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锅壳锅炉下脚圈和椭球封头及三通应力分析计算

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锅壳锅炉下脚圈和椭球封头及三通应力分析计算

STRESS ANALYSIS AND CALCULATION OF THE SHELL BOILER FOOT RING AND ELLIPSOID SEALING HEAD AND T JUNCTION

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 课题的目的及意义

1.3 国内外的研究现状

1.4 主要研究方法

1.5 本文主要内容

1.6 本章小结

第2章 理论基础

2.1 弹性力学基本方程

2.2 有限元法简介

2.3 应力分类

2.4 强度评定

2.5 本章小结

第3章 下脚圈的应力分析与强度计算

3.1 下脚圈的应力分析

3.2 下脚圈的有限元分析计算

3.3 下脚圈的强度评定

3.4 本章小结

第4章 椭球形封头的应力分析与强度计算

4.1 椭球形封头的应力分析

4.2 椭球形封头的有限元分析计算

4.3 椭球形封头的强度评定

4.4 本章小结

第5章 焊制三通的应力分析与强度计算

5.1 焊制三通的应力分析

5.2 焊制三通的有限元分析计算

5.3 焊制三通的强度评定

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致 谢

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摘要

锅炉是一种直接用燃烧产生热水和蒸汽的特种受压容器,对设计、选材、制造都有特殊的要求,要同时考虑其安全性和经济性。锅炉受压元件强度计算标准与其他锅炉标准,如热力计算、空气动力计算、水动力计算等标准相比,具有更强的强制性和法律约束力。当对锅炉进行设计和对已有锅炉进行校核安全性时,必须进行锅炉受压元件的强度计算。
  随着技术的发展,锅壳锅炉的压力已达到3.8MPa,而现行的锅壳锅炉受压元件强度计算标准GB/T16508-1996已经使用14年,其中的某些规定已经不尽合理。因此,2008年开始对标准进行修订,本文就其中的若干问题进行有限元分析,为标准的修订提供依据。
  本文依据弹性力学理论,对受压元件进行理论分析,推导出在内压作用下脚圈、封头和三通的应力分布。然后,使用有限元软件ANSYS?12.1对受压元件进行应力分析,分别得到了这些模型的应力强度分布结果,选取了沿厚度路径进行应力分类,将应力的计算结果通过线性化处理分解为:薄膜应力、弯曲应力和峰值应力,得到应力强度分布结果,进行强度评定。
  采用有限元法分别对不同型式、不同支撑的下脚圈进行理论分析和强度评定,结果表明,在内压作用下,外侧支撑的U型下脚圈的应力最大,S型下脚圈的受力情况最好。当锅炉有冲天管、喉口圈、加煤孔和出渣口等结构时,下脚圈的应力状况得到改善。同时,立式无冲天管锅炉U型下脚圈厚度可按最小厚度公式计算,取厚度系数1.0??是可行的,如计算所得最小需要厚度小于炉胆厚度,则取炉胆厚度。有冲天管、喉口圈、加煤孔和出渣口等结构的锅炉S型、U型下脚圈厚度无需计算,取炉胆厚度。
  采用有限元法分别对不同人孔直径和椭球形封头直径比的封头进行理论分析和强度评定,结果表明在内压作用下,翻边封头的最大应力点为长轴面的翻边处,将限制条件/d D?扩大为/n0.6 d D?是可行的。n0.7
  采用有限元法分别对不同压力、不同直径的等径三通和异径三通进行理论分析和强度评定,结果表明,在内压作用下,三通肩部的应力比腹部的应力大,应力的最大点发生在三通肩部的内侧。当主管直径相同时,等径三通比异径三通的应力大。通过有限元分析可得,对于额定压力不大于3.8MPa的锅炉钢制无缝焊制三通,当主管外径D?w273mm时,可用厚度补强型式计算;对于额定压力不大于2.5MPa的锅炉钢制无缝焊制三通,当主管外径D?w426mm时,可用厚度补强型式计算。

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