[发明专利]一种锅炉水冷壁残余应力评估方法

说明书

技术领域

本发明属于锅炉水冷壁技术领域，具体涉及一种锅炉水冷壁残余应力评估方法。

背景技术

能源是国民经济赖以生存和发展的基础。随着世界经济的迅速发展，各国对能源的需求越来越大，能源短缺已成为制约经济持续快速发展的重要因素，已被列为世界性的三大问题之一。为有效解决能源短缺,能源利用效率的提升成为解决思路之一，为了实现能源利用效率的提升，火力发电持续向高参数、高容量发展。

1000MW超超临界塔式锅炉正是迎合这一技术发展潮流而出现的，然而，2010年国内第一批国产超超临界塔式锅炉相继投产后，相继发生水冷壁T23安装焊口早期频繁开裂泄漏，导致异常停机频繁，造成了巨大的经济损失。锅炉水冷壁本身存在着结构尺寸大，拘束度高等特点，随着机组参数和容量的提高，超超临界塔式锅炉水冷壁水冷壁材料也从原先的碳钢和低合金钢向以T23为代表的中高合金钢发展。材料等级的提高，使得水冷壁在安装过程中的焊接难度提高，同时对于亚临界锅炉水冷壁材料相对影响并不突出的应力分布及应力集中等问题，在超超临界塔式锅炉水冷壁的安装与运行过程中，其对锅炉可靠运行的影响凸现出来。残余应力是指没有外部因素作用时存在于构件内部并自相平衡的应力，又称初应力。金属构件焊接时在焊件上产生不均匀温度场，这种温度场在绝大多数情况下是非线性分布的。不均匀温度场使材料不均匀膨胀，处于高温区域的材料在加热过程中的膨胀量大，受到周围温度较低、膨胀量较小的材料的限制而不能自由地进行，于是焊件中出现内应力，使高温区的材料受到挤压，产生局部压缩塑性应变。在冷却过程中，已经经受压缩塑性应变的材料，由于不能自由收缩而受到拉伸，于是焊件中又出现一个与焊接加热时方向大致相反的内应力场。因此，为有效防治超超临界塔式锅炉水冷壁焊口早期频繁开裂失效，必须对超超临界塔式锅炉水冷壁安装和运行初期的水冷壁应力进行分析与研究，摸清超超临界塔式锅炉水冷壁应力分布规律，并针对性采取相应的技术措施，改善水冷壁应力分析状况。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种锅炉水冷壁残余应力评估方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种锅炉水冷壁残余应力评估方法，它包括以下步骤：

(a)在水冷壁管屏上布置多个残余应力测试点；

(b)在所述残余应力测试点进行钻孔，随后在孔周围的区域上粘贴三个应变片使其相互之间形成夹角，测量水冷壁管屏的应力释放系数A和应力释放系数B；

式中，ε₁为钻孔后应变片R₁的释放应变，ε₂为钻孔后应变片R₂的释放应变，σ为轴向施加应力；

(c)计算钻孔后测试点的应力状态；

式中，ε₃为钻孔后应变片R₃的释放应变，θ为主应力σ₁方向与R₁轴向的夹角。

优化地，所述步骤(b)中，采用三个高度可调节的制作安装在水冷壁管屏上，确保钻孔时钻杆垂直于被测表面。

进一步地，所述步骤(b)中，钻孔时先用略大于钻孔直径的端面铣刀插入导向套筒轻轻转动，将孔径部位的基底挖去；再用小直径短柄麻花钻钻中心孔，钻速应较低以减小切削引起的附加应变；最后用同孔径的麻花钻轻轻扩孔，孔深由塞块控制。

优化地，它还包括步骤(d)对锅炉水冷壁管屏应力分布规律数值进行仿真分析。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明锅炉水冷壁残余应力评估方法，通过用小孔释放法测试残余应力，对锅炉水冷壁在安装、调试及投运初期的应力分布状况进行试验研究，从而可以根据应力分布状况，为开应力释放槽改善水冷壁应力分布提供了较为充分的技术依据，并为对水冷壁安装和预防水冷壁安装焊口早期纵向开裂失效提供了重要技术依据和理论指导。

附图说明

图1为本发明锅炉水冷壁残余应力评估方法中钻孔装置的示意图；

图2为本发明锅炉水冷壁残余应力评估方法中残余应力测试的原理示意图；

图3为本发明锅炉水冷壁残余应力评估方法中采用的等参单元模拟结构图：(a)八结点六面体等参单元；(b)六结点五面体等参单元模拟结构。

具体实施方式

下面将对本发明优选实施方案进行详细说明。

本发明锅炉水冷壁残余应力评估方法，它包括以下步骤：