅炉汽包疲劳寿命的计算

4.7 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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