经典三级视频在线观看 如何计算超超临界发电机组温度测量保护管的强度

　　引言
　　
　　超超临界发电机组是当今世界上一项既成熟又不断发展的火电技术，其采用提高蒸汽的压力、温度和中间再热技术等方式来提高发电效率，热效率达46%-50%，较亚临界机组热效率（41％-45%）有大幅度提高。所以，采用超超临界发电技术是提高煤电机组发电效率的主要技术方向。蒸汽参数的提高，使锅炉、汽轮机、发电机与辅机等方面的测温工质情况发生了很大的变化，尤其是被测介质蒸汽管道中测温工质情况的变化对温度传感器提出了新的要求。本文以保护管为例，根据材料力学的方法，就超超临界发电机组温度传感器的强度安全性进行了分析。
　　
　　一、温度测量保护管
　　
　　1.1保护管的作用
　　
　　保护管是用来保护感温元件不受机械损伤和介质化学腐蚀的装置，属于接触式测量温度仪表，在生产过程的温度测量中，通常是将它直接与被测量对象接触，以保证感温元件使用的可靠性，延长使用寿命。
　　
　　1.2对保护管的基本要求
　　
　　根据温度计保护管在超超临界工况条件下所起的作用，它应具备以下特性。
　　
　　①耐高温：即在测量温度上限使用时不应产生变质和变形，同时，在高温下受氧化性气氛或还原性气氛的作用影响较小，并且有一定的使用寿命。
　　
　　②耐腐蚀：在用于酸或碱以及在有腐蚀性的介质中时，应能保证一定的使用寿命。
　　
　　③热传导性能好：热导系数大的材料，可以减小感温元件的时间常数，达到响应时间快的目的。
　　
　　④气密封好：以防止外界有害气体的侵人，从而避免影响感温元件使用的可靠性和使用寿命。
　　
　　⑤耐温性好：感温元件在工作中往往存在温度的冲击，因此，要求保护管材料能承受温度的剧变而不损坏。
　　
　　⑥强度好：保护管应能承受其在实际工况条件下所受到的温度、压力和流速影响而不被破坏，且具有一定的安全裕度。
　　
　　在实际应用中，需根据上述要求来进行保护管的选择。
　　
　　1.3保护管的常用材料
　　
　　感温元件保护管常用的材料可分为金属和非金属两大类，用户可根据其特点和用途选用。温度保护管材料选用ICr18NigTi，其zui高工作温度可达800℃，在高温下具有良好的机械和化学稳定性能；具有足够的蠕变断裂强度和很好的抗高温腐蚀性能，特别对磷酸和硝酸有很好的耐腐蚀性能。目前，大量的感温元件保护套管采用的是ICr18NigTi，它广泛地应用于石油、化工、电站以及其他工业的加热炉、退火炉等温度测量，但在高温下抗还原性较差。
　　
　　1.4保护套管的结构设计要点
　　
　　为了得到正确的温度测量结果，感温元件保护管的zui小插人长度应是保护管直径的六倍以上，结构形式视实际工况而定。在超超临界发电机组中，主蒸汽管道等承压管道温度测量用保护管一般采用锥型整体钻孔管，安装结构采用焊接式。
　　
　　二、保护套管的相关计算
　　
　　为了确保保护管的安全使用，避免发生事故，使用者应在使用前根据使用条件进行强度、稳定性和耐振动强度计算。下面就以超超临界发电机组中主蒸汽管道选用的保护套管（保护套管结构形式、直径和长度已经确定锥型保护管根部直径39mm、锥型保护管顶部直径23mm、锥型保护管内孔直径6.5mm、长度150mm为例，运用材料力学第四强度理论，对其强度进行计算分析。
　　
　　2.1计算时的假定
　　
　　为了便于对保护管进行计算，预先给出下列假定
　　
　　①承受均布的载荷：保护管作为悬臂梁，沿其轴向（即管道径向）均匀地受到以中心zui大流速所产生的zui大压力；
　　
　　②仅受外压，内压等于0：即保护管仅受到外压作用，管内没有压力；
　　
　　③阻尼因素为0：保护管为无阻尼的强迫振动；
　　
　　④卡门涡流形成的力等于流速压力；
　　
　　⑤保护管工作时所承受的zui大外压为40MPa，zui高温度为650℃，zui大流速为100m/s，测温介质为蒸汽；
　　
　　⑥保护管安装结构：焊接。
　　
　　2.2保护管强度计算
　　
　　保护管的结构应能承受流体压力（静压力）产生的垂直应力和曳动阻力（动压力）的作用。金属材料的保护管通常为塑性材料，根据材料力学第四强度理论，垂直应力可按下式计算：　　
　　厚壁圆筒的承压应力如下。　　
　　当温度保护套管受外压为P2、内压为P1=0时，径向应力为:　　由此可得，在锥型管沿高的任何外表面的应力恒等于外压的负值，受到的周（切）向应力为：　　由式（6）可知，温度保护套管根部内、外壁及顶部内、外壁应力计算值及周向应力沿长度（mm）如表1所示。表中应力均为压应力，即带有“一”号。　　
　　①保护管外径处不同长度（0-1500mm）的应力计算如下：　　
　　②不同长度保护管轴向应力计算如下（长度为150mm）:　　
　　由式（8）可知，轴向应力在根部应力zui小为-41.1429MPa。对于不同长度的锥体，当大头直径和小头直径为定值时，锥形套管具有相同的外直径处其应力也相同。所以，不同规格长度的温度套管顶部的轴向应力均为-43.47MPa。
　　
　　③不同长度温度套管沿长度轴向应力变化计算如下:　　在保护套管各处只受外压作用时（无流体的动压力作用时），经过严格推导得出：　　式中：r1为所求保护管横截面的内半径，m;r2为所求保护管横截面的外半径，m;r为所求保护管横截面任意半径，m;P2为保护套管外蒸汽压力，MPa。
　　
　　当温度保护套管在管内受到流体动压作用力时，不能用式（12）计算。这是因为迎来流侧受到流体动压作用力，产生的力受拉应力作用，抵消一部分压应力，背来流一侧受到动压的作用力，产生压应力作用，从而使应力与外压作用的压应力叠加。
　　
　　④流体动压力产生的弯曲应力保护套管应能承受管道内流体的动压力作用。保护管可视为一悬臂梁，根据材料力学可按照式（13）计算：　　
　　保护套管在管导中受动压力的作用，在危险断面所造成的弯矩为：　　
　　根据材料力学理论，保护套管危险断面的抗弯截面系数W可用下式计算:　　若上式中求M用温度保护套管的总长度，则对应的根部截面就是危险截面。另外，值得注意的是，温度保护套管上的抗弯应力有正负之分，在来流侧受拉应力取“+”，背来流侧受压应力取“-”。　　
　　保护套管在管道中受动压力的作用，在危险断面所造成的弯矩为：　　
　　当长度L＝1500mm时，保护管某一截面处的截面系数由下式计算可得:　　
　　考核静应力强度时，以根部截面应力为考核指标。根部截面合成应力如表2所示。考虑到气流推力的弯距和剪切，在截面相对气流的上下游分别产生拉应力和压应力。因此，上游（内侧1、外侧l）轴向拉应力是抵消的，而下游（内侧2、外侧2）轴向拉应力是增加的。　　
　　表2计算结果表明，按照第四强度理论，温度计套管V-Miseszui大应力为72.06MPa。　　
　　当改变保护管参数（可以一次改变一个参数，也可以同时改变多参数）后，需重新进行强度计算，直至满足温度计套管的静应力安全系数大于1.5，使保护管处于安全状态。
　　
　　三、结束语
　　
　　本文基于超超临界工作条件，对的温度传感器保护管压力进行了强度计算，既提供了强度计算的方法，又对保护管的设计提供了改进建议，从而说明了超超临界发电机组用温度传感器保护管进行强度计算的必要性。通过计算可以进行保护管安全性验证，保证保护管的安全使用。除了本文介绍的保护管强度计算外，读者还可按ASMEPTC19.3对保护管进行频率验证。