CN110174314B - 高压加热器管程内壁塑性应变评估方法 - Google Patents

高压加热器管程内壁塑性应变评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高压加热器管程内壁塑性应变评估方法，包括以下步骤：采用高压加热器材料加工四点弯曲试样；沿四点弯曲试样的周向布设应变片；进行四点弯曲试验，记录各应变片应力应变数据，得到电测应变结果；基于有限元方法模拟四点弯曲试验过程中应变片对应各点的应变情况；基于得到的电测应变结果修正有限元模拟结果，并得到修正方法；进行高压加热器管程水压试验，并测量高压加热器管程外表面的应力应变情况；对高压加热器管程进行有限元模拟，基于高压加热器管程外表面的应力应变情况，结合修正方法，预测高压加热器管程的内壁应变情况。本发明能够避免直接在高压加热器的内壁进行塑性应变检测，有效降低检测难度，提高检测便捷性和安全性。

Description

高压加热器管程内壁塑性应变评估方法
技术领域
本发明属于压力容器内壁塑性应变评估的技术领域，特别是涉及一种高压加热器管程内壁塑性应变评估方法。
背景技术
鉴于国内电厂装机容量大、运行参数高的状况，现阶段电厂用高压加热器管程结构设计主要参照压力容器分析设计标准JB4732采用应力分类法分析设计。但随着国内高超临界机组的压力温度参数的进一步提高，导致设备规格不断增大，部件如管板、封头等直径、壁厚的增加，给现阶段的材料生产、设备设计及制造均带来一定程度的困难。相比于各国压力容器设计领域所广泛采用的应力分类法，以弹塑性理论为基础，将总体塑性变形和渐进塑性变形作为失效判定条件成为发展趋势，其在力学分析上更接近结构的实际承载情况。
应变电测技术已在航空航天、动力工程和土木建筑等工程结构、机械设备等各领域得到广泛应用，用来确认产品能否通过工况(或模拟工况)下的严格试验检测应力变形，保证强度刚度和稳定性等要求，并留有足够安全裕度。大型压力容器厂采用水作为加压介质，压力容器在高压水的作用下，内壁的应变测量均采用应变片电测法。但由于水的导电性和高压水的强渗透性，使得在高压水作用下的应变测量和常规的应变测量不尽相同。为了防止高压水向应变片处渗透，以稳定应变片的粘贴质量，确保足够的绝缘电阻值，应变片表面需要粘贴一层防护胶，而防护胶会对应变片产生附加应变。为了防止高压水渗出，以保持容器内压力的稳定，应变片的引出导线必须通过密封装置才能引出容器外。但是，在实际试验现场保护措施比较困难，并且由于高压加热器水压实验前还需进行回火处理，热处理后无法确保应变片的可靠性，以及由此测点多、水压大、导线引出也成为大问题。在弹塑性分析设计中，局部区域可能发生塑性应变，材料的力学行为比较复杂，内壁应变情况的评估直接影响弹塑性分析设计的可靠性。因此，高压加热器管程内壁塑性应变评估方法是非常有意义的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高压加热器管程内壁塑性应变评估方法，避免直接在高压加热器的内壁进行塑性应变检测，有效降低检测难度，提高检测便捷性和安全性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种高压加热器管程内壁塑性应变评估方法，包括以下步骤：
(1)采用高压加热器的材料加工四点弯曲试样，所述四点弯曲试样为长方体结构；
(2)在所述四点弯曲试样长度方向的中心位置沿四点弯曲试样的周向布设若干块应变片；
(3)进行四点弯曲试验，四个施压点两两分布于四点弯曲试样上、下端面，上、下端面的两个施压点分别沿四点弯曲试样的长度方向对称且上、下端面的施压点错位分布，记录各应变片的应力应变数据，得到四点弯曲试样的电测应变结果；
(4)基于有限元方法模拟四点弯曲试验过程中应变片对应各点的应变情况；
(5)基于步骤(3)中得到的电测应变结果修正有限元模拟结果，并得到修正方法；
(6)进行高压加热器管程水压试验，并测量高压加热器管程外表面的应力应变情况；
(7)对高压加热器管程进行有限元模拟，基于步骤(6)得到的高压加热器管程外表面的应力应变情况，结合步骤(5)得到的修正方法，预测高压加热器管程的内壁应变情况。
所述应变片在四点弯曲试样的前、后侧面自上棱至下棱分别均匀间隔、前后对应布设有五块。
所述四点弯曲试样的上端面施压点为试验机压头加载点、下端面施压点为支座支撑点，所述下端面施压点间距大于上端面施压点间距。
所述应变片分别连接到应力动态信号采集分析系统。
有益效果
本发明能够实现通过对高压加热管管程外壁应力应变的测量即可准确预测其内壁应变情况，能够避免直接在高压加热器的内壁进行塑性应变检测，有效避免了内壁检测容易存在的应变片放置难度大、应变片易失效、应变片导线密封和引出难度大等问题，降低了高压加热器管程内壁塑性检测难度，有利于提高检测便捷性和安全性。
附图说明
图1为高压加热器管程的结构示意图。
图2为四点弯曲试样的正面示意图。
图3为四点弯曲试样的截面示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示的为高压加热器管程的外形结构图，主要承压部件包括管板1，管板1外侧为水室封头3，水室封头3上设有出水口管2、人孔4及进口水管5。下面以对高压加热器的水室封头3内壁塑性应变的检测为例说明一种高压加热器管程内壁塑性应变评估方法，包括以下步骤：
(1)采用高压加热器的水室封头3的材料(13MnNiMoR)加工得到四点弯曲试样6，
如图2所示，四点弯曲试样6为长方体结构，尺寸为400mm×13mm×19mm。
(2)在四点弯曲试样6长度方向的中心位置沿四点弯曲试样6的周向布设十块应变片7，如图3所示，应变片7在四点弯曲试样6的前、后侧面自上棱至下棱分别均匀间隔、前后对应布设。
(3)进行四点弯曲试验，四个施压点两两分布于四点弯曲试样6上、下端面，上、下端面的两个施压点分别沿四点弯曲试样6的长度方向对称。四点弯曲试样6上端面的两个施压点为试验机压头加载点，间距160mm。下端面两个施压点为支座支撑点8，间距为320mm。各应变片7分别连接到应力动态信号采集分析系统，试验中记录各应变片7的应力应变数据，得到四点弯曲试样6的电测应变结果。
(4)基于有限元方法模拟四点弯曲试验过程中应变片7对应各点的应变情况。
(5)基于步骤(3)中得到的电测应变结果修正有限元模拟结果，并得到修正方法。
(6)进行高压加热器管程水压试验，并测量高压加热器的水室封头3外表面的应力应变情况；
(7)对高压加热器的水室封头3进行有限元模拟，基于步骤(6)得到的高压加热器管程外表面的应力应变情况，结合步骤(5)得到的修正方法，预测高压加热器管程的内壁应变情况。
对于高压加热器的管板1、焊接等其他位置的内壁塑性应变检测，均可以采用上述方法进行检测评估。因此，高压加热器管程内壁塑性应变评估方法能够实现通过对高压加热管管程外壁应力应变的测量即可准确预测其内壁应变情况，能够避免直接在高压加热器的内壁进行塑性应变检测，有效避免了内壁检测容易存在的应变片放置难度大、应变片易失效、应变片导线密封和引出难度大等问题，降低了高压加热器管程内壁塑性检测难度，有利于提高检测便捷性和安全性。

Claims (2)

1.一种高压加热器管程内壁塑性应变评估方法，包括以下步骤：
(1)采用高压加热器的材料加工四点弯曲试样(6)，所述四点弯曲试样(6)为长方体结构；
(2)在所述四点弯曲试样(6)长度方向的中心位置沿四点弯曲试样(6)的周向布设若干块应变片(7),所述应变片(7)在四点弯曲试样(6)的前、后侧面自上棱至下棱分别均匀间隔、前后对应布设有五块；
(3)进行四点弯曲试验，四个施压点两两分布于四点弯曲试样(6)上、下端面，上、下端面的两个施压点分别沿四点弯曲试样(6)的长度方向对称且上、下端面的施压点错位分布，记录各应变片(7)的应力应变数据，得到四点弯曲试样(6)的电测应变结果，所述四点弯曲试样(6)的上端面施压点为试验机压头加载点、下端面施压点为支座支撑点(8)，所述下端面施压点间距大于上端面施压点间距；
(4)基于有限元方法模拟四点弯曲试验过程中应变片(7)对应各点的应变情况；
(5)基于步骤(3)中得到的电测应变结果修正有限元模拟结果，并得到修正方法；
(6)进行高压加热器管程水压试验，并测量高压加热器管程外表面的应力应变情况；
(7)对高压加热器管程进行有限元模拟，基于步骤(6)得到的高压加热器管程外表面的应力应变情况，结合步骤(5)得到的修正方法，预测高压加热器管程的内壁应变情况。
2.根据权利要求1所述的一种高压加热器管程内壁塑性应变评估方法，其特征在于：所述应变片(7)分别连接到应力动态信号采集分析系统。
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