对300MW汽轮机组热应力的计算分析
【摘要】汽轮机在启动、停机或负荷变动时，转子金属内部将产生较大的温度梯度并由此产生热应力，热应力是影响转子疲劳寿命损耗的重要因素。分析转子热应力在启停时的变化规律，并使之控制在合理范围内，是制定大机组合理运行方式的重要依据。本文利用有限元分析软件anasys分析国产300mw机组热态启动的温度场和应力场，通过对计算结果的分析，对机组运行提出建议。
【关键词】对象；模型
1.研究对象
（1）研究对象为东方汽轮机厂生产的型号为
n300-16.7/537/537-5型的机组。该机组采用高中压合缸布置方式，因此高温部分集中在高中压汽缸中段。高中压转子采用整锻结构，材料为30crmov。
（2）隔离体的选取和网格划分
图1 隔离体及网格划分
根据分析和文献（1）可知，轴封段和高中压前几级在启动过程中经历的温度变化最剧烈, 产生的热应力最大。本文沿轴向截取转子高压调节级到中压第一级的转子为计算隔离体。对隔离体进行网格划分，如图1所示。
2.数学模型
2.1温度场数学模型
根据文献（1），计算汽轮机转子的不稳定温度场时，可以认为转
导热系数、传热系数、热阻值概念及热工计算方法 导热系数λ[W/(m.k)]： 导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度(K,℃),在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米?度(W/m?K,此处的K可用℃代替)。导热系数可通过保温材料的检测报告中获得或通过热阻计算。 传热系数K [W/(㎡?K)]： 传热系数以往称总传热系数。国家现行标准规范统一定名为传热系数。传热系数K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度(K，℃)，1小时内通过1平方米面积传递的热量，单位是瓦/平方米?度(W/㎡?K，此处K可用℃代替)。传热系数可通过保温材料的检测报告中获得。 热阻值R(m.k/w)： 热阻指的是当有热量在物体上传输时，在物体两端温度差与热源的功率之间的比值。单位为开尔文每瓦特（K/W）或摄氏度每瓦特（℃/W）。 传热阻： 传热阻以往称总热阻，现统一定名为传热阻。传热阻R0是传热系数K的倒数，即R0=1/K，单位是平方米*度/瓦（㎡*K/W）围护结构的传热系数K值愈小，或传热阻R0值愈大，保温性能愈好。 （节能）热工计算： 1、围护结构热阻的计算 单层结构热阻：R=δ/λ 式中：δ—材料层厚度(m)；λ—材料导热系数[W/(m.k)] 多层结构热阻： R=R1+R2+----Rn=δ1/λ1+δ2/λ2+----+δn/λn 式中: R1、R2、---Rn—各层材料热阻(m.k/w) δ1、δ2、---δn—各层材料厚度(m) λ1、λ2、---λn—各层材料导热系数[W/(m.k)] 2、围护结构的传热阻 R0=Ri+R+Re 式中: Ri —内表面换热阻(m.k/w)(一般取0.11) Re —外表面换热阻(m.k/w)(一般取0.04) R —围护结构热阻(m.k/w) 3、围护结构传热系数计算 K=1/ R0 式中: R0—围护结构传热阻 外墙受周边热桥影响条件下，其平均传热系数的计算 Km=(KpFp+Kb1Fb1+Kb2Fb2+ Kb3Fb3 )/( Fp + Fb1+Fb2+Fb3) 式中:Km—外墙的平均传热系数[W/(m.k)] Kp—外墙主体部位传热系数[W/(m.k)]
第四节汽轮发电机 汽轮发电机是同步发电机的一种，它是由汽轮机作原动机拖动转子旋转，利用电磁感应原理把机械能转换成电能的设备。 汽轮发电机包括发电机本体、励磁系统及其冷却系统等。 一、汽轮发电机的工作原理 按照电磁感应定律，导线切割磁力线感应出电动势，这是发电机的基本工作原理。汽轮发电机转子与汽轮机转子高速旋转时，发电机转子随着转动。发电机转子绕组内通入直流电流后，便建立一个磁场，这个磁场称主磁极，它随着汽轮发电机转子旋转。其磁通自转子的一个极出来，经过空气隙、定子铁芯、空气隙、进入转子另一个极构成回路。 根据电磁感应定律，发电机磁极旋转一周，主磁极的磁力线北装在定子铁芯内的U、V、W三相绕组（导线）依次切割，在定子绕组内感应的电动势正好变化一次，亦即感应电动势每秒钟变化的次数，恰好等于磁极每秒钟的旋转次数。 汽轮发电机转子具有一对磁极（即1个N极、一个S极），转子旋转一周，定子绕组中的感应电动势正好交变一次（假如发电机转子为P对磁极时，转子旋转一周，定子绕组中感应电动势交变P次）。当汽轮机以每分钟3000转旋转时，发电机转子每秒钟要旋转50周，磁极也要变化50次，那么在发电机定子绕组内感应电动势也变化50次，这样发电机转子以每秒钟50周的恒速旋转，在定子三相绕组内感应出相位不同的三相交变电动势，即频率为50Hz的三相交变电动势。这时若将发电机定子三相绕组引出线的末端（即中性点）连在一起。绕组的首端引出线与用电设备连接，就会有电流流过，这个过程即为汽轮机转子输入的机械能转换为电能的过程。 二、汽轮发电机的结构 火力发电厂的汽轮机发电机皆采用二极、转速为3000r/min的卧式结构。发电机与汽轮机、励磁机等配套组成同轴运转的汽轮发电机组。 发电机最基本的组成部件是定子和转子。 为监视发电机定子绕组、铁芯、轴承及冷却器等各重要部位的运行温度，在这些部位埋置了多只测温元件，通过导线连接到温度巡检装置，在运行中进行监控，并通过微机进行显示和打印。
精心整理第一章工程概况
根据**院提供的岩土工程勘察报告，该场地工程地质条件如下：
三、检测桩位示意图 四、钢筋应力计在桩身埋设位置示意图 钢筋应力计在各试桩中位置示意图
二、测试设备及钢筋测力计的埋设 1、每桩钢筋应力计设置在各土层交界面处，每一个截面设2只钢筋测力计（基本呈180°对称布置），各钢筋应力计埋设截面的平、剖面图如前图； 2、JTM-V1000振弦式钢筋应力计采用焊接法固定在钢筋笼主筋上，并与桩身纵轴线平行；
3、连接在应力计的电缆线用柔性材料保护，绑扎在钢筋笼内侧并 引至地面； 4、所有应力计均用明显标记编号； 5、仪器设备：检测仪器设备采用JTM-V1000振弦式钢筋应力计、JTM-V10B 型频率读数仪、集线箱等组成。 三、测试原理 1位2ε c1j = εεs1j 3E cj 、E sj —砼弹性模量、钢筋弹性模量[E s 取2.0×108(kPa)] A cj 、A sj —同一截面处砼面积、钢筋总面积。 εcj 、εsj —同一截面处砼与钢筋的应变 4、钢筋应力计受力的计算公式： ) 2()(' 2 02 ----------------??=-?=Si Sij S i ij Sij A E F F k P ε
式中： P Sij —第i 量测截面处在j 级荷载下应力计所受轴向力（kN ） F ij —第i 量测截面处在j 级荷载下应力计的实测频率值(Hz) F i0—i 截面处钢筋应力计的初始频率值（Hz ） K A si ’—56f ij P ij —i A i 12、弦式钢筋应力计宜放在两种不同性质土层的界面处，以测量桩在不同土层中的分层摩阻力。在地面处(或以上)应设置一个测量断面作为钢筋应力计传感器标定断面。钢筋应力计埋设断面距桩顶和桩底的距离不宜小于1倍桩径。在同一断面处对称设置2个钢筋应力计。钢筋计应按主筋直径大小选择。仪器的可测频率范围应大于桩在最大加载时的频率的1.2倍； 3、使用前应对钢筋计逐个标定，得出压力(拉力)与频率之间的关系。带有接长 ) 3()(' -------------------------?= Si S Sij Sij A E P ε
汽轮机热应力、热膨胀、热变形 一、汽轮机启停和工况变化时的传热现象： 1、凝结放热： 当蒸汽与低于蒸汽饱和温度的金属表面接触时，在金属壁表面发生蒸汽凝结现象，蒸汽放出气化潜热，蒸汽凝结放热在金属表面形成水膜——膜状凝结，其放热系数达4652~17445w/m2·k，如果蒸汽在壁面上凝结，形不成水膜则这种凝结——珠状凝结，珠状凝结的放热系数是膜状凝结的15~20倍。 汽轮机冷态启动，从开始冲转2~3min内，剧烈的换热使汽缸表面很快上升到蒸汽的饱和温度，尤其是转子表面上升更快。 2、对流放热： 汽轮机部件的最大允许温差，由机组结构、汽缸转子的热应力、热变形以及转子与汽缸的胀差决定的。 汽轮机启停和工况变化由于高、中压缸进汽区温度较高，热交换剧烈，因而汽缸转子内形成的温差也大，因此监视好这些部件温差不超允许值，其它部件的温差就不超允许值。 当蒸汽的温升率一定时，随着启动时间的增长及蒸汽参数的提高，蒸汽对金属单位时间的放热量并不相等，在金属部件内部引起的温差也不是定值。当调节级的蒸汽温度升到满负荷所对应的蒸汽温度时（约为503℃）蒸汽温度不再变化，此时金属部件内部温差达到最大值，在温升率变化曲线上的这一点为准稳态点，准稳态附近的区域为准稳态区。经过一段时间热量从内壁传到外壁，不考虑外壁的散热损失，内外壁温度相同，汽轮机进入稳定状态。 在汽轮机启停和变工况运行时，在金属部件内引起的温差不仅与蒸汽的温升率有关还与蒸汽温度的变化量有关，温差随蒸汽的温升率增大而增加，随蒸汽温度变化量的增加而增大。 机组启动时暖机，有效的减少了金属部件内引起的温差，所谓暖机，就是在蒸汽参数不变的情况下，对汽缸、转子进行加热，此时蒸汽传给金属的热量等于金属内部的导热量，使金属内外壁温差减小，暖机结束时，金属部件的温差很小或接近于零，金属部件的温度接近暖机开始的温度。 二、热应力： 1、由于温度的变化引起零件的变形——热变形，如果热变形受到约束，则物体内就产生应力，这种应力称为热应力。 物体在加热或冷却时，物体内的温度时不均匀的，这是物体虽没有约束，物体各部分的膨胀是不同的，互相间受到约束，将产生热应力，高温区手压缩应力，低温区受拉伸应力。 2、汽轮机启停和工况变化时汽缸和转子的热应力： （1）汽轮机冷态启动时的热应力： 汽缸内壁受压应力，外壁受拉应力 转子外壁受压应力，内壁受拉应力 （2）汽轮机停机过程的热应力： 汽缸内壁受拉应力，外壁受压应力 转子外壁受压应力，外壁受拉应力 汽轮机从冷态启动，稳定工况下运行至停机过程中，转子表面的热应力由压缩变化拉伸，中心孔的热应力由拉伸变为压缩。汽缸内外壁变化也是如此，刚好完成一个交变热应力循环。在交变应力的反复作用下，金属表面出现疲劳裂纹，并逐渐扩展，以致断裂，由于汽轮机正常运行时间长，启停时产生的热应力的频率很低，故称这种交变热应力为低周波应力又称低周疲劳，一般机械的交变应力称为高周波应力。
冬季施工混凝土热工计算步骤 冬季施工混凝土热工计算步骤如下： 1、混凝土拌合物的理论温度： T0=【0.9（mceTce+msaTsa+mgTg）+4.2T(mw+wsamsa-wgmg)+c1(wsamsaTsa+wgmgTg) -c2(wsamsa+wgmg)】÷【4.2mw+0.9(mce+msa+mg)】 式中 T0——混凝土拌合物温度（℃） mw、 mce、msa、mg——水、水泥、砂、石的用量（kg） T0、Tce、Tsa、Tg——水、水泥、砂、石的温度（℃） wsa、wg——砂、石的含水率（%） c1、c2——水的比热容【KJ/（KG*K）】及熔解热（kJ/kg） 当骨料温度＞0℃时， c1=4.2， c2=0； ≤0℃时， c1=2.1， c2=335。 2、混凝土拌合物的出机温度： T1=T0-0.16（T0-T1） 式中 T1——混凝土拌合物的出机温度（℃） T0——搅拌机棚温度（℃） 3、混凝土拌合物经运输到浇筑时的温度： T2=T1-(at+0.032n)（T1-Ta） 式中 T2——混凝土拌合物经运输到浇筑时的温度（℃）； tt——混凝土拌合物自运输到浇筑时的时间； a——温度损失系数 当搅拌车运输时， a=0.25 4、考虑模板及钢筋的吸收影响，混凝土浇筑成型时的温度： T3=（CcT2+CfTs）/( Ccmc+Cfmf+Csms) 式中 T3——考虑模板及钢筋的影响，混凝土成型完成时的温度（℃）； Cc、Cf、Cs——混凝土、模板、钢筋的比热容【kJ/（kg*k）】； 混凝土取1 KJ/（kg*k）； 钢材取0.48 KJ/（kg*k）； mc——每立方米混凝土的重量（kg）； mf、mc——与每立方米混凝土相接触的模板、钢筋重量（kg）； Tf、Ts——模板、钢筋的温度未预热时可采用当时的环境温度（℃）。 根据现场实际情况，C30混凝土的配比如下： 水泥：340 kg，水：180 kg，砂：719 kg，石子：1105 kg。 砂含水率：3%；石子含水率：1%。 材料温度：水泥：10℃，水：60℃，砂：0℃，石子：0℃。 搅拌楼温度：5℃ 混凝土用搅拌车运输，运输自成型历时30分钟，时气温-5℃。 与每立方米混凝土接触的钢筋、钢模板的重量为450Kg，未预热。 那么，按以上各步计算如下： 1、 T0=【0.9（340×10+719×0+1105×0）+4.2×60×（180-0.03×719-0.01×1105）+2.1×0.03×719×0+2.1×0.01×1105×0-335×（0.03×719+0.01×1105）】/【4.2×180+0.9（340+719+1105）】=13.87℃ 2、 T1= T0-0.16（T0- T1）=13.87-0.16×（13.78-5）=12.45℃ 3、 T2= 12.45-(0.25×0.5+0.032×1)(12.45+5)=9.7℃
一、企业简介 淄博建龙化工有限公司位于205国道东侧，交通运输便利，通讯设施发达，地理位置优越。她与母公司淄博龙耀化工有限公司紧密相连，项目建成后可实现子母公司供电网络一体化，具有得天独厚的区位优势，公司占地86亩，现有干部职工210人，其中高、中级职称人员68人，是一家新兴的股份制化工企业。 公司主产品为93%、98%、105%工业硫酸。一套硫铁矿及新上硫磺制酸项目上马后，年生产能力达15万吨左右。公司凭借一流人才、一流的设备、一流的信誉、严格的管理、先进的工艺、以过硬的产品质量赢得了市场。 二、建设理由 硫酸是化工行业的基础原料，市场用量越来越大，目前市场属供不应求状态，而硫酸生产是大量的放热反应，其中焚硫工段每吨酸的反应热达301万KJ。转化工段每吨酸的反应热为100万KJ，如此大量的热量对制酸生产来说必须要进行降温，如果不予回收，势必产生巨大浪费，故特具以下基本理由： 1、在硫磺制酸的基础上无需任何附加原料，热能充足。充分利用反应热回收余热； 2、符合国家电力部扶持余热发电政策； 3、符合国家新政策—竟价上网，余热发电成本在0.15元左右。（详细分析如下） 4、基本实现无污染。我们充分考虑到发电用除盐水采用树脂交换需要大量盐酸和烧碱再生对环境造成污染的实际情况，决定新上一套
具有国际先进技术水平的二级反渗透除盐技术，末级附加一树脂型混床。由于采用了反渗透技术作为前置预处理，使混床再生频率大大降低，月平均再生一次左右。年用盐酸在2.2吨以下，用碱量在3.7砘以下，即使酸、碱用量如此小，我们仍设置了一套中和池对所产生的酸、碱废液进行中和处理后回收利用，同时无火力发电厂的烟囱排烟，原料煤中的硫污染及水膜除尘等污染源。 5、提高企业参与市场竟争的能力。由于余热发电的成本较低，相应的使硫酸单位成本降低，有利于企业的减本增效。 6、扩大就业机会。减轻国家就业负担。 7、汽轮发电机组采用国际先进的DCS控制系流，全套设备绝大多部分均为进口名牌产品自动化程度高、安全系数高、故障率极低、动作灵敏、反应及时，确保上网后对电力系统没有影响。 8、投资小、见效快、回收投资周期短。该余热发电项目总投资在870万元左右。投产后日发量为6.0万度（其中抽部分蒸汽供化工生产，否则发电更多），发电成本只有0.15元/度，电力公司0.5元/度，一度电就可节约0.35元，一年利润693万元，约2.24年可全部回收投资（按年运行11个月计算，发电负荷按2500KW计算。） 9、可充分利用硫铁矿制酸老系统的剩余价值。我们在新建硫磺制酸的基础上，积极对老系统进行改造，将沸腾炉出口的高温炉气进行余热回收（原采用散热。片直接散热，浪费很大），产生蒸汽用于新系统化工生产，节约出的蒸汽用于发电，这样发电效益将更为可观，同时老系统也充分发挥潜在余力。 10、技术力量雄厚，工艺设备属国家一流，为长期优质、安全、
汽轮机的热应力、热变形、热膨胀 主要内容：主要介绍汽轮机的热应力、热膨胀和热变形；汽轮机寿命及如何进行汽轮机的寿命管理。 Ⅰ汽轮机的受热特点 一、汽缸壁的受热特点 汽轮机启停过程是运行中最复杂的工况。在启停过程中，由于温度剧烈变化，各零部件中及它们之间形成较大的温差。导致零部件产生较大的热应力，同时还引起热膨胀和热变形。当应力达到一定水平时，会使高温部件遭受损伤，最终导致部件损坏。 1．汽缸的受热特点 （1）启动时，蒸汽的热量以对流方式传给汽缸内壁，再以导热方式传向外壁，最后经保温层散向大气，汽缸内外壁存在温差，内壁温度高于外壁温度，停机过程则产生相反温差。 （2）影响内外壁温差的主要因素： ①汽缸壁厚度δ，汽缸壁越厚，内外温差越大。 ②材料的导热性能； ③蒸汽对内壁的加热强弱。 加热急剧：温度分布为双曲线型，温差大部分集中在内壁一侧，热冲击时； 加热稳定：温度分布为直线型，温差分布均匀，汽轮机稳定运行工况； 缓慢加热：温度分布为抛物线型，内壁温差较大，实际启动过程中； 2．转子的受热特点 蒸汽的热量以对流方式传给转子外表面，再以导热方式传到中心孔，通过中心孔散给周围环境，在转子外表面和中心孔产生温差，温差取决于转子的结构、材料的特性及蒸汽对转子的加热程度。 Ⅱ汽轮机的热应力 一、热应力
热应力概念：当物体温度变化时，热变形受到其它物体约束或物体内部各部分之间的相互约束所产生的应力。 ①温度变化时，物体内部各点温度均匀，变形不受约束，则物体产生热变形而没有热应力。当变形受到约束时，则在内部产生热应力。 ②物体各处温度不均匀时，即使没有外界约束条件，也将产生热应力；在温度高的一侧产生热压应力，在温度低的一侧产生热拉应力。 二、汽缸壁的热应力 1．启动时，汽缸内壁为热压应力，外壁为热拉应力，且内外壁表面的热压和热拉应力均大于沿壁厚其他各处的热应力。 内壁；t E i ??-?-=μ ασ132 外壁：t E ??-? -=μασ1310 在停机过程中，内壁表面热拉应力，外壁表面热压应力。
中、小型汽轮发电机组 安装工法
目录 1、前言 (1) 2、特点 (1) 3、适用范围 (2) 4、工艺原理 (2) 5、工艺流程及操作要点 (4) 6、材料 (18) 7、机具设备 (19) 8、安全措施 (20) 9、质量控制 (21) 10、环保措施 (22) 11、效益分析 (23) 12、应用实例 (23) 附：工程竣工报告 交工验收证明书 工程应用证明 经济效益证明
1、前言 汽轮发电机组是将热能转换成电能的机器，目前常用的汽轮发电机组有背压式、抽凝式和抽汽式等多种类型。背压式汽轮发电机组主要用于发电，抽凝式汽轮发电机组主要用于热电联产。中小型汽轮发电机组有3000KW、6000KW、9000KW、12000 KW等。 我国配套生产中小型汽轮发电机组的厂家主要有杭州汽轮机厂、南京汽轮机厂等。 作为安装施工企业，总结先进的施工经验，在汽轮发电机组安装行业里占领一席之地。这也是本工法编制的目的之一。 2、特点 2.1本工法比较先进、操作简便。汽轮发电机组的安装是一项复杂的工作，部件多、程序复杂、安装精度要求高，该工法对施工程序有最佳的安排，避免了重复工作造成的浪费。 2.2节约工期。以厦门国能新阳热电厂设备安装工程6000KW抽凝式汽轮发电机组安装为例，定额工期为90天，在该工法的指导下实际工期仅为60天，节约工期30余天。 2.3成本低、效益好。该工法提供了最佳的施工措施，节约了工期及人工费；同时节约了施工机械等费用。 2.4适用性广。适用于不同厂家生产的中小型汽轮发电机组的安装。 2.5施工质量高。该工法详细阐述汽轮发电机组的施工方法、操作要点，
压力容器分析报告
目录 1 设计分析依据 0 1.1 设计参数 0 1.2 计算及评定条件 0 1.3 材料性能参数 0 2 结构有限元分析 (1) 2.1 理论基础 (1) 2.2 有限元模型 (1) 2.3 划分网格 (1) 2.4 边界条件 (2) 3 应力分析及评定 (2) 3.1 应力分析 (2) 3.2 应力强度校核 (2) 4 分析结论 (3) 4.1 上封头接头外侧 (4) 4.2 上封头接头内侧 (5) 4.3 上封头壁厚 (7) 4.4 筒体上 (9) 4.5 筒体左 (10) 4.6 下封头接着外侧 (12) 4.7 下封头壁厚 (14)
1 设计分析依据 （1）压力容器安全技术监察规程 （2）JB4732-1995 《钢制压力容器-分析设计标准》-2005确认版 1.1 设计参数 表1 设备基本设计参数 1.2 计算及评定条件 （1）静强度计算条件 表2 设备载荷参数 载荷进行计算，故采用设计载荷进行强度分析结果是偏安全的。 1.3 材料性能参数 材料性能参数见表3，其中弹性模型取自JB4732-95表G-5，泊松比根据JB4732-95的公式（5-1）计算得到，设计应力强度分别根据JB4732-95的表6-2、表6-4、表6-6确定。 表3 材料性能参数性能
2 结构有限元分析 2.1 理论基础 传统的压力容器标准与规范，一般属于“常规设计”，以弹性失效准则为理论基础，由材料力学方法或经验得到较为简单的适合于工程应用的计算公式，求出容器在载荷作用下的最大主应力，将其限制在许用值以内，即可确认容器的壁厚。对容器局部区域的应力、高应力区的应力不做精细计算，以具体的结构形式限制，在计算公式中引入适当的系数或降低许用应力等方法予以控制，这是一种以弹性失效准则为基础，按最大主应力理论，以长期实践经验为依据而建立的一类标准。 塑性理论指出，由于弹性应力分析求得的各类名义应力对结构破坏的危险性是不同的，随着工艺条件的苛刻和容器的大型化，常规设计标准已经不能满足要求，尤其是在应力集中区域。若不考虑应力集中而只按照简化公式进行设计，不是为安全而过分浪费材料就是安全系数不够。基于各方面的考虑，产生了“分析设计”这种理念。采用以极限载荷、安定载荷和疲劳寿命为界限的“塑性失效”与“弹性失效”相结合的“弹塑性失效”准则，要求对容器所需部位的应力做详细的分析，根据产生应力的原因及应力是否有自限性，分为三类共五种，即一次总体薄膜应力( Pm) 、一次局部薄膜应力( Pc) 、一次弯曲应力( Pb) 、二次应力( Q) 和峰值应力( F) 。 对于压力容器的应力分析，重要的是得到应力沿壁厚的分布规律及大小，可采用沿壁厚方向的“校核线”来代替校核截面。而基于弹性力学理论的有限元分析方法，是一种对结构进行离散化后再求解的方法，为了获得所选“校核线”上的应力分布规律及大小，就必须对节点上的应力值进行后处理，即应力分类，根据对所选“校核线”上的应力进行分类，得出各类应力的值，若满足强度要求，则所设计容器是安全的。 按照JB4732-1995进行分析，整个计算采用ANSYS13.0软件，建立有限元模型，对设备进行强度应力分析。 2.2 有限元模型 由于主要关心容器开孔处的应力分布规律及大小，为减少计算量，只取开孔处作为分析对象，且取其中较为关心的大孔进行分析校核。分析设计所用的几何模型如图1所示。在上下封头和筒体之间存在不连续的壁厚，由于差距和影响量较小，此处统一采用上下封头的设计厚度。 图1 压力容器模型 2.3 划分网格 在结构的应力分析中，采用ANSYS13.0中的solid187单元进行六面体划分，如图2所示。图3~图5
管道应力分析和计算
目次 1 概述 1.1 管道应力计算的主要工作 1.2 管道应力计算常用的规范、标准1.3 管道应力分析方法 1.4 管道荷载 1.5 变形与应力 1.6 强度指标与塑性指标 1.7 强度理论 1.8 蠕变与应力松弛 1.9 应力分类 1.10 应力分析 2管道的柔性分析与计算 2.1管道的柔性 2.2管道的热膨胀补偿 2.3管道柔性分析与计算的主要工作2.4 管道柔性分析与计算的基本假定2.5 补偿值的计算 2.6 冷紧 2.7 柔性系数与应力增加系数 2.8 作用力和力矩计算的基本方法2.9 管道对设备的推力和力矩的计算
3 管道的应力验算 3.1管道的设计参数 3.2钢材的许用应力 3.3管道在内压下的应力验算 3.4 管道在持续荷载下的应力验算 3.5管道在有偶然荷载作用时的应力验算3.6 管系热胀应力范围的验算 3.7力矩和截面抗弯矩的计算 3.8 应力增加系数 3.9 应力分析和计算软件
1 概述 1.1 管道应力计算的主要工作 火力发电厂管道（以下简称管道）应力计算的主要工作是验算管道在内压、自重和其他外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力；判断计算管道的安全性、经济性、合理性，以及管道对设备产生的推力和力矩应在设备所能安全承受的范围内。 管道的热胀应力应按冷、热态的应力范围验算。管道对设备的推力和力矩应按冷状态下和工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。 1.2 管道应力计算常用的规范、标准 （1）DL/T 5366－2006火力发电厂汽水管道应力计算技术规程（2）ASME B 31.1－2004动力管道 在一般情况下，对国内工程采用DL/T 5366进行管道应力验算。对涉外工程或顾客有要求时，采用B 31.1进行管道应力验算。 1.3 管道应力分析方法 管道应力分析方法分为静力分析和动力分析。 对于静荷载，例如：管道内压、自重和其他外载以及热胀、冷缩和其他位移荷载作用的应力计算，采用静力分析法。DL/T 5366和B31.1规定的应力验算属于静力分析法。同时，它们也用简化方法计及了地震作用的影响，适用于火力发电厂管道和一般动力管道。 对于动载荷，例如：往复脉冲载荷、强迫振动载荷、流动瞬态冲击载荷和地震载荷作用的应力计算采用动力分析法。核电站管道和地震烈度在９度及以上地区的火力发电厂管道应力计算采用动力分析法。 1.4 管道荷载
1、远方自动复位/挂闸 当所有ETS 要求遮断信号恢复正常运行参数后，通过点击ETS 复位按钮使ETS 逻辑复位。点击汽轮机复位按钮，给危机遮断装置复位。此时点击挂闸按钮，使挂闸电磁阀带电5s，当DEH 系统接收到汽机已挂闸信号即安全油压建立信号后，挂闸电磁阀失电，远方挂闸成功。如若不成功，查明原因重复以上操作。如下图操作：
需要注意的是如果危机遮断装置并没有动作，汽轮机复位电磁阀带电后，不会有相应危机遮断行程开关的变化。挂闸后即可点击启动按钮如下： 当启动条件全部满足后操作员即可点击机组启动按钮，机组启动后，即可进入转速控制。 在挂闸前，危急遮断装置若未复位，请点击汽轮机复位按钮，如下图： 若需要复位按钮变为绿色，提示操作员操作。复位后，挂闸，如果复位成功按钮恢复为灰色状态，反之一直为绿色，挂闸也是同样道理，按钮指示绿色提示操作人员，进行相应操作。挂闸成功后启动按钮变为绿色如图： 此时点击启动会弹出如下图所示，进行机组启动，启动后转速控制按钮变为绿色，操作人员可以进行转速控制。
2、转速控制 在汽轮机并网前，DEH 设置转速为闭环无差调节回路。其设定点为给定转速。给定转速与实际转速之差，经PID 调节器运算后输出指令，通过伺服系统控制油动机开度，使实际转速跟随给定转速。 点击转速控制按钮，弹出画面如下图，ATC 模式和自动升速模式两种方式选择：
2.1 控制方式 机组转速有两种控制方式：操作员自动控制（主要控制方式）和全自动控制（简易ATC，不带有应力、强度和寿命等计算）方式。 （1）操作员自动控制方式： 操作员可以通过直接设定转速控制画面上的“目标转速”和“升速率”进行升降转速控制，也可以通过“增”和“减”按钮（每次增减1 r）来调整“目标转速”来进行转速控制。默认的非临界区升速率为0.001r/min，临界转速区的升速率为500r/min，接近3000 r/min 的升速率为50 r/min。在升速过程中，可以通过“保持”和“继续”按钮来保持当前转速（临界转速区除外）和继续升速控制。建议操作上先设定升速率，再设定目标值。另外目标值如果设定在临界转速区，DEH 系统会认为设定无效，同时将目标值设置为临界区外最靠近所设目标的值。 （2）全自动控制方式：此模式下严格按照厂家提供的资料，依照冲转升速、带负荷时间表进行全自动升速。 2.2 自动过临界 为避免汽轮机在临界转速区停留，系统设置了临界转速区（1883~2283），当汽机转速进入此临界区时，DEH 自动以较高速率（500r/min/min）冲过。此时操作员点击保持按钮，是失效的。转速在临界区时画面过临界指示绿色，升速率变为500RPM/MIN 升速率，此时操作员无法改变升速率，直至快速通过临界后升速率变为之前设置的升速率。 2.3 自动同期 汽机到达同步转速(2950~3050r/min)后，DEH 接受到电气同期请求信号后，操作员方可选择“自动同期控制”，同时发给电气同期允许信号。此时DEH 系统可根据电气同期装置来的同期增减信号自动调整汽机转速，在此方式下，建议操作员不要进行转速控制(除非手动同期)。另外在做假并网试验时，需把进入DEH 系统的发电机油开关信号解除。 3、负荷控制 3.1 并网带初负荷
汽轮机转子及构成 1转子定义 汽轮机所有转动部件的组合体称为转子（图13）。它主要包括：主轴、叶轮（转鼓）、叶片、联轴器等部件。 图13 转子 转子的作用：汇集各级动叶栅所得到的机械能，并传给发电机。 转子受力分析：传递扭矩、离心力引起的应力、温度不均匀引起的热应力、轴系振动所产生的振动应力。 汽轮机转子在高温蒸汽中高速旋转，不仅要承受汽流的作用力和由叶片、叶轮本身离心力所引起的应力，而且还承受着由温度差所引起的热应力。 此外，当转子不平衡质量过大时，将引起汽轮机的振动，转子要承受轴系振 动所产生的振动应力。因此，转子的工作状况对汽轮机的安全、经济运行有着很大的影响。 2转子的分类 根据汽轮机的分类，转子分为两种：轮式转子、鼓式转子。前者用于冲动式汽轮机，后者用于反动式汽轮机，鼓式转子上的动叶直接安装在转鼓上。 按临界转速是否在运行转速围，分为刚性转子和柔性转子。在启动过程中，刚性转子启动就很方便，不存在跨临界区域，而柔性转子因需要快速的跨临界，故要求用户在实际启动过程中，要充分暖机，为快速跨临界作好准备。 1、轮式转子
轮式转子根据转子结构和制造工艺的不同，可分为：套装转子、整段转子、焊接转子以及组合转子。 1-油封环2-轴封套3-轴4-动叶栅5-叶轮6-平衡槽 图14 套装转子示意图 （1）套装转子 套装转子的叶轮、轴封套、联轴器等部件和主轴是分别制造的，然后将它们热套在主轴上，各部件与主轴之间采用过盈配合，并用键传递力矩。主轴加工成阶梯形，中间直径大。 适用性：只适用于中、低参数的汽轮机和高参数汽轮机的中、低压部分，其工作温度一般在400℃以下。不宜用于高温高压汽轮机的高、中压转子。 ①优点：加工方便，材料利用合理，质量容易得到保证。 ②缺点：轮孔处应力较大，转子刚性差，高温下套装处易松动。 （2）整锻转子 叶轮和主轴及其他主要零部件由整体毛坯加工制成，没有热套部件。主轴的 中心通常钻有中心孔，其作用是： ①去掉锻件中残留的杂质及疏松部分； ②用来检查锻件的质量； ③减轻转子的重量。
《有限元分析》报告基本要求： 1. 以个人为单位完成有限元分析计算，并将计算结果上交；（不允许出现相同的分析模型，如相 同两人均为不及格） 2. 以个人为单位撰写计算分析报告； 3. 按下列模板格式完成分析报告； 4. 计算结果要求提交电子版，报告要求提交电子版和纸质版。（以上文字在报告中可删除） 《有限元分析》报告 一、问题描述 （要求：应结合图对问题进行详细描述，同时应清楚阐述所研究问题的受力状况和约束情况。图应清楚、明晰，且有必要的尺寸数据。） 一个平面刚架右端固定，在左端施加一个y 方向的-3000N 的力P1，中间施加一个Y 方向的-1000N 的力P2，试以静力来分析，求解各接点的位移。已知组成刚架的各梁除梁长外，其余的几何特性相同。 横截面积：A=0.0072 m2 横截高度：H=0.42m 惯性矩：I=0.0021028m4ｘ 弹性模量： E=2.06ｘ10n/ m2/ 泊松比：u=0.3 二、数学模型 （要求：针对问题描述给出相应的数学模型，应包含示意图，示意图中应有必要的尺寸数据；如进行了简化等处理，此处还应给出文字说明。） （此图仅为例题）
三、有限元建模（具体步骤以自己实际分析过程为主，需截图操作过程） 用ANSYS 分析平面刚架 1．设定分析模块 选择菜单路径：MainMenu—preference 弹出“PRreferences for GUI Filtering”对话框，如图示，在对话框中选取：Structural”,单击[OK]按钮，完成选择。 2．选择单元类型并定义单元的实常数 （1）新建单元类型并定 （2）定义单元的实常数在”Real Constants for BEAM3”对话框的AREA中输入“0。0072”在IZZ 中输入“0。0002108”，在HEIGHT中输入“0.42”。其他的3个常数不定义。单击[OK]按 钮，完成选择 3．定义材料属性 在”Define Material Model Behavier”对话框的”Material Models Available”中，依次双击“Structural→Linear→Elastic→Isotropic”如图
管道应力分析概述 CAESARII软件介绍 CAESARII管道应力分析软件是由美国COADE公司研发的压力管道应力分析专业软件。它既可以分析计算静态分析，也可进行动态分析。CAESARII向用户提供完备的国际上的通用管道设计规范，使用方便快捷。交互式数据输入图形输出，使用户可直观查看模型（单线、线框，实体图）强大的3D计算结果图形分析功能，丰富的约束类型，对边界条件提供最广泛的支撑类型选择、膨胀节库和法兰库，并且允许用户扩展自己的库。钢结构建模，并提供多种钢结构数据库.结构模型可以同管道模型合并,统一分析膨胀节可通过标准库选取自动建模、冷紧单元/弯头，三通应力强度因子（SIF）的计算、交互式的列表编辑输入格式用户控制和选择的程序运行方式,用户可定义各种工况。 一、管道应力分析的原则 管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、管道支承或端点附加位移造成应力问题。 二、管道应力分析的主要内容 管道应力分析分为静力分析和动力分析。 静力分析包括： 1）压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算——防止塑性变形破坏； 2）管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算——防止疲劳破坏； 3）管道对设备作用力的计算——防止作用力太大，保证设备正常运行； 4）管道支吊架的受力计算——为支吊架设计提供依据； 5）管道上法兰的受力计算——防止法兰汇漏。 动力分析包括：
l）管道自振频率分析——防止管道系统共振； 2）管道强迫振动响应分析——控制管道振动及应力； 3）往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析——防止气柱共振； 4）往复压缩机（泵）压力脉动分析——控制压力脉动值。 三、管道上可能承受的荷载 （1）重力荷载：包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等； （2）压力荷载：压力载荷包括内压力和外压力； （3）位移荷载：位移载荷包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等； （4）风荷载； （5）地震荷载； （6）瞬变流冲击荷载：如安全阀启跳或阀门的快速启闭时的压力冲击： （7）两相流脉动荷载； （8）压力脉动荷载：如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动； （9）机械振动荷载：如回转设备的振动。 四、管道应力分析的目的 1）为了使管道和管件内的应力不超过许用应力值； 2）为了使与管系相连的设备的管口荷载在制造商或国际规范（如 NEMA SM-23、API-610、API-6 17等）规定的许用范围内； 3）为了使与管系相连的设备管口的局部应力在 ASME Vlll的允许范围内； 4）为了计算管系中支架和约束的设计荷载；
冬季混凝土施工热工计算 步骤仁 出机温度T,应由预拌混凝土公司计算并保证，现场技术组提出混凝土 到现场得出罐温度要求。 计算入模温度T 2： (1) 现场拌制混凝土采用装卸式运输工具时 T 2=T-AT y (2) 现场拌制混凝土采用泵送施工时： T 2=T-AT b (3) 采用商品混凝土泵送施工时： T 2=T-AT-AT b 其中,AT y . 分别为采用装卸式运输工具运输混凝土时得温度降低
与采用泵管输送混凝土时得温度降低，可按下列公式计算: ATy= ( a ti+O> 032n) X (L- Ta) 3.6 I)w 叫= =4u)x x AT. x x d h C r x p r x D7 0.04 + — L L L 式中： T 2——混凝土拌合物运输与输送到浇筑地点时温度(°C) △ Ty——采用装卸式运输工具运输混凝土时得温度降低CC) △Tb——采用泵管输送混凝土时得温度降低(°C) AT.——泵管内混凝土得温度与环境气温差(°C),当现场拌制混凝土 采用泵送工艺输送时:AL= T-「；当商品混凝土采用泵送工艺输送时：△ T F T- T- Ta T a ——室外环境气温(°C) t.——混凝土拌合物运输得时间(h) t2——混凝土在泵管內输送时间(h) n ——混凝土拌合物运转次数 Q ——混凝土得比热容[kj/(kg ?K)] p c ——混凝土得质量密度(kg/m 3) 一般取值2400 X b ——泵管外保温材料导热系数[W/ (ni ?k)] d b ---泵管外保温层厚度(m) D L ——混凝土泵管内径(m) D w ——混凝土泵管外围直径(包括外围保温材料)(m) CD ——透风系数，可按规程表A. 2. 2-2取值 a ——温度损失系数(h"1)；采用混凝土搅拌车时：a 二0、25；采用开敞式 大型自卸汽车时：a 二0、20；采用开敞式小型自卸汽车时：a 二0、30；采用封 闭式自卸汽车时：a=：o 、1;采用手推车或吊斗时：a 二0、50 步骤2:考虑模板与钢筋得吸热影响，计算成型温度T3 CdiuT 2 + Cfin(Tf + Csin^Ts C(nk + Cjnif + C.v/n.v Cc --- 混凝土比热容(kj/kg ?K)普通混凝土取值0、96 C f --- 模板比热容(kj/kg ?K)木模2、51,钢模0、48 C s ——钢筋比热容(kj/kg ?K)o 、48 me --- 每混凝土重量(kg) 2500 m f --- 每m 3混凝土相接触得模板重量(kg) T3=
WORD格式 发电机甩负荷，转子表面承受应力原因分析 机组甩负荷也要分多种情况，所以转子表面在不同情况不同时间所受应力也有不同，有时是受到交变应力的影响： (1)当由电气原因造成机组甩负荷时，则发电机甩去全部或大部分负荷（仅 剩下厂用电负荷），这时机组最显著的特征是转速升高，若汽轮机调速系统的动态特性不理想，就会造成汽轮机超速保护动作而停机。这时由于转速上升，使汽缸内鼓风摩擦热量增加，同时转子内部受到泊桑效应影响收缩变短，再加上转子表面暂时受热膨胀，所以瞬间是受到压应力。但是后期由于汽机调门的关小，转速下降且蒸汽量减少的同时转子又受到冷却，故此时转为收缩受阻，所以承受拉应力。 (2)当由汽轮机保护动作造成机组甩负荷时，则发电机组会甩去全部负荷， 此时机组转速与甩负荷前相比基本不变。由于高中压自动主汽门的关闭，切断了进入汽轮机的所有蒸汽，此时机组得以维持稳定转速全靠电网的返送电，即发电机组变为电动机运行模式，称为逆功率运行，在逆功率运行期间由于鼓风摩擦热量的存在，转子表面冷却影响不大。但目前大型机组一般都有逆功率保护联跳发电机，此时由于转速的下降再加上无蒸汽进入汽轮机，通过汽轮机通流部分的蒸汽温度将发生大幅度的降低，使汽缸、转子表面受到急剧冷却，致使其中产生很大的热应力，这时转子表面主要应该是受拉应力。 (3)当由部分主汽门或部分调门突关造成机组甩负荷时，则发电机组仅甩去 部分负荷，机组转速保持不变。其甩负荷量视突然关闭的主调门的通流量，占机组当时进汽量的份额而定，同时也与主调门的类别有关。此类甩负荷后机组负荷发生了大幅度的变化，则进入汽轮机的蒸汽量随之而减小，由于调速汽门的节流作用，通过汽轮机通流部分的蒸汽温度将发生大幅度的降低，使汽缸、转子表面受到急剧冷却，转子表面收缩受阻，故无疑同样是受拉应力。 专业资料整理
XXX球罐应力分析报告 设备名称：XXX球罐 设备位号：XXX 应力分析报告
目录 1基本设计参数 (4) 2计算数据 (6) 2.1 计算条件 (6) 2.2材料性能数据 (7) 3主要受压元件计算 (8) 4整体结构分析计算 (9) 4.1 力学模型和有限元模型 (9) 4.2 载荷工况分析 (11) 4.3 载荷边界条件 (12) 4.4 位移边界条件 (15) 4.5 应力强度分布云图及路径选取 (15) 4.6 应力线性化及强度评定 (20) 4.7 整体结构强度评定汇总 (33) 5局部结构分析计算 (34) 5.1 人孔与接管N1/N4局部结构分析 (34) 5.1.1 力学模型和有限元模型 (34) 5.1.2载荷边界条件 (36) 5.1.3位移边界条件 (38) 5.1.4应力分布云图及路径选取 (39) 5.1.5 应力线性化及强度评定 (40) 5.1.6 人孔与接管N1/N4应力线性化及强度评定 (48) 5.2 人孔与接管V1/K3/K4局部结构分析 (48) 5.2.1 力学模型和有限元模型 (48) 5.2.2载荷边界条件 (51) 5.2.3位移边界条件 (53) 5.2.4应力分布云图及路径选取 (54) 5.2.5 应力线性化及强度评定 (55)
5.2.6 人孔与接管V1/K3/K4应力线性化及强度评定 (63) 5.3 人孔与接管K1/K2局部结构分析 (63) 5.3.1 力学模型和有限元模型 (63) 5.3.2载荷边界条件 (66) 5.3.3位移边界条件 (68) 5.3.4应力分布云图及路径选取 (69) 5.3.5 应力线性化及强度评定 (70) 5.3.6 人孔与接管K1/K2应力线性化及强度评定 (78) 5.4 人孔与接管N2局部结构分析 (78) 5.4.1 力学模型和有限元模型 (78) 5.4.2载荷边界条件 (81) 5.4.3位移边界条件 (83) 5.4.4应力分布云图及路径选取 (84) 5.4.5 应力线性化及强度评定 (85) 5.4.6 人孔与接管N2应力线性化及强度评定 (93) 5.5 人孔与接管N5局部结构分析 (93) 5.5.1 力学模型和有限元模型 (93) 5.5.2载荷边界条件 (96) 5.5.3位移边界条件 (99) 5.5.4应力分布云图及路径选取 (100) 5.5.5 应力线性化及强度评定 (101) 5.5.6 人孔与接管N5应力线性化及强度评定 (109) 6结论 (109) 附录 (109) 球罐SW6计算文件
8-9 矩形截面梁如图所示，绘出1、2、3、4点的应力单元体，并写出各点的应力计算式。 解：(1)求支反力R A =,R B = (2)画内力图如图所示。 x Pl (-)(+) Pl M kN ·m) P P y (-) (-) (+) V kN) 题8-9图 (3) 求梁各点的正应力、剪应力： (4)画各点的应力单元体如图所示。 9-1 试用单元体表示图示构件的A 、B 的应力单元体。 （a ）解：（1）圆轴发生扭转变形，扭矩如图所示。 111max 222222333333max 442330,22(')[()]448 11 4()12 12 00(0, 0) 16 Z Z Z Z z V p A b h h h h P P b M V S Pl h y I I b b h b h b M S M Pl W b h σττστστστ==-=-? =-??-?? ?-?= ?=? = =??????=====- =- =??
80A - + 160 80 T (kN ·m ) （2）绘制A 、B 两点的应力单元体： A 、 B 两点均在圆轴最前面的母线上，横截面上应力沿铅垂方向单元体如图所示： 3 3 1601020.216 80510.216 A A t b B t T Pa kPa W T Pa kPa W τπτπ= ==?===-? （b ）解：（1）梁发生弯曲变形，剪力、弯矩图如图所示。 - + 120 V kN) 40 M kN ·m) + 120 4020 60 题9-1（b ）
（2）绘制A 、B 两点的应力单元体： A 点所在截面剪力为正，A 点横截面的剪力为顺时针，同时A 点所在截弯矩为正下拉，而A 点是压缩区的点。 B 点所在截面剪力为负，B 点横截面的剪力为逆时针，同时B 点所在截弯矩为正下拉，而B 点是拉伸区的点。单元体如图所示： 3 3 3.3 3 3 3.60100.0537.50.1200.212 12010(0.1200.050.075) 5.6250.1200.20.1201220100.0512.50.1200.212 4010(0.1200.05A A A t A z A A t B B B t B z B B t M y Pa MPa I V S Pa MPa I b M y Pa MPa I V S I b στστ?=-?=-?=-??????=?==????=?=?=??-????=?=?g g 30.075) 1.8750.1200.20.12012 Pa MPa =-?? 9-2（c 解：(1)由题意知： 30,20.5030o x x y MP MPa MP στσα==-==，，。 (2)求30o 斜截面上的应力 cos 2sin 22230503050 cos 60(20)sin 6052.32() 223050sin 2cos 2sin 60(20)cos 6018.67() 22 x x x x x o o o o x x x MPa MPa αασσσσσατα σστατα+-= + -+-=+--?=--=+=+-?=- (e) 试用解析法求出（1）图示应力单元体-30o 斜截面的应力。（2）主应力与主方向，以及面内的剪应力极值；（2）在单元体上标出主平面。 解：(1)由题意知： o MPa MP x x 30.20,10-=-=-=ατσ。见图（a ）