Через стенки необогреваемых элементов – барабанов и коллекторов котлов, а также паропроводов и корпусов турбин в стационарных условиях передаются лишь тепловые потери. При этом основной перепад температур приходится на изоляцию, и температурные напряжения в стенках необогреваемых элементов практически отсутствуют. Они возникают во время нестационарных режимов: при пусках, остановах и при изменении нагрузки. Температурные напряжения также определяются перепадом температур и физическими свойствами металла:
σт = αст Е Δt
Здесь разность температур в переходных режимах зависит от скорости изменения режима. Эта скорость зависит от температуропроводности металла и его массовой теплоемкости:
α = λ / с ρ
Считаем, что температура среды изменяется с постоянной скоростью
w = dtср / dτ
Температурное поле по толщине стенки изменяется по параболической зависимости:
Δt = tвн – tн = w δ2 /2α
Температурное напряжение также изменяется по параболе:
σх = αст Е Δtмах / 3 *(1 – 3 х2 / δ2 )
Распределение температур показано на рис23.
Напряжение на наружной стенке - растягивающее:
σн = 1/3* αст Е Δt
Напряжение на внутреннй стенке, соприкасающейся со средой, сжимающее:
σвн = - 2 / 3* αст Δt
По абсолютному значению напряжение у внутренней стенки, соприкасающейся со средой, вдвое больше, чем наружной.
Для материала сжимающее напряжение менее опасно, чем растягивающее. При охлаждении стенки парабола температурных напряжений перевернется, и наиболее опасные напряжение теперь будут на внутреней поверхности /растягивающие /. Т.о. режим охлаждения для оборудования опаснее, чем режим прогрева.
Поэтому при пусках из неостывшего состояния особое внимание обращают на недопустимость охлаждения в зоне паровпусков, и температура пара должна быть выше, чем температура металла. Тоже относится к недопустимости заполнения барабанов котла водой с температурой ниже 90оС.
При определении допустимой скорости нагрева или охлаждения оборудования необходимо учитывать также предварительно напряженное состояние металла от весовой нагрузки, от холодной затяжки шпилек фланцевых соединений, внутренего давления среды, коэф. эффективности теплового удара /мгновенного повышения температуры греющей среды/, который в свою очередь характеризуются коэф. Био:
Bi = α /δλ
где α – коэф. теплоотдачи в квт/ м2.К
Циклическая и тепловая усталость металла
При пусках и остановах в металле в результате знакопеременной нагрузки возникают структурные изменения, появляются дефекты в виде пор, трещин и после определенного числа изменений нагрузки металл разрывается при напряжениях, меньших предела прочности. Это явление называется циклической усталостью.
Если циклическая усталость возникает при изменениях температуры металла из-за знакопеременных температарных напряжений, она называется тепловой усталостью металла.
При больших амплитудах температурных напряжений, характерных для повторяющихся циклов ''пуск- работа- остановка- расхолаживание – пуск'' разрушающее число циклов сравнителььно невелико, и предел прочности в этом случае называется малоцикловой усталостью. Общее число циклов принимается 104. /рис24/.
где зона 0-1 – начальный этап пуска до максимального сжимающего напряжения;
зона 1-2 – продолжение пуска, связанного с ростом внутреннего давления, создающего растягивающее напряжение, и переход в т.2 в стационарный режим;
зона 2-3 – стационарный режим, характеризующийся релаксацией остаточных напряжений, возникающих в результате пластических деформаций;
зона3-4 – останов оборудования, снижение давления, снижение наряжениие металла до некоторого состояния /не обязательно до Р = 0/
Для металла, работающего при t > 450оС характерны два вида повреждений: от циклического разрушения и ползучести. Совместно их учитывают методом линейного суммирования повреждений, согласно которому:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.