某廠7號(hào)機(jī)組汽包自投運(yùn)使用已有15年歷史，在檢修過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該汽包存在多處缺陷，目前該設(shè)備處于帶缺陷運(yùn)行狀態(tài)。為了解汽包在高溫、高壓工作條件下的應(yīng)力分布情況，為汽包的設(shè)計(jì)、檢查、安全鑒定提供依據(jù)，我們對(duì)該汽包進(jìn)行了常溫加壓及高溫高壓應(yīng)力測(cè)試。
汽包常溫加壓試驗(yàn)
儀器介紹及應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置
儀器采用聚航科技JHYC動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀，測(cè)點(diǎn)主要布置在汽包中縫附近的環(huán)向，汽包封頭焊縫附近和汽包1、2號(hào)下降管管座焊縫及附近處，總共有16個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)均貼上二向或三向應(yīng)變花。
試驗(yàn)工況為0MPa，2MPa，4MPa，6MPa、8MPa、9.2MPa。
常溫加壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
從試驗(yàn)結(jié)果可以看出；
相同工況下，汽包筒體上2-7號(hào)測(cè)點(diǎn)主應(yīng)力值相差不大。其中，2號(hào)、6號(hào)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力較大。在8MPa壓力工況下，2號(hào)測(cè)點(diǎn)主應(yīng)力e1= 77.04MPa，6號(hào)測(cè)點(diǎn)主應(yīng)力e1= 72.58MPa，在zui大壓力（9.2MPa）工況下，2號(hào)測(cè)點(diǎn)e1= 86.60MPa，6號(hào)測(cè)點(diǎn)e1= 82.78MPa。
汽包筒體與下降管連接焊縫區(qū)附近，在同一工況下，主應(yīng)力值分布規(guī)律大致一樣，即汽包靠焊縫處（8號(hào)、11號(hào)、13號(hào)測(cè)點(diǎn)）的應(yīng)力值較大，下降管靠焊縫處（9號(hào)、12號(hào)、14號(hào)測(cè)點(diǎn)）的應(yīng)力值較小，在焊縫區(qū)（10號(hào)、15號(hào)測(cè)點(diǎn)）的應(yīng)力值也不大，在9.2MPa壓力工況下，8號(hào)、13號(hào)測(cè)點(diǎn)zui大應(yīng)力e1值分別為105.74MPa和106.55MPa。
汽包高溫加壓試驗(yàn)
應(yīng)變測(cè)點(diǎn)和溫度測(cè)點(diǎn)布置
高溫應(yīng)變測(cè)點(diǎn)位置與常溫測(cè)點(diǎn)位置基本相同，點(diǎn)數(shù)略少一些，共10個(gè)測(cè)點(diǎn)。溫度測(cè)點(diǎn)與應(yīng)變測(cè)點(diǎn)位置基本一致，并略多一些，共12個(gè)測(cè)點(diǎn)。汽包筒體上各測(cè)點(diǎn)沿環(huán)向、縱向焊上高溫應(yīng)變片，汽包與下降管連接焊縫區(qū)的測(cè)點(diǎn)沿三向焊上高溫應(yīng)變片。
高溫加壓試驗(yàn)工況為0MPa、2MPa、4MPa、6MPa、8MPa、9.8MPa。在記錄測(cè)點(diǎn)應(yīng)變時(shí)，也會(huì)記錄測(cè)點(diǎn)溫度。試驗(yàn)時(shí)加壓速度為0.1MPa/min。
高溫加壓試驗(yàn)結(jié)果分析
從試驗(yàn)結(jié)果可以看出；
在汽包筒體上1-6號(hào)測(cè)點(diǎn)在相同工況下主應(yīng)力值有一定差距，例如，在8MPa工況下，1-6號(hào)測(cè)點(diǎn)e1分別為67.88MPa，74.32MPa，95.50MPa，65.70MPa，101.78MPa，92.69MPa，在zui大壓力（9.8MPa）工況下，1-6號(hào)測(cè)點(diǎn)e1分別為84.71MPa，100.97MPa，106.88MPa，81.20MPa，115.07MPa，108.33MPa。
在汽包筒體與下降管連接焊縫區(qū)附近，在相同工況下，汽包靠焊縫處的主應(yīng)力值比下降管靠焊縫處的主應(yīng)力值要大，在8MPa壓力工況下（溫度約276-280℃），8號(hào)、9號(hào)、10號(hào)測(cè)點(diǎn)e1分別為61.85MPa、105.29MPa、44.36MPa，在zui大壓力（9.8MPa）工況下（溫度約281-297℃），8號(hào)、9號(hào)、10號(hào)測(cè)點(diǎn)e1分別為66.81MPa、128.26MPa、50.98MPa。
常溫加壓與高溫加壓試驗(yàn)結(jié)果比較
常溫測(cè)點(diǎn) | 高溫測(cè)點(diǎn) | e1=8MPa | e1=9.2MPa | e1=9.89.2MPa |
常溫 | 高溫 | 常溫 | 高溫 |
1 | 1 |
| 67.88 |
| 84.71 |
2 |
| 77.04 |
| 86.60 |
|
3 | 2 |
| 74.32 |
| 100.97 |
4 | 3 | 68.56 | 95.50 | 77.19 | 106.88 |
5 | 4 | 62.90 | 65.70 | 72.80 | 81.20 |
6 | 5 | 72.58 | 101.78 | 82.78 | 115.07 |
7 | 6 | 69.00 | 92.69 | 78.19 | 708.33 |
8 | 7 | 92.36 |
| 105.74 |
|
9 | 8 | 22.78 | 61.85 | 26.76 | 66.81 |
13 | 9 | 93.20 | 105.30 | 106.55 | 128.30 |
14 | 10 | 31.54 | 44.40 | 36.96 | 51.00 |
從上表的試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果可以看出；
1.在相同壓力下，常溫加壓與高溫加壓應(yīng)力的分布規(guī)律基本相同；高溫加壓下各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值比常溫加壓相應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)力值要高，約高13-30MPa。
2.在汽包與下降管連接之焊縫區(qū)上y方向測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值較大，在常溫加壓（9.29.2MPa）工況下，13號(hào)測(cè)點(diǎn)主應(yīng)力e1=106.55MPa；在高溫（297℃）加壓（9.8MPa）工況下，相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)（高溫9號(hào)）的主應(yīng)力e1=128.30MPa。
結(jié)論
① 7號(hào)機(jī)汽包常溫加壓試驗(yàn)測(cè)試精度較高，反映了汽包測(cè)點(diǎn)在各壓力工況下的實(shí)際應(yīng)力值，可作為理論計(jì)算時(shí)重要參考。
② 本次試驗(yàn)是在汽包與下降管焊縫進(jìn)行修補(bǔ)之后，設(shè)備處于完好情況下進(jìn)行的，測(cè)試結(jié)果反映了汽包工作室的實(shí)際情況。
③ 在筒體區(qū)，常溫、高溫應(yīng)力分布規(guī)律相同，應(yīng)力水平相差不大，如：常溫試驗(yàn)在9.2MPa工況下，測(cè)點(diǎn)應(yīng)力在72.80MPa至86.60MPa之間，高溫試驗(yàn)在9.8MPa工況下，測(cè)點(diǎn)應(yīng)力在81.20MPa至108.33MPa之間，如果達(dá)到汽包zui高工作壓力（11MPa）時(shí)，zui大應(yīng)力值可達(dá)到120MPa。
④ 在汽包與下降管之間的焊縫區(qū)，常溫、高溫應(yīng)力分布規(guī)律相似，在9.2MPa工況下的常溫試驗(yàn)中，zui大主應(yīng)力e1=106.55MPa，在9.8MPa工況下的高溫試驗(yàn)中，zui大主應(yīng)力e1=128.30MPa，如果達(dá)到汽包zui高工作壓力時(shí)，zui大應(yīng)力可達(dá)140MPa。
這說(shuō)明，汽包在正常工作zui大壓力11MPa下，筒體應(yīng)力在120MPa左右，屬正常范圍，在汽包與下降管焊縫區(qū)靠汽包一側(cè)應(yīng)力可達(dá)140MPa左右，焊縫區(qū)應(yīng)力較復(fù)雜，加上焊接殘余應(yīng)力，此區(qū)域應(yīng)力值較高，是汽包工作時(shí)的危險(xiǎn)位置。
