超临界锅炉汽水分离器寿命在线监测和管理系统的研究与开发
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我国的能源结构是以煤炭为主体、电力为中心,所以必须提高煤炭利用效率和清洁性,大力推进大型、高效、清洁煤发电技术性。为此,高效超临界机组将必然成为下一代燃煤火力发电的主力机组。本文首先对超临界锅炉中重要的承压部件—汽水分离器的应力场进行了理论分析,并进一步分析了在运行过程中产生疲劳蠕变损伤的机理。文章运用基于弹性分析的高温蠕变—疲劳损伤分析和寿命预测方法,对某电厂1#炉汽水分离器进行了启动状态数值模拟计算,根据计算结果编制了寿命在线监测和管理系统软件。软件的编制参考了近年来对厚壁承压部件理论研究和计算机网络技术在电厂运行控制应用中的最新成果,较好地兼顾了监测系统的准确性、实时性和智能化。
| 第一章 引言 | 第7-17页 |
| 1.1 超临界锅炉汽水分离器在线监测和管理系统的开发背景 | 第7-8页 |
| 1.2 超临界锅炉汽水分离器寿命在线监测和管理系统的主要研究内容 | 第8-16页 |
| 1.2.1 对于承压部件用钢材的高温物理特性研究 | 第8-10页 |
| 1.2.2 高温承压部件寿命预测的基本方法 | 第10-14页 |
| 1.2.2.1 等温线外推法 | 第10-11页 |
| 1.2.2.2 时间—温度参数法 | 第11-12页 |
| 1.2.2.3 θ映射法 | 第12-13页 |
| 1.2.2.4 C射影法 | 第13页 |
| 1.2.2.5 基于弹性分析的疲劳—蠕变损伤分析和寿命计算 | 第13页 |
| 1.2.2.6 其它方法 | 第13-14页 |
| 1.2.3 对于在线监测和管理系统应用的研究 | 第14页 |
| 1.2.4 国内外对于高温承压部件寿命预测和管理的研究现状 | 第14-16页 |
| 1.3 本文的工作 | 第16-17页 |
| 第二章 厚壁圆筒内压应力分析 | 第17-26页 |
| 2.1 厚壁圆筒弹、塑性阶段的本构关系 | 第17-23页 |
| 2.1.1 厚壁圆筒应力、应变状态 | 第18页 |
| 2.1.2 基本方程 | 第18-19页 |
| 2.1.3 厚壁筒受内压的弹塑性解 | 第19-23页 |
| 2.1.3.1 弹性阶段 | 第20-21页 |
| 2.1.3.2 弹塑性阶段 | 第21-23页 |
| 2.2 厚壁圆筒热应力分析 | 第23-24页 |
| 2.3 汽水分离器应力分析 | 第24-26页 |
| 第三章 高温低周疲劳及蠕变疲劳的交互作用 | 第26-33页 |
| 3.1 高温低周疲劳 | 第26-28页 |
| 3.1.1 循环变形的力学特性 | 第26-27页 |
| 3.1.2 高温循环变形 | 第27页 |
| 3.1.3 高温下的疲劳损伤和裂纹萌生 | 第27-28页 |
| 3.1.4 疲劳特性曲线和疲劳极限 | 第28页 |
| 3.2 蠕变疲劳交互作用 | 第28-33页 |
| 3.2.1 蠕变 | 第28-30页 |
| 3.2.1.1 蠕变速率与应力的关系 | 第29页 |
| 3.2.1.2 温度、应力和材料对蠕变的影响 | 第29页 |
| 3.2.1.3 蠕变机理 | 第29-30页 |
| 3.2.1.4 持久强度 | 第30页 |
| 3.2.2 两种蠕变疲劳交互作用 | 第30-31页 |
| 3.2.3 蠕变疲劳断裂机制 | 第31-33页 |
| 第四章 基于弹性分析的高温结构的损伤分析和寿命预测 | 第33-40页 |
| 4.1 需要的原始数据 | 第33-36页 |
| 4.2.1 载荷历史 | 第33-34页 |
| 4.2.2 材料参数 | 第34-35页 |
| 4.2.3 计算参考曲线 | 第35页 |
| 4.2.4 基于弹性分析进行疲劳—蠕变损伤及寿命计算的条件 | 第35-36页 |
| 4.2 分析步骤 | 第36-40页 |
| 4.2.1 结构弹性应力分析 | 第36页 |
| 4.2.2 应变幅和疲劳损伤的计算 | 第36-38页 |
| 4.2.3 蠕变损伤计算 | 第38-39页 |
| 4.2.4 蠕变—疲劳损伤计算和寿命预测 | 第39-40页 |
| 第五章 汽水分离器计算过程 | 第40-55页 |
| 5.1.受热面及汽水系统简介 | 第40-42页 |
| 5.1.2 在启动过程中，汽水分离器的作用 | 第41页 |
| 5.1.3 汽水分离器工作原理 | 第41-42页 |
| 5.1.4 汽水分离器应力分析 | 第42页 |
| 5.1.5 结论 | 第42页 |
| 5.2 计算相关理论 | 第42-46页 |
| 5.2.1 最大剪应力理论(第三强度理论) | 第42-43页 |
| 5.2.2 ASME基于弹性分析的理论基础及术语 | 第43-44页 |
| 5.2.3 对应力的分类—等效线性化方法 | 第44页 |
| 5.2.4 ANSYS有限元分析程序中的等效线性化方法 | 第44-46页 |
| 5.2.5 应力分类 | 第46页 |
| 5.3 计算过程 | 第46-54页 |
| 5.3.1 原始数据 | 第46-48页 |
| 5.3.2 弹性分析结果 | 第48-52页 |
| 5.3.3 应变幅和疲劳损伤的计算 | 第52-53页 |
| 5.3.4 蠕变损伤计算 | 第53页 |
| 5.3.5 疲劳—蠕变损伤分析和寿命计算 | 第53-54页 |
| 5.4 结论 | 第54-55页 |
| 第六章 锅炉汽水分离器寿命在线监测和管理系统 | 第55-66页 |
| 6.1 锅炉寿命在线监测和管理系统DOS侧应力计算的组态实现 | 第56-58页 |
| 6.2 锅炉寿命在线监测和管理系统及功能介绍MIS侧的实现 | 第58-61页 |
| 6.2.1 锅炉寿命在线监测和管理系统计算流程 | 第58-59页 |
| 6.2.2 锅炉寿命在线监测和管理系统MIS侧的设计开发 | 第59-60页 |
| 6.2.3 雨流法的计数规则及计算程序的编制 | 第60-61页 |
| 6.3 锅炉寿命在线监测和管理系统的功能介绍 | 第61-66页 |
| 第七章 总结与展望 | 第66-68页 |
| 参考文献 | 第68-71页 |
| 致谢 | 第71-72页 |
| 附录 ANSYS计算命令流 | 第72-75页 |
| 在学习期间发表的学术论文和参加科研情况 | 第75页 |
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