超临界调峰运行锅炉过热器出口联箱应力分析及数值模拟

摘要

随着国家经济高速发展，以及电力工业的迅速发展，我国用电结构较以往发生了较大的变动，一大批高容量大功率机组参与调峰。参与调峰的超临界机组长期处于频繁的变负荷过程中，非常容易发生损伤。锅炉高温过热器出口联箱承受的蒸汽温度是锅炉受热面中最高的，而且由于超临界锅炉本身的压力特点，这些出口联箱比亚临界锅炉高温过热器出口联箱工作压力要高，联箱壁厚也要大很多。在调峰运行情况下，这些部件的安全性对锅炉的安全可靠工作意义重大。
　　本文应用有限元方法对锅炉高温过热器出口联箱进行了数值模拟和应力分析。首先，通过现场采集数据，对联箱实体结构进行分析;然后，根据联箱结构特点，应用CAD软件Pro/E建立三维模型;之后，将其导入有限元软件ANSYS，选取该机组实际运行过程中的温度、压力数据为载荷进行加载，进行有限元分析。通过单独加载温度载荷，得到了联箱温度场及热应力的分布情况;通过单独加载压力载荷，得到了联箱机械应力的分布情况;通过同时加载温度和压力载荷，得到了联箱在温度和压力共同作用下的总应力的分布情况。通过对应力场分布情况的分析，发现联箱简体与蒸汽引入管相贯线区域存在明显的应力集中现象，运行过程中热应力、机械引力与总应力最大的点也出现在该区域，因此将该点选为了危险点进行了着重的分析。
　　分析表明，热应力受内外壁温差影响，应力集中系数变化情况较为复杂，内壁温度变化率是一个十分重要的影响因素;机械应力受联箱内部蒸汽压力影响，其变化趋势与内压变化趋势相同，且运行过程中集中系数保持稳定;总应力大小基本等于机械应力，但热应力对总应力的影响不容忽视，升温过程中热应力会抵消一部分机械应力而使总应力小于机械应力，而在降温过程中热应力会与机械应力叠加强化总应力而使总应力大于机械应力。由于热应力变化情况较为复杂，本文模拟了几个特定的温度变化率进行了实验研究，分析了热应力和热应力集中系数在不同温度变化率下的变化情况，并为后期在线监测系统的开发提供理论基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本论文的主要工作

第2章 实体模型的建立

2．1 高温过热器出口联箱结构特点

2．2 有限元方法简介

2．2．1 有限元方法基本思想

2．2．2 有限元方法特点

2．3 ANSYS软件简介

2．4 单元类型的选择和网格划分

2．5 本章小结

第3章 高温过热器出口联箱温度场分析

3．1 数学模型的建立

3．2 高温过热器出口联箱瞬态温度场分析

3．2．1 联箱材料性质

3．2．2 联箱载荷加载与边界条件的设定

3．2．3 计算结果分析

3．3 本章小结

第4章 高温过热器出口联箱应力分析

4．1 机械应力分析

4．1．1 理论基础

4．1．2 载荷施加

4．1．3 联箱机械应力计算结果分析

4．2 热应力分析

4．2．1 理论基础

4．2．2 载荷施加

4．2．3 联箱热应力计算结果分析

4．3 总应力分析

4．3．1 载荷施加

4．3．2 总应力分布情况

4．4 三种应力的关系

4．5 本章小结

第5章 高温过热器出口联箱应力集中系数的计算

5．1 机械应力集中系数的计算

5．2 热应力集中系数的计算

5．3 总应力的合成

5．4 本章小结

第6章 结论和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢