一种锅炉壁温、应力测量装置及锅炉疲劳寿命测定方法

文档序号:6188532阅读:386来源:国知局
一种锅炉壁温、应力测量装置及锅炉疲劳寿命测定方法
【专利摘要】本发明涉及一种锅炉壁温、应力测量装置及锅炉疲劳寿命测定方法,锅炉上锅筒外壁和内壁粘贴有热电偶和应变片,热电偶经引线接温度数据采集仪,应变片经引线接应力仪,其特征在于:设有导管,导管两端分别设有法兰(1)和法兰(2),法兰(1)与锅炉上锅筒的连接法兰密封连接;还设有套筒,套筒的底端设有法兰(3),法兰(2)与法兰(3)连接;法兰(3)上开有小孔,上锅筒内壁的热电偶和应变片引线穿过小孔,将法兰(3)和热电偶金属外壳焊接成一体实现密封;套筒上方接接线盒,上锅筒内壁的热电偶和应变片引线经导管、套筒进入接线盒。
【专利说明】一种锅炉壁温、应力测量装置及锅炉疲劳寿命测定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种锅炉壁温、应力测量装置及锅炉疲劳寿命测定方法。
【背景技术】
[0002]船舶优越的机动性能能够提高其在未来现代化战争中的生存率,优越的机动性能则来至于增压锅炉机组较快的启停及变负荷工作,较大的负荷波动会导致锅筒壁温及其所承受的介质压力的快速变化,从而会产生交变的热应力和机械应力,根据疲劳损伤理论,频繁的交变应力会使金属材料产生的疲劳损伤增大,缩短锅筒的使用寿命。因此,对船用增压锅炉锅筒疲劳寿命研究,监测其运行的安全性和可靠性,已成为一个重要的课题。
[0003]目前,国内外许多学者对电站锅炉锅筒的温度场、应力场、疲劳寿命在线监测与管理系统研究的比较多,而对船用增压锅炉锅筒在这些方面的研究尚属空白。船用锅炉与电站锅炉不同之处是,对外形、尺寸和重量有严格的限制。例如,某些船舶上宁可牺牲锅炉的热效率而不设置空气预热器,甚至也不设置省煤器。在结构上,锅炉应能适应船舶摇摆、倾侧和冲击等航行条件。船用锅炉要有一定的汽、水贮存容积,以适应蒸汽动力机械频繁和大幅度改变负荷的需要。由于结构以及工作条件的不同,对于船用锅炉的数据采集情况更加复杂多变,温度场的计算方法也相对不同,所以传统的电站锅炉的疲劳寿命监测系统不适用于船舶锅炉。

【发明内容】

[0004]本发明目的在于提供一种锅炉壁温、应力测量装置,能够对船舶锅炉壁温、应力进行有效测量;并利用该装置提供一种锅炉疲劳寿命测定方法。
[0005]本发明基于同一发明构思,具有两个独立的技术方案:
[0006]1、一种锅炉壁温、应力测量装置,锅炉上锅筒外壁和内壁粘贴有热电偶和应变片,热电偶经引线接温度数据采集仪,应变片经引线接应力仪,其特征在于:设有导管,导管两端分别设有法兰(I)和法兰(2),法兰(I)与锅炉上锅筒的连接法兰密封连接;还设有套筒,套筒的底端设有法兰(3),法兰(2)与法兰(3)连接;法兰(3)上开有小孔,上锅筒内壁的热电偶和应变片引线穿过小孔,将法兰(3)和热电偶金属外壳焊接成一体实现密封;套筒上方接接线盒,上锅筒内壁的热电偶和应变片引线经导管、套筒进入接线盒。
[0007]锅炉上锅筒上部外壁上,沿圆周方向均匀设有9个热电偶和9个应变片;锅炉上锅筒上部内壁上,沿圆周方向均匀设有12个热电偶和12个应变片,法兰3相应开有12个小孔,一个热电偶引线和一个应变片引线为一组引线,每组引线穿过I个小孔。
[0008]导管为半U形金属导管,套筒为金属套筒。
[0009]2、一种上述锅炉壁温、应力测量装置的锅炉疲劳寿命测定方法,其特征在于:温度数据采集仪采集锅炉上锅筒外壁和内壁热电偶的温度值,根据前述温度值计算上锅筒的温度场分布,计算方法如下:
[0010]锅筒上半部分120度不受热区域采取反推解法,下半部分240度复杂受热区域采用直接解法,对于两部分交接区域,将反推解法求解的边界温度值直接赋值给直接解法,作为锅筒下半部分240度区域直接解法的边界条件,继而求出整个锅筒的温度场分布;
[0011]根据温度场分布,求得应力场分布,进而测定锅炉疲劳寿命。
[0012]锅筒上半部分120度不受热区域采取反推解法时,对锅筒划分网格区域,根据锅筒外壁热电偶测点实时采集的温度值,采用控制容积的方法,选取微元控制体,通过热平衡法,将能量守恒原理和傅里叶导热定律应用于节点所代表的微元控制容积,列出各个节点的热平衡方程,形成封闭的能量方程组,从外壁节点逐层向内壁节点推算,计算出内壁各个节点的温度值,从而计算出不受热区域的温度场分布。
[0013]锅筒下半部分240度区域采用直接解法时,锅筒下半部分外壁不同区域施加不同的边界条件,
[0014]锅筒外壁附有保温层,外壁绝热,Q1=O;
[0015]右、左侧空气夹层区,分别施加对流换热系数H1和H2;
[0016]锅筒外壁受烟气辐射热负荷qf,有效辐射受热面的平均热负荷由下式炉膛热力计算获得:
[0017]
【权利要求】
1.一种锅炉壁温、应力测量装置,锅炉上锅筒外壁和内壁粘贴有热电偶和应变片,热电偶经引线接温度数据采集仪,应变片经引线接应力仪,其特征在于:设有导管,导管两端分别设有法兰(I)和法兰(2),法兰(I)与锅炉上锅筒的连接法兰密封连接;还设有套筒,套筒的底端设有法兰(3),法兰(2)与法兰(3)连接;法兰(3)上开有小孔,上锅筒内壁的热电偶和应变片引线穿过小孔,将法兰(3)和热电偶金属外壳焊接成一体实现密封;套筒上方接接线盒,上锅筒内壁的热电偶和应变片引线经导管、套筒进入接线盒。
2.根据权利要求1所述的锅炉壁温、应力测量装置,其特征在于:锅炉上锅筒上部外壁上,沿圆周方向均匀设有9个热电偶和9个应变片;锅炉上锅筒上部内壁上,沿圆周方向均匀设有12个热电偶和12个应变片,法兰3相应开有12个小孔,一个热电偶引线和一个应变片引线为一组引线,每组引线穿过I个小孔。
3.根据权利要求2所述的锅炉壁温、应力测量装置,其特征在于:导管为半U形金属导管,套筒为金属套筒。
4.一种利用权利要求1所述锅炉壁温、应力测量装置的锅炉疲劳寿命测定方法,其特征在于:温度数据采集仪采集锅炉上锅筒外壁和内壁热电偶的温度值,根据前述温度值计算上锅筒的温度场分布,计算方法如下: 锅筒上半部分120度不受热区域采取反推解法,下半部分240度复杂受热区域采用直接解法,对于两部分交接区域,将反推解法求解的边界温度值直接赋值给直接解法,作为锅筒下半部分240度区域直接解法的边界条件,继而求出整个锅筒的温度场分布; 根据温度场分布,求得应力场分布,进而测定锅炉疲劳寿命。
5.根据权利要求4所述的锅炉疲劳寿命测定方法,其特征在于:锅筒上半部分120度不受热区域采取反推解法时,对锅筒划分网格区域,根据锅筒外壁热电偶测点实时采集的温度值,采用控制容积的方法,选取微元控制体,通过热平衡法,将能量守恒原理和傅里叶导热定律应用于节点所代表的微元控制容积,列出各个节点的热平衡方程,形成封闭的能量方程组,从外壁节点逐层向内壁节点推算,计算出内壁各个节点的温度值,从而计算出不受热区域的温度场分布。
6.根据权利要求5所述的锅炉疲劳寿命测定方法,其特征在于:锅筒下半部分240度区域采用直接解法时,锅筒下半部分外壁不同区域施加不同的边界条件, 锅筒外壁附有保温层,外壁绝热,Q1=O; 右、左侧空气夹层区,分别施加对流换热系数H1和H2; 锅筒外壁受烟气辐射热负荷qf,有效辐射受热面的平均热负荷由下式炉膛热力计算获得:
【文档编号】G01N3/18GK103698222SQ201310689845
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2014年1月20日 优先权日:2014年1月20日
【发明者】李彦军, 沙浩男, 杨龙滨, 张鹏, 孙宝芝, 张国磊, 李晓明, 宋福元, 郑涛, 时秀吉, 杨林, 张晖 申请人:哈尔滨工程大学
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