锅炉-四管-寿命评估模型的的研究及其应用.pdfVIP

锅炉“四管寿命评估模型的 研究及应用 王开龙 022 06) (华北电力大学(北京)动力工程系，1 摘要水冷壁管、过热器管、再热器管和省煤器管(“四管”)是锅炉内部的主要受热面结构件， 它们的稳定运行直接关系到整个电厂的安全运行。本文介绍了锅炉“四管”的寿命评估模型，对 锅炉四管的直管段做出必要的假设，从而提出直管寿命评估模型。最后以一个实例来具体说明直 管寿命评估模型的计算程序。 1 son-Mi 关键字锅炉管 弹性塑性寿命评估应力Lar ler公式 1 引言 锅炉“四管”主要是指锅炉水冷壁管、过热器管、再热器管和省煤器管。锅炉“四管”是电 厂热力设备的基本组成部分。热力设备的动态特性在很大程度上取决于其中高温受热管的动态特 性，因而对高温管的动力学模型研究很有意义。描述受热管的流动和换热过程的基本方程是动量、 质量和能量守恒方程、蓄热方程、传热方程和状态方程等。通过这些方程建立起受热管各个参量 之间的关系，组成方程组，即受热管的动力学模型。 国内外已有许多学者对受热管的动力学模型进行了研列u拉1，现有模型主要可以分三种：集 总参数模型，线性分布参数模型以及非线性分布参数模型。按管内工质的状态可分为单相受热管 和两相受热管动力模型，单相受热管主要对应于锅炉中省煤器管、过热器管和再热器管，两相受 热管主要对应于锅炉中的水冷壁管。 在锅炉中单相受热面是主要环节，在启动初期所有受热面中的工质都是单相的水，在正常运 行时，省煤器、过热器和再热器等均属于单相受热面。工质在受热管内的流动过程中，一方面吸 收来自金属管壁的热量而温度逐渐升高，另一方面由于流动损失而压力逐渐降低，其特点是工质 在受热过程中不发生相变。 2锅炉受热管的受力分析 2。1弹性应力分析 内压作用下的厚壁圆筒，若管很长，可以不计两端面的影响。管壁的受力、支撑情况沿轴线 方向没有变化，管沿轴线方向的应变应为常数或者为零，管任意一个横截面在受力变形后仍为平 面，所以可将圆管视为平面应变的轴对称问题。用柱坐标表示的管壁内任一点的三个主应力是： 沿切线方向的周向应力or。，沿轴线方向的轴向应力仃，，沿半径方向的径向应力口，。 由力学知识，可以获得如下的计算公式： 6】1 f 周向应力： djdj+1 “． 口，一上 ％邓4方／祷j 轴向应力： 吁南 i djaj+1 径向应力： q一∥赫 式中，d，，d，为管道的内、外半径；P为管子所受内压。 从三个主应力在管壁内的分布，可知最大和最小应力一般出现在管子的内表面和外表面，当 1．2时，称圆管为薄壁管，我们所讨论的水冷壁管、过热器管和再热 内外半径之比卢=d，／d，s 器管，其中不乏厚壁圆管和薄壁管。若为薄壁管可以认为应力沿壁厚载荷均匀分布，由力的平衡 可以导出应用于薄壁管的近似方程式。 周向应力：口。；P木旦 (4) 。 一 2S 轴向应力：a，。P木旦。 一