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隨著鍋爐技術(shù)的發(fā)展，不斷出現(xiàn)大量新的爐型。近期我們?cè)趯?duì)進(jìn)口鍋爐的檢驗(yàn)中遇到一種異型鍋殼鍋爐，鍋筒橫截面呈“8”字型，由上下兩個(gè)筒體相貫而成。由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中無此類受壓元件的強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定，因此我們用有限元方法對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了強(qiáng)度分析和評(píng)定，用于指導(dǎo)進(jìn)口鍋爐的檢驗(yàn)和今后的定期檢驗(yàn)工作。
該鍋爐從德國某廠進(jìn)口，在上下鍋筒相貫線位置沿軸向均勻布置了10條平筋板。鍋爐整體結(jié)構(gòu)如圖所示，筋板與鍋筒連接詳圖如圖。該鍋爐為回燃式熱水鍋爐，主要參數(shù)如下：設(shè)計(jì)壓力為6bar，設(shè)計(jì)溫度為120℃，額定功率為1600kW，上、下鍋筒厚度分別為6mm，5mm，主體材質(zhì)為S235JRG2。該鍋爐的突出優(yōu)點(diǎn)是比較緊湊，在同樣空間內(nèi)可以布置較大的傳熱面積。國內(nèi)同種出力的鍋爐鍋筒直徑往往達(dá)1800mm以上，而此鍋爐的鍋筒直徑僅有1105mm，直徑變小意味著鍋筒厚度減小，金屬消耗量降低，從而降低了制造成本。
分析的重點(diǎn)目標(biāo)是考察上下鍋筒連接焊縫位置及筋板的強(qiáng)度。取三種載荷工況進(jìn)行分析計(jì)算：設(shè)計(jì)工況(壓力和溫差聯(lián)合作用)，僅設(shè)計(jì)壓力作用，僅溫差作用。鍋爐存在一個(gè)縱向?qū)ΨQ面，但沿軸向不完全對(duì)稱，為了減少計(jì)算工作量，仍取鍋爐的1/4建立三維有限元模型，這種簡化不會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果造成太大影響。計(jì)算中考慮介質(zhì)壓力及鍋筒、管板、煙管、爐膽不同溫度的影響。模型中采用的材料參數(shù)如表，取用金屬壁溫時(shí)參考了文獻(xiàn)的有關(guān)規(guī)定，彈性模量、線膨脹系數(shù)選自文獻(xiàn)的附錄。采用ALGORFEM軟件的進(jìn)行計(jì)算，選用該軟件提供的非協(xié)調(diào)8節(jié)點(diǎn)等參實(shí)體單元。在重點(diǎn)考察部位采用較細(xì)網(wǎng)格(計(jì)算結(jié)果表明，該位置的“網(wǎng)格誤差”在2.8%以內(nèi))，而其它位置采用了相對(duì)粗大網(wǎng)格。模型中將各部件的“金屬壁溫”直接施加到相應(yīng)部件的節(jié)點(diǎn)上。
計(jì)算中約束了對(duì)稱面上的非對(duì)稱位移。計(jì)算模型及局部放大圖如圖。在分析模型中對(duì)筋板一鍋筒連接部位進(jìn)行了簡化，簡化前的實(shí)際結(jié)構(gòu)如圖，這種簡化對(duì)連接部位將產(chǎn)生相對(duì)保守的結(jié)果，而對(duì)筋板上遠(yuǎn)離與鍋筒連接的位置影響很小。
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