鍋爐設(shè)計(jì)中強(qiáng)度設(shè)計(jì)

1、淺談鍋爐設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度設(shè)計(jì)摘 要：本文就鍋爐設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度設(shè)計(jì)做出簡單的分析與研究。關(guān)鍵詞：鍋爐設(shè)計(jì) 強(qiáng)度設(shè)計(jì) 研究前言目前，隨著社會(huì)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鍋爐設(shè)計(jì)中的地位也隨之提升，在一些鍋爐制造廠中，鍋爐設(shè)計(jì)人員及鍋爐檢驗(yàn)人員需要一些認(rèn)知。一、鍋爐強(qiáng)度設(shè)計(jì)的含義強(qiáng)度設(shè)計(jì)：在這里不僅僅是幾個(gè)計(jì)算公式的問題，而是指一種設(shè)計(jì)思想，一種與產(chǎn)品設(shè)計(jì)緊密相連的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，或者說是以力學(xué)原理和強(qiáng)度計(jì)算為核心技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。鍋爐強(qiáng)度設(shè)計(jì)這個(gè)命題體現(xiàn)了以下兩個(gè)特點(diǎn)：1.1這里所說的鍋爐強(qiáng)度設(shè)計(jì)，不只是指受壓元件，而是指鍋爐的所有受力結(jié)構(gòu)，其中包括計(jì)算非常復(fù)雜的支承鍋爐的鋼結(jié)構(gòu)。有些設(shè)計(jì)者在講鍋爐強(qiáng)度的時(shí)候，主要

2、是講受鹺元件，而對(duì)其他的受力結(jié)構(gòu)則講得很少。就整個(gè)鍋爐設(shè)備來說，除了受壓元件之外，需要進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)的地方很多。特別是電站鍋爐，它是一種在高溫高壓作用下的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大的熱能動(dòng)力設(shè)備，任何部件的失效和破壞都會(huì)造成嚴(yán)重后果。1.2這里不是采用強(qiáng)度計(jì)算的提法，而是采用強(qiáng)度設(shè)計(jì)的提法。目的就是強(qiáng)調(diào)強(qiáng)度計(jì)算本身就是設(shè)計(jì)的內(nèi)容。在國外，特別是美國和日本有時(shí)就直接把產(chǎn)品的強(qiáng)度計(jì)算稱為產(chǎn)品設(shè)計(jì)。不論從國外的情況看，還是從我國的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)看，都說明在鍋爐的設(shè)計(jì)中所要解決的技術(shù)問題，歸結(jié)起來就是兩個(gè)，一個(gè)是性能設(shè)計(jì)，一個(gè)是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)。二、鍋爐強(qiáng)度設(shè)計(jì)的概括2.1 鍋爐強(qiáng)度設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)知識(shí)2.1.1 受力

3、構(gòu)件材料的選用和數(shù)據(jù)的選取。對(duì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)來講，對(duì)材料的關(guān)心主要是下列幾個(gè)方面?？寡趸瘻囟群妥罡咴试S使用計(jì)算壁溫。合金元素對(duì)鋼材性能的影響。材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的制定及其隨溫度的變化。鋼材的無塑性轉(zhuǎn)變溫度與水壓試驗(yàn)溫度的確定。制造工藝中的溫度選取及其對(duì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的影響。2.1.2 強(qiáng)度理論的基本概念。強(qiáng)度這一名詞代表材料或構(gòu)件對(duì)于荷載的抗力。一般它是指對(duì)斷裂的抗力，但有時(shí)塑性變形過大也能破壞構(gòu)件或結(jié)構(gòu)物的正常工作。所以有必要考慮塑性變形，大多數(shù)情況是不允許構(gòu)件或結(jié)構(gòu)整體達(dá)到屈服狀態(tài)。強(qiáng)度理論的目的是從簡單受力狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果去建立復(fù)雜受力狀態(tài)的強(qiáng)度條件，在工程上常用的有四個(gè)強(qiáng)度理論。第一強(qiáng)度理論-最大拉應(yīng)力

4、理論，所建立的強(qiáng)度條件是斷裂的強(qiáng)度條件。第二強(qiáng)度理論-最大伸長變形理論，所建立的強(qiáng)度條件也是斷裂的強(qiáng)度條件。第三強(qiáng)度理論-最大剪應(yīng)力理論，所建立的強(qiáng)度條件是塑性條件，在塑性理論中叫屈雷斯加（1ksca）條件。第四強(qiáng)度理論-歪形能理論，所建立的強(qiáng)度條件也是埋性條件，在塑性理論中叫米賽斯（mises）條件。一般而言，第一、第二強(qiáng)度理論適用于脆性材料，第三、第四強(qiáng)度理論適用于塑性材料。2.1.3 安全系數(shù)與許用應(yīng)力。有了材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值，就可以根據(jù)安全系數(shù)求出強(qiáng)度設(shè)計(jì)中所用的許用應(yīng)力。材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值和安全系數(shù)都是由相關(guān)專家和權(quán)威單位確定的，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)汁的最主要

5、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)定的可靠度和可靠度的置信度所確定的數(shù)值。安傘系數(shù)一般由兩部分組成，一部分是指對(duì)于不能預(yù)料的可能損害結(jié)構(gòu)的各種因素的一個(gè)準(zhǔn)備。另一部分是針對(duì)結(jié)構(gòu)的重要性而加的一個(gè)系數(shù)。對(duì)靜強(qiáng)度的安全系數(shù)，對(duì)穩(wěn)定的安全系數(shù)，對(duì)疲勞的安全系數(shù)，對(duì)壽命的安全系數(shù)，對(duì)斷裂力學(xué)量的安全系數(shù)是不相同的。各種規(guī)范、各個(gè)國家對(duì)安全系數(shù)的取值也不盡相同。2.2 受壓元件的常規(guī)設(shè)計(jì)一般都有標(biāo)準(zhǔn)可循，不必多講。但要知道，受壓元件一般涉及到圓筒殼、球殼、圓板、矩形板四種力學(xué)構(gòu)件，從力學(xué)上講是一個(gè)很大的范圍。而且某些方面也要用到更高深的理論。要想對(duì)受壓元件的強(qiáng)度問題深入掌握就必須深

6、入學(xué)習(xí)和掌握板殼的理論問題。2.3調(diào)峰機(jī)組的疲勞壽命設(shè)計(jì)這是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，所涉及到的內(nèi)容如下。應(yīng)力分析設(shè)計(jì)法的一般概念。種類應(yīng)力的計(jì)算。荷載譜的確定，這是一項(xiàng)很復(fù)雜的工作，也是疲勞設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作。設(shè)計(jì)疲勞曲線的制定或選用，這又是一項(xiàng)疲勞設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作。2.4 鍋爐吊桿的計(jì)算鍋爐吊桿是一個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，由許多環(huán)節(jié)組成，對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)都必須認(rèn)真地設(shè)計(jì)才能真正保證吊桿的安全。所涉及到的內(nèi)容如下：按不利情況進(jìn)行荷載的統(tǒng)計(jì)與分配，這是一項(xiàng)非常復(fù)雜非?；A(chǔ)非常重要的工作。吊桿螺母的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。一個(gè)重要的思想是吊桿螺母的旋合長度應(yīng)大于普通緊固件螺母的旋合長度。這里推薦吊桿螺母高度m1。吊桿及其螺紋端的強(qiáng)度設(shè)

7、計(jì)。其中吊桿要按最高溫度部位進(jìn)行設(shè)計(jì)。吊桿環(huán)頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。要用到環(huán)的理論。銷軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。吊耳及連接焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。其中吊耳也要用到環(huán)的理論。安裝調(diào)整規(guī)范。這是一項(xiàng)必不可少的工作，沒有適當(dāng)?shù)陌惭b凋整過程是不能保證吊桿的安全的。2.5 剛性梁的強(qiáng)度設(shè)計(jì)所涉及到的內(nèi)容如下：爐膛壓力的確定及剛性梁的受力計(jì)算。要注意煤粉爐與循環(huán)流化床鍋爐的不間。角部連接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。剛性梁的強(qiáng)度和剛度計(jì)算。強(qiáng)度的要求是剛性梁不得產(chǎn)生塑性變形。剛度的要求是不能引起爐膛的大變形和爐墻的損壞。2.6 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，一般不和其他結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)混一起，但對(duì)整合鍋爐而言，理應(yīng)也是鍋爐強(qiáng)度設(shè)

8、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)算現(xiàn)在都是采用專門的軟件，但在設(shè)計(jì)概念上有許多理論問題需要設(shè)計(jì)者掌握，才能做出正確的設(shè)計(jì)。特別是抗震問題和結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的穩(wěn)定是鍋爐構(gòu)架強(qiáng)度設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。2.7 焊接接頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)這是鍋爐各種結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的蕈要一環(huán)，需要認(rèn)真對(duì)待。對(duì)焊接接頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)主要掌握以下幾項(xiàng)內(nèi)容。焊接接頭的工作應(yīng)力分布和工作性能?；炯僭O(shè)。焊縫尺寸。荷載計(jì)算。焊縫的承載能力不能低于連接件的承載能力；連接件的承載能力不能低于被連接件的承載能力。這是一條重要法則。三、正確地認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)的作用作為一種工具，計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用程序是非常重要的，它可以大大提高設(shè)計(jì)速度和計(jì)算的準(zhǔn)確度，有些強(qiáng)度問題，必須用計(jì)算機(jī)才能完成。但是要真正發(fā)揮計(jì)算機(jī)程序的作用。首先必須具備足夠的專業(yè)知識(shí)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中許多問題是要靠清晰的理論概念來判斷的。就是計(jì)算機(jī)計(jì)箅的結(jié)果是否合理，也要靠理論概念來判斷。有些設(shè)計(jì)概念本身就是采用計(jì)算機(jī)計(jì)算的前提條件，而不是算出來的。比如鍋爐構(gòu)架中框架梁的布置、水平支撐的布置、垂直支撐的布置、大板梁支撐的布置等不能僅僅根據(jù)程序計(jì)算所得實(shí)際應(yīng)力的大小來確定，而必須預(yù)先達(dá)到結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的設(shè)計(jì)要求。在這種情況下，低應(yīng)力桿，甚至