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应用能源技术
2010年第11期（总第155期）
增压锅炉汽包应力的有限元分析
赵国庆，张倩影
（大庆市特种设备检验研究所，黑龙江大庆163311）
摘要：对增压锅炉汽包在瞬态状态下所受到的工质的内压应力和热应力进行了分析，得出了增压锅炉汽包在瞬态状态下所受到内压应力和热应力随时间变化的规律以及汽包的应力
集中部位，为增压锅炉汽包在瞬态工况下的安全运行，最优启动以及变负荷方案提供了理论依据。
关键词：增压锅炉汽包；机械应力；热应力；有限元分析
中图分类号：TK229.3文献标志码：B文章编号：1009-3230(2010)11-0020-05 PressurizationBoilerDrumStressFiniteElementAnalysis
ZHAO Guo-qing,ZHANG Qian-ying
(Special Equipment Inspection Institute of Daqing, Daqing 163311, China)
Abstract:This paper pressurization boiler drum in transient state are working within the compressive stress and thermal stress is analysed and the pressurized boiler drum in transient state by compressive stress and thermal stress in changing with time and the stress concentration of the drum for pressurization boiler drum，transient conditions in the safe operation,theoptimal variableload startup and provides theoretical basis for solutions.
Key words: Pressurization boiler drum; Mechanical stress; The thermal stress; Finite element a nalysis
前言 0
船用增压锅炉作为舰船动力装置，具有体积小、重量轻、机动性好、生命力强，技术成熟的优点]。因此船用增压锅炉成为我国发展大型水面舰船主锅炉的首选。船用增压锅炉在启停和变负荷过程中，尤其是事故情况下，较快的升压、降压速度和急剧的温度变化会使汽包材料所承受的机械应力和热应力发生很大的变化，而频紧交变的机械应力和热应力将使金属材料产生的疲劳损伤增大，缩短锅炉汽包的使用寿命。因此对增压锅炉汽包瞬态应力分析就显得尤为重要了。
文中所涉及的汽包外壁温度以大庆市特种设备检验研究所试验炉在瞬态状态下所测试验数据为依据，内壁温度借鉴某增压锅炉的实测数据，并对其数据线性化处理。采用三维有限元理论(3]，
收稿日期：2010-09-15
修订日期：201009-28
作者简介：赵国庆（1978-），男，事业于佳木斯大学机械工
程学院，热能工程专业，现执业于大庆市特种设备检验研究所。
万方数据
利用大型商用软件ANSYS对船用增压锅炉在机械应力和热应力共同作用下的瞬态与稳态应力进行了分析。获得了增压锅炉汽包的最大应力位置以及其应力随时间变化的变化规律，为确定船用锅炉汽包的安全运行及寿命计算提供了理论依据。
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增压锅炉汽包模型的建立和假设本文汽包模型选用试验炉的汽包尺寸作为几
何尺寸，锅筒内径为1.3m，外径1.45m，管孔直径分别为0.0202m、0.0302m、0.0383m和 0.0573m，管壁厚为0.0025m。对内压作用下的圆筒体，通常以相邻两个管孔边缘距离是否小于/RS（R为筒体中半径,S为简体厚度）为标准[3] 来判断管孔是否互相影响，本计算模型相邻管孔节距较小，应力相互影响，应按实际尺寸建模，不能省略个别管孔。由文献可知，随着接管外伸长度的增加，大多数应力水平呈下降趋势，并在外伸长度约等于开孔直径的两倍时趋于平缓。本文对于不同直径的管孔，取大约两倍左右直径的管子长度。锅简筒身的材料选用BHW35，与筒身所连