含组合缺陷联箱剩余寿命有限元计算分析

Ａ Ｋ （ ｏｌＡ － （Ｔ０ Ｋ＝ ： Ａ － ｏ ）１ ） ＋ ｂ ｎ Ａ 。 （ ｏ＋ ． Ａ － （ｒ ） Ｋ ＝ Ａ － ０２ ｏ ）＇ ｏ ｌ ５ ｂ ｒ ａ
用 一替 代 Ａ － ｏ， Ａ Ｋ计算 结果 见表４
６４ 裂纹 扩展 判据 ．
替代Ａ－ ｏ ，三 个 缺 陷 Ａ Ｋ和
联箱内部为高温高压蒸汽 ，存在应力腐蚀现象 ， 有
可 能加 速 缺 陷扩 展 ， 加强 该 联箱 的技 术 监督 管 理 应
工作
参 考 文献
ｌＪ Ｊ ／４ ３ ，— ０ ５ 承 压 设 备 无 损 检 测 ［１ １ ＢＴ ７ ０ ２ ２ ０ ， Ｓ．
根 据 断 裂 力 学 原 理 ， Ｋ 和 ０４ （ ．Ｋ ＝ Ａ ． ． ０ ４ ２ ．０ ａ Ｉ ＝ ６ ．８ ／ ｍ 是裂 纹扩 展 的判 据 。 １１ＭＰ ・ｌ ６ ７２ Ｎ ｒ ） ｌ ａ 当Ａ Ａ ， Ｋ＜ Ｋｈ 为不 扩 展 区 ； ＫｈＡ ０ Ｋ 时 当Ａ ｌ Ｋ＜ ． ＜ ４ 时， 为稳 定 扩 展 区 ； ０ Ｋ． Ａ ￣， 当 ． ＫＨ 为快 速 扩 展 区 ， ４ ＜
Ｆｉ ｔ ｅ ｅ ｔＡｎａ ｙ ｉ ｆＨｅ ｄ ｒ Ｒｅ ａ ｎｉ ｎｉｅ Ｅｌｍ ｎ ｌ ｓｓｏ ａ ｅ ｍ ｉ ｎｇ Ｌｉｅ Ｃｏ ａ ｎｉ ｍ ｂｉ ｔｏ ｆＤｅ ｅ ｔ ｆ ｎｔ ｉ ｎｇ Ｃｏ ｎａ ｉ ｎ ｏ ｆ ｃ ｓ
Ｗ ＥＮ ｉ ｌｎ，Ｗ ＡＮＧ ａ － ｉ ｇ，Ｌ Ｃｈ ｏ Ｒｕ － ｉ Ｘｉｏ ｙ ｎ Ｉ－ ａ
Ａ ｌ １０ １ ０７ Ｒ） Ｋｈ ９ （— ． ＝ ６
２ １０ ６ ３
１ ６１ ６ ．Ｏ
２
２
４ ６ ｘｌ ．６ Ｏ
４ ６ ｘ１ ．６ Ｏ
１ ３ ９ ７２
１ ３ ９ ７２
式 中： 尺为最 小荷 载 与最 大荷 载 比 ， ０ １ 围 内 ， 在 ～范 对 于 脉 冲荷载 ， ０ 计算 结果 为 Ａ ｈ ６ ０ＭＰ ・ 。 Ｒ＝ ， Ｋｌ ． ａｍ ＝０
｜ … 一 ｉ ０ 毒 ． 雾辫≥ ＃参善 ｊ 捞 搿嚣
苏 与 应 席 Ｊ Ｓ Ｕ ＪＡ Ｉ Ｕ Ｙ Ｎ ＯＮ Ｉ Ｈ ＩＯ ＬＵＹ Ｉ Ｇ Ｙ Ｇ
含组合缺陷联箱剩余寿命有限元计算分析
温睿麟 ，王小迎 ，李 朝 ，贾向龙。
（． 西 电力科 学研 究院 陕 西 西安 １陕 ７ ０５ ． １０４２ 大唐 彬 长发 电厂 陕 西 彬 县 ７ ３０ ） １５ ０
式 中 ： 为 弹性 模 量 ； Ｅ 为泊 松 比 ， 屈 服 极 限 ， ｏ为
为裂纹稳定扩展量 ，计算结果为０ Ｋ ：６ ． ／ ． ６ ７ ２Ｎ ６ ２
图 ２ 含 缺 陷联 箱 有 限 元模 型
ｍ ｍ ３２ ／
。
对 比两个 缺 陷应 力计 算 结 果 ， 陷 的Ｋ 值 均 小 缺 于０６Ｋ 吣 ， 据 文 献［１ ． 根 ４的要 求 ， 类 缺 陷 是允 许 存 这
挖 补焊 接处 理 的超 标 缺 陷 ， 当进行 寿命 评估 分析 。 应
表 ２ 联 箱 焊 缝 缺 陷 尺 寸
超标缺陷。由于缺 陷挖补修复相当困难 ， 应进行超 标 缺 陷评估 ， 判定 它 能否继 续安 全运行 。 并
１ 技 术 参 数
有 限元 计算 基础 性参 数 可根据 机组 相关 设计 文
４ 含 缺 陷联 箱 有 限 元计 算 分 析
启停工况下 ， 含组合缺陷联箱有限元计算结果
见 图 ３ ４ 图３ 出 了联箱 内部 温度 场 ， 给 出 了联 ～， 给 图４
在的， 在使 用 中不会 发 生脆 断 。
６ 疲 劳 判 定
设 备 在低 周 应 力 作用 下 ， 纹 是 否 扩 展 、 展 裂 扩
技 术 交 流 与 应 用 Ｊ Ｓ Ｕ ＪＡ Ｉ Ｕ Ｙ Ｎ ＯＮＧ Ｉ Ｈ ＩＯ ＬＵＹ Ｉ Ｇ Ｙ
计 压 力 ， 算结果 为ｒ 计 ， ＝５ ． ａ ３６ ＭＰ 。 ４ （ ） 停工 况下 热应力 极值 为［： ２启 ６ ］
ｈ．ｌ （ＡＴ ｛ （ － ） ｅ＝ ／ ａ ） ． ２ １ｖ ｝
件得到 ， 见表 １ 。
在有 限元计算 中 ， 夹渣 ＋ 将“ 裂纹” 当作裂纹 处
２ 联 箱 超 标缺 陷
根 据 文献 ［］该 联 箱 焊缝 缺 陷判 定 为 “ 渣 ＋ １， 夹 裂
理， 根据裂缝情况进行模化处理 ，ｇ 、号两条裂缝 ２ －３ 位置较近， 当作一个缺陷进行有限元计算。 可
式 中 ： 为 启 停 工 况 最 大应 力 强 度 因 子 峰 值 ； ～ Ｋ
为 正常 Ｔ况 应力 强度 因子 值 （ ０ ； 为 ）
算 分 析 ， 会 因该 超标 缺 陷 的存 在 ， 发 生 突然 脆 不 而 断 。三条 缺 陷在 运 行 中处 于稳 定 扩 展 区 ， 展速 率 扩 较 低 ， 以保 证设 备 长 期安 全 稳 定运 行 。另 外 由于 可
Ｂｙ ｔ ｅ ｒ ｓｄ ａ ｉ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ｈ ｍｐ ｒ ｎ ｏ ｏ ｅ ｔ ｔ ｅｅ ｔ ｆｔ ｅ ｐ ｗｅ ｌｎ ｓ ｕ ｉｇ ｆ ｉ ｌｍｅ ｔ ｔ ｏ ， ａ ｓ ｉ ｎ ｉ ｃ ｈ ｅ ｉ ｕ ｌｌ ｅ ａ ａｙ ｉ ｎ ｔ ｅ ｉ ｏ ｔ ｔ ｍｐ ｎ ｎ ｓｗｉ ｄ ｆ ｃｓ ｏ ｏ ｒｐ ａ ｔ ｓｎ ｎ ｔ ｅ ｅ ｎ ｈ ｄ ｆ ａ ｃ ｈ ｈ ｉ ｅ ｍｅ ｃｅ ｔ ｉ ｆ ａ ｐ ｏ ｃ ｓ ｐ ｏ ｏ ｅ ｏ ｕ ｈ ｐ ｏ ｌ ｍｓ ｗ ｉｈ ｓ ｖ ｄ ｃ ｎ ｔｕ ｔ ｎ ｃ ｓ ｎ ｏ ｆ ｎ ｏ ｒａ ｄ ｍａｅ ｉｌｒ ｓ ｕ ｃ ｓａ ｄ ｐ ｏ ｉ ｅ ｐ ｒ ａ ｈ ｉ ｒ ｐ ｓ ｄ ｆ ｒｓ ｃ ｒ ｂ ｅ ， ｈ ｃ ａ ｅ ｏ ｓｒ ｃｉ ｏ ｔ ａ ｄ ａ ｌｔｏ ｏ ｓ ｍａ ｐ ｗｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｏ ｒｅ ｎ ｒ ｖ ｄ ｄ ａ ｓ ｉｎ ｉ ｃｂ ｓｓｆｒｔ ｅ ｓ ｆ ｐ ｒ ｔ ｎ ｏ ｅ ｕ ｉ ． ｃｅ ｔ ａ ｉ ｈ ａ ｅ ｏ ｅ ａｉ ｆ ｈ ｎ ｔ ｉ ｆ ｏ ｏ ｔ ｓ
（ ｈ ａｘ Ｅｅｔ ｃＰ ｗ ｒ ｅｅｒｈＩｓｔｔ ， ｉａ １０ ４ ｈｎ ） Ｓ ａｎ ｉ ｌｃ ｉ ｏ ｅ ｓａｃ ｔｕｅ Ｘ ’ｎ７ ０ ５ ，Ｃ ｉａ ｒ Ｒ ｎｉ
Ａ ｂｓｒ ｔ Ｆｏ ｇ ｔ ａｃ ： ｒｈｉｈ—ｐ ｒ ｍ ｅｅ ｗｅ ａ ｎ ｔ ， ｔ ｅ ｅ ｔ ｘｓ ｎ ｈ ｇ ｅ ａ ａ ｔｒｐｏ ｒｐｌｎｔｕ ｉｓ ｈｅ ｄ ｆ ｃｓ ｅ ｉｔｉ ｉ ｈ ｔ ｍｐｅ ａｕ ｅ ｐ ｅ ｓ ｒ ａ ｔ ｎ ｖｔ ｂｌ ｎ ｔ ｒ ｃ ｓ ｏ ｒ ｔｒ ｒ ｓ ｕ ｅ ｐ ｒｓｉ ｅ ｉａ ｙ ｉ ｈｅ ｐ ｏ ｅｓ ｆ ｍａ ｆｃ ｕ ｅ ａ ｎｓａｌ ｔ ｎ，ａ ｏ ｅ ｄ ｆ ｃｓｉ ｈｅ ｒ ｐ ｉ ｒ ｃ ｓ ａ ｏ ｅ ｅｉ ｎ ｔ ｄ ｎｕ ａ ｔ ｒ ｎｄ ｉ ｔ ｌａｉ ｏ ｎｄ ｓ ｍ ｅ ｅ ｔ ｎ ｔ ｅ ａ ｒｐ ｏ ｅ ｓ ｃ ｎｎ ｔｂ ｌｍｉ ａ ｅ ．
Ａ Ｋ ｃ Ｋ ． 等原理来进行判定ｌ 和ａ ５ ｌ 。
６ １ 热应 力 极值 ．
５ 断 裂 韧 度Ｋｃ ． 的确 定
根据 文献 ［】断裂韧 度 为 ４，
（ ） 常工 况下 热应 力极值 为 ｌ １正 ５ ｌ ：
ｏ ｌ ： ３４ （ ｈ） ｒ （／ ） ２Ｐ
式 中 ： 端 盖 的 厚 度 ， 外 筒 壁半 径 ，为 联 箱设 为 尺为 Ｐ
Ｊ Ｓ Ｕ ＪＡ Ｉ Ｎ ， Ｈ ＩＯ ＬＵＹＵＹＩＧ ＹＯＮ 苈 芟 苈 与 应 用 Ｇ
孝ｇ 舞
鬈 誊 誊孽 ｜ 誊 誊 鬈 ｉ
薯 ｜
３ 计算工况及有 限元计算模 型
该 联箱 主要 进行 有 限元 热 分析 ， 析 时不 考 虑 分 自重 ， 膨胀 无 自由度 限制 。根据 文献 ［］水 冷壁 联 热 ３， 箱 主要 损伤 机理 为机 组启 停 引起低 周疲 劳 。正 常工 况下 ， 联箱 内外 壁 温差 仅 ３ ５ 范 围 内变化 ： 停 工 ～ 启 况下 ， 内外壁 温差 不 大于 ２～ ０℃。 ０３ 根据 联箱 结构 和 联 箱筒 体 及 端盖 有 限元 计 算 参 数 ， 用应 力 分 析 软 利 件建 立 的 １ 联箱有 限元 模 型 ， 图１ 根据 文献 ［］ ／ ４ 见 。 ４要
箱 内部 Ｖ ｎ Ｍｉ ｓ ｏ— ｓ 应力 场 。 ｅ 从 联 箱 内部 温 度 和应 力 的分 布 情 况 ．可 以 看
百度文库
速率有多大 、残余寿命有多长等因素 的影响下 ， 是
否 可 以保 证 长期 安 全 运 行 ，需 根 据 断 裂力 学 中的
出， 裂纹尖端应力数值 ，、号两处缺陷共存 时有限 １３ 元计算结果见表３ 。
图 ３ 联箱 启停 工况 温 度 场
Ｉ
３４ ２
．
４６ ２ ７７
３４ ５
．
＝ ３９。８ ＝ ４．７
３ ０。３ ５ ９．
求 。 据裂缝超标缺陷大小及分布情况 ． 依 不计 残余 应力 ， 缺 陷 １ 联 箱有 限元 模 型 ， 图２ 含 ／ ２ 见 。
■ ●
表 １ 联 箱 简体 和 端 盖 技 术 参 数
月２ 日投 运 至 今 已安 全运 行 １２５０ｈ 累计启 停 次 ５ ７ １ ， 数 １６余 次 在大修 检验 中发 现端 头焊 缝存 在多 个 ８０
纹” 为超标缺陷， 。 联箱焊缝缺陷尺寸见表２ 。根据文 献 ［】 ２可知 ， 压 设 备 不 允 许 存 在 超 标 缺 陷 ， 不 能 承 对
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ ｔｅ ｓ ｏ ｄ ：ｓｒ ｓ；ｌ ｗ－ｃ ｃ ｅｆ ｔｇ ；ｆｎｉ ｌ ｍｅ ｔ ｅ ｉ ｉ ｇ ｌｆ ｙ ｌ ａｉｕｅ ｉ ｔ ｅ ｅ ｎ ；ｒ ｍａ ｎ ｎ ｉｅ ｅ
Ｏ 引 言
陕西 某 发 电有 限公 司 ３ 锅 炉是 由上 海锅 炉 厂 号 制造 的１０ ５ｔ 亚 临界 自然 循 环炉 ， 炉 自１ ９ 年 ７ ２ ｈ ／ 该 ９２
［］ 口 口 口 ［］ 口 豳
图 ４ 联 箱启 停 工 况Ｖ ｎ Ｍｉ ｓ 力 场 ｏ— ｓ 应 ｅ 图 １ 无缺 陷联 箱 有 限元 模 型
表 ３ 缺 陷 应 力 计算 结果
缺 陷
极 蔫
案镒 蠢
ＫｃＫ１ ５ ｛ １ Ｅ １ ｏ ｎ ｝ Ｉ ＝ （ ． ／一 － ０ ＝ ０ ０ ５ ５
条 缺 陷
计 算值 见表 ４ 。
ｄ ／Ｎ Ｄ（ Ｋ） （ ／ ） ａｄ ＝ Ａ ｍｍ 次
（）裂纹 最 大扩展 速 率为 ： ３ 计 算 结果 见表４ 。
表４ 疲 劳 评估 计 算 结果
缺陷
１
２
式 中： Ｅ为２０℃时 弹性模 量 ， 为 线膨 胀 系 数 ， ０ ０ 计算
结 果为 ｒ ： ０６ ａ ， ５ ． ＭＰ 。 ３ ６２ 疲 劳裂 纹 扩展 门槛 值 ．
Ａ Ａ Ｋ Ｎ． ／ ／ Ｋ Ｎ ｅ
ｍ ｍ — ｍｍ 一
尺寸
仉 ｍ ｍ ／
尺寸 扩
％ ｍ ｉ ｌ ／ ｌ ｃｏ Ｖ ｌ Ｊ Ｖ ／ ～ 仉
疲 劳裂 纹扩 展 门槛 值 为 ：
６３ 应 力强 度 因子变化 幅值 ．
２６ ．０ １ ３ １ ６ １ ２ ４ ２７ ６ ．０ ７ ．
３
２９ １ １ ５７ ２．４ ８ ．６
２５ ．
８ ５ ｘ１ ．４ ０
１ ６ ３１０
应 力强度 因子变化 幅值 为问 ：
Ａ Ｋ＝ Ｋ一一 Ｋ
７ 结论
对 ３ 锅 炉含 超 标 缺 陷水 冷 壁联 箱 经 有 限元 计 号