增压锅炉冷态启动过程中耦合应力及疲劳分析

张振华，史建新，李小龙，曾庆鹏，宿兴东，李晨硕，李彦军

(1.哈尔滨工程大学 动力与能源工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001；2.中国船舶重工集团公司第718研究所,河北 邯郸 056027)

利用涡轮增压机组的涡轮机驱动压气机替代鼓风机向锅炉炉膛输送压缩空气的锅炉称为增压锅炉[1]。与常规电站锅炉相比，增压锅炉在重量体积方面的优势极为突出。同时，凭借其在可靠性、机动性、经济性和维修性等各项指标上的优越表现，逐步取代常规锅炉为大型船舶提供动力[2]。实际运行过程中，锅筒内部充斥着高温高压的饱和工质，受力状态极其复杂。尤其在启动、停炉等变工况下运行时，锅筒内工质的压力和温度在短时间内会发生较大变化，导致锅筒受频繁波动的机械应力和热应力的作用，产生疲劳损伤[3]。因此，对变工况运行条件下的锅筒进行热-机械分析，并依据强度理论对其进行疲劳寿命计算，对于指导锅炉的安全运行非常必要。

国内外学者对于电站锅炉锅筒的强度和疲劳寿命分析开展较早，且研究成果相对完善[4-7]。增压锅炉由于结构及换热方式的复杂性，锅筒应力方面的研究开展较晚，且已有研究多局限于锅炉稳态运行或小波动下，对起炉等大波动工况下锅筒的瞬态性能研究较少。邵亚西等[8-9]对小型增压锅炉锅筒温度、应力和疲劳寿命进行了系统的分析，对增压锅炉锅筒边界条件的确定方法、结构强度的评估方式都进行了较详细的介绍。但仍存在管束与管板接触形式和模型约束方式不合理造成危险点位置与应力值大小失真的问题。……