【摘 要】鍋爐是生產(chǎn)、生活中的重要?jiǎng)恿C(jī)器，它可以為生產(chǎn)提供必要的動(dòng)力介質(zhì)。在鍋爐的設(shè)計(jì)中，對(duì)鍋爐的強(qiáng)度設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，它不但能夠增強(qiáng)鍋爐的動(dòng)力，而且能降低能源的損耗。這里提到的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，指的是一種設(shè)計(jì)的理念和方法，它是與產(chǎn)品設(shè)計(jì)緊密相關(guān)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，也可以說是以力學(xué)原理和強(qiáng)度計(jì)算為關(guān)鍵技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。本文將從鍋爐強(qiáng)度校核做出探討，并重點(diǎn)對(duì)鍋爐的強(qiáng)度設(shè)計(jì)做出分析。

【關(guān)鍵詞】鍋爐設(shè)計(jì)；強(qiáng)度；能源；動(dòng)力

鍋爐強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，不僅僅只是受壓元件的強(qiáng)度，而是指鍋爐的全部的受力結(jié)構(gòu)，其中還包括要計(jì)算極其復(fù)雜的支撐鍋爐的鋼結(jié)構(gòu)。從整個(gè)鍋爐設(shè)備進(jìn)行分析，不僅包括受壓元件，要進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)的地方還有很多。尤其是電站的鍋爐，它是在高溫高壓環(huán)境下工作，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積巨大的熱能動(dòng)力設(shè)備，不論哪個(gè)部件損壞都會(huì)造成及其嚴(yán)重的后果。

1.鍋爐強(qiáng)度校核中應(yīng)注意的問題

1.1管板的強(qiáng)度校核

根據(jù) GB/T16508—2008《鍋殼式鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算》的規(guī)定，管板分成三個(gè)部分，即管群以外平板部分、管群區(qū)平板部分和包含人孔平板部分分別進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，取其大值做為管板壁厚，最高允許工作壓力取其小值。

1.2其他受壓元件的強(qiáng)度校核

容易因腐蝕或磨損壁厚減薄的其他受壓元件主要是爐膽、下腳圈及平端蓋。

這些受壓元件進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí)，僅將發(fā)生減薄部位實(shí)測(cè)厚度值代入標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)強(qiáng)度校核公式，計(jì)算出最高允許工作壓力[P]，與鍋爐實(shí)際運(yùn)行壓力比較，以確定是否需要降壓以及降壓程度。而公式中其他參數(shù)均將設(shè)計(jì)時(shí)確定的參數(shù)代入。

2.明確鍋爐強(qiáng)度設(shè)計(jì)的參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)

2.1對(duì)受力構(gòu)件的料選擇和數(shù)據(jù)的選取

對(duì)于強(qiáng)度設(shè)計(jì)而言，材料選擇最主要做到下面幾個(gè)方面的要求：

①抗氧化溫度和最高允許使用計(jì)算壁溫。②合金對(duì)鋼材的性能可能產(chǎn)生的影響。③材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)制定與受溫度影響所發(fā)生的變化。④鋼材的無塑性轉(zhuǎn)變溫度要求和對(duì)水壓試驗(yàn)溫度的要求。⑤在制造工藝過程中對(duì)溫度的選擇和對(duì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的影響。

2.2強(qiáng)度理論的基本概念

在這里提到的強(qiáng)度這個(gè)名詞，表示的是材料或者構(gòu)件對(duì)外部荷載的抵抗能力。通常情況下，它是指對(duì)斷裂情況的抵抗能力， 但是有的時(shí)候，塑性變形過大同樣也會(huì)造成構(gòu)件或者其結(jié)構(gòu)物破壞進(jìn)而影響到正常的使用。因此，我們也要考慮塑性的變形情況。一般情況下是堅(jiān)決不允許構(gòu)件或結(jié)構(gòu)整體達(dá)到屈服的狀態(tài)。強(qiáng)度理論的目的就是通過簡(jiǎn)單受力狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果去創(chuàng)造復(fù)雜受力狀態(tài)的強(qiáng)度條件，在工程上經(jīng)常使用四個(gè)強(qiáng)度理論進(jìn)行指導(dǎo)。

①最大拉應(yīng)力理論也被稱為第一強(qiáng)度理論， 它所建立的強(qiáng)度條件稱為斷裂的強(qiáng)度條件。②第二強(qiáng)度理論是最大伸長變形理論，它所建立的強(qiáng)度條件也是稱為斷裂的強(qiáng)度條件。③第三強(qiáng)度理論是最大剪應(yīng)力理論，它所建立的強(qiáng)度條件稱為塑性條件，在塑性理論中稱為屈雷斯加（Tresca）條件。④第四強(qiáng)度理論叫做歪形能理論，它所建立的強(qiáng)度條件也是稱為埋性條件，在塑性理論中稱為米賽斯（Mises）條件。通常情況下，第一、第二強(qiáng)度理論一般適用于脆性材料，第三 、第四強(qiáng)度理論一般適用于塑性材料。

2.3安全系數(shù)和許用應(yīng)力

（1）制定了材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值之后， 就能夠通過安全系數(shù)計(jì)算得出強(qiáng)度設(shè)計(jì)中所用的許用應(yīng)力大小。材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值和安全系數(shù)具有權(quán)威性，都是由相關(guān)專家和權(quán)威單位進(jìn)行確定的， 具有很嚴(yán)格的科學(xué)性和很強(qiáng)的法律性。它是鍋爐強(qiáng)度設(shè)計(jì)的最主要的基礎(chǔ)。材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是根據(jù)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)并考慮所規(guī)定的可靠度和置信度進(jìn)行數(shù)值的確定。安全系數(shù)通常是由兩部分構(gòu)成，一部分指的是對(duì)不能預(yù)料到的可能造成結(jié)構(gòu)損毀的各種因素的準(zhǔn)備。另一分是對(duì)結(jié)構(gòu)的重要性所增加的一個(gè)系數(shù)。比如，對(duì)靜強(qiáng)度的安全系數(shù)等系數(shù)的要求都是不同的。每個(gè)規(guī)范、每個(gè)國家對(duì)于安全系數(shù)的選取也是不一樣的。

（2）受壓元件的常規(guī)設(shè)計(jì)?？梢砸罁?jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行， 但要要注意的是， 受壓元件通常會(huì)涉及到圓筒殼、 球殼 、圓板、矩形板這四種力學(xué)構(gòu)件，設(shè)計(jì)到力學(xué)的很大范圍。而且對(duì)一些方面的要求也要運(yùn)用更高深的理論指導(dǎo)。 要想對(duì)受壓元件的強(qiáng)度進(jìn)行深入掌握，就必須通過學(xué)習(xí)和了解板殼的理論來解決這個(gè)問題。

（3）對(duì)調(diào)峰機(jī)組疲勞壽命的相關(guān)設(shè)計(jì)。這是一項(xiàng)具有很強(qiáng)技術(shù)性和專業(yè)性的工作，包括的內(nèi)容也很廣泛，包括下面幾個(gè)內(nèi)容：①應(yīng)力分析設(shè)計(jì)法的一般概念的相關(guān)具體要求。②對(duì)應(yīng)力種類的計(jì)算。③荷載譜的確定也是一項(xiàng)及其復(fù)雜的工作，又是疲勞設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)工作。④設(shè)計(jì)疲勞曲線的制定和選擇，這也是一項(xiàng)疲勞設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作。

（4）鍋爐吊桿的計(jì)算。鍋爐吊桿作為一個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，是由許多的環(huán)節(jié)構(gòu)成，只有對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行認(rèn)真地設(shè)計(jì)才能從根本上保證吊桿的安全，主要涉及到下面的內(nèi)容：①采取不利情況進(jìn)行荷載的統(tǒng)計(jì)和分配，這是一項(xiàng)復(fù)雜性基礎(chǔ)性重要性極強(qiáng)的工作。②吊桿螺母的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。其中一個(gè)重要的思想指導(dǎo)是吊桿螺母的旋合長度大于普通螺母的旋合長度。這里推薦使用吊桿螺母的高度為 m≥1。③吊桿和螺紋頂端的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。其中要求，對(duì)吊桿的設(shè)計(jì)要根據(jù)最高溫度的部位來進(jìn)行設(shè)計(jì)。④吊桿環(huán)頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，這也是要用到環(huán)的理論作為指導(dǎo)。⑤吊耳和連接焊縫之間的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。其中吊耳也同樣需要用到環(huán)的理論。⑥這也是作為一項(xiàng)不可或缺的工作，沒有適當(dāng)?shù)陌惭b凋整過程就不能保證吊桿的安全。

（5）鍋爐構(gòu)架的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。這是一項(xiàng)工作量很大的專門技術(shù)工作， 通常情況下不能和其他結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)在一起進(jìn)行。但是，相對(duì)于整個(gè)鍋爐而言，這也是鍋爐強(qiáng)度設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。對(duì)鍋爐構(gòu)架的整體強(qiáng)度剛度計(jì)算普遍采用的是專門的計(jì)算軟件，但是在設(shè)計(jì)概念上的許多理論問題還是需要設(shè)計(jì)者自己把握，才能保證設(shè)計(jì)的正確。尤其是把握抗震問題和結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的穩(wěn)定這兩個(gè)鍋爐構(gòu)架強(qiáng)度設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

（6）對(duì)焊接接頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。這是作為鍋爐各種結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)之中的很重要的步驟， 要重點(diǎn)把握以下幾方面的內(nèi)容：①焊接接頭的工作應(yīng)力分布和工作的性能掌握。②基本假設(shè)。③焊縫尺寸的大小掌握。④相關(guān)荷載的計(jì)算。⑤焊縫的承載能力一定要高于連接件所承載的能力，這條原則一定要遵守。在進(jìn)行鍋爐設(shè)計(jì)中，鍋爐的的強(qiáng)度設(shè)計(jì)是其中一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，關(guān)系到整個(gè)鍋爐的運(yùn)行。在此過程中，設(shè)計(jì)人員要嚴(yán)格執(zhí)行各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，使得設(shè)計(jì)過程更為合理。

【參考文獻(xiàn)】

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