[發明專利]一種鍋爐水冷壁殘余應力評估方法

在審

• 申請號: 201710072130.X
• 申請日: 2017-02-08
• 公開（公告）號: CN106768562A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 杭桂男;薛建強;李夕強;王志剛;金敏華;薛軍;楊慶旭
• 申請（專利權）人: 江蘇常熟發電有限公司;江蘇方天電力技術有限公司
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 仇波

技術領域

本發明屬于鍋爐水冷壁技術領域，具體涉及一種鍋爐水冷壁殘余應力評估方法。

背景技術

能源是國民經濟賴以生存和發展的基礎。隨著世界經濟的迅速發展，各國對能源的需求越來越大，能源短缺已成為制約經濟持續快速發展的重要因素，已被列為世界性的三大問題之一。為有效解決能源短缺,能源利用效率的提升成為解決思路之一，為了實現能源利用效率的提升，火力發電持續向高參數、高容量發展。

1000MW超超臨界塔式鍋爐正是迎合這一技術發展潮流而出現的，然而，2010年國內第一批國產超超臨界塔式鍋爐相繼投產后，相繼發生水冷壁T23安裝焊口早期頻繁開裂泄漏，導致異常停機頻繁，造成了巨大的經濟損失。鍋爐水冷壁本身存在著結構尺寸大，拘束度高等特點，隨著機組參數和容量的提高，超超臨界塔式鍋爐水冷壁水冷壁材料也從原先的碳鋼和低合金鋼向以T23為代表的中高合金鋼發展。材料等級的提高，使得水冷壁在安裝過程中的焊接難度提高，同時對于亞臨界鍋爐水冷壁材料相對影響并不突出的應力分布及應力集中等問題，在超超臨界塔式鍋爐水冷壁的安裝與運行過程中，其對鍋爐可靠運行的影響凸現出來。殘余應力是指沒有外部因素作用時存在于構件內部并自相平衡的應力，又稱初應力。金屬構件焊接時在焊件上產生不均勻溫度場，這種溫度場在絕大多數情況下是非線性分布的。不均勻溫度場使材料不均勻膨脹，處于高溫區域的材料在加熱過程中的膨脹量大，受到周圍溫度較低、膨脹量較小的材料的限制而不能自由地進行，于是焊件中出現內應力，使高溫區的材料受到擠壓，產生局部壓縮塑性應變。在冷卻過程中，已經經受壓縮塑性應變的材料，由于不能自由收縮而受到拉伸，于是焊件中又出現一個與焊接加熱時方向大致相反的內應力場。因此，為有效防治超超臨界塔式鍋爐水冷壁焊口早期頻繁開裂失效，必須對超超臨界塔式鍋爐水冷壁安裝和運行初期的水冷壁應力進行分析與研究，摸清超超臨界塔式鍋爐水冷壁應力分布規律，并針對性采取相應的技術措施，改善水冷壁應力分析狀況。

發明內容

本發明目的是為了克服現有技術的不足而提供一種鍋爐水冷壁殘余應力評估方法。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：一種鍋爐水冷壁殘余應力評估方法，它包括以下步驟：

(a)在水冷壁管屏上布置多個殘余應力測試點；

(b)在所述殘余應力測試點進行鉆孔，隨后在孔周圍的區域上粘貼三個應變片使其相互之間形成夾角，測量水冷壁管屏的應力釋放系數A和應力釋放系數B；

式中，ε₁為鉆孔后應變片R₁的釋放應變，ε₂為鉆孔后應變片R₂的釋放應變，σ為軸向施加應力；

(c)計算鉆孔后測試點的應力狀態；

式中，ε₃為鉆孔后應變片R₃的釋放應變，θ為主應力σ₁方向與R₁軸向的夾角。

優化地，所述步驟(b)中，采用三個高度可調節的制作安裝在水冷壁管屏上，確保鉆孔時鉆桿垂直于被測表面。

進一步地，所述步驟(b)中，鉆孔時先用略大于鉆孔直徑的端面銑刀插入導向套筒輕輕轉動，將孔徑部位的基底挖去；再用小直徑短柄麻花鉆鉆中心孔，鉆速應較低以減小切削引起的附加應變；最后用同孔徑的麻花鉆輕輕擴孔，孔深由塞塊控制。

優化地，它還包括步驟(d)對鍋爐水冷壁管屏應力分布規律數值進行仿真分析。

由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：本發明鍋爐水冷壁殘余應力評估方法，通過用小孔釋放法測試殘余應力，對鍋爐水冷壁在安裝、調試及投運初期的應力分布狀況進行試驗研究，從而可以根據應力分布狀況，為開應力釋放槽改善水冷壁應力分布提供了較為充分的技術依據，并為對水冷壁安裝和預防水冷壁安裝焊口早期縱向開裂失效提供了重要技術依據和理論指導。

附圖說明

圖1為本發明鍋爐水冷壁殘余應力評估方法中鉆孔裝置的示意圖；

圖2為本發明鍋爐水冷壁殘余應力評估方法中殘余應力測試的原理示意圖；

圖3為本發明鍋爐水冷壁殘余應力評估方法中采用的等參單元模擬結構圖：(a)八結點六面體等參單元；(b)六結點五面體等參單元模擬結構。

具體實施方式

下面將對本發明優選實施方案進行詳細說明。

本發明鍋爐水冷壁殘余應力評估方法，它包括以下步驟：