锅炉设计中的强度设计与研究

【摘要】本篇文章依据大量的研究经验，对锅炉设计过程中所涉及到的强度设计在锅炉之中所具有的重要地位，以及锅炉设计人员必须要对此进行深入研究等问题进行了全面详细的探讨，以期为我国的锅炉设计发展提供参考。

【关键词】锅炉设计；性能设计；结构强度设计

锅炉是现代工业应用极为重要的一个组成部分，其自身所具有的稳定性、持久运行性等，直接影响到了整个工业生产的发展，反之就可能会造成重大的事故，为了能让锅炉具有稳定性和安全性这就必须要从源头来对其进行控制，做好锅炉的强度设计使锅炉在实际运行的过程中能够具有更好的安全性、耐久性，让锅炉能够保持着更高的强度是锅炉设计者的首要任务。下文主要对锅炉设计中的强度设计进行了全面详细的探讨，以期为我国的锅炉设计水平提升作出贡献。

1、锅炉强度设计的概念

此处所形容的锅炉强度设计并非是仅仅只通过几个计算公式便能够轻易解决的问题，更是一种事关设计思想的内容，一种能够和锅炉设计进行紧密结合的强度提高设计，也可以将其认为是通过强度计算、力学原理等两个方面作为核心的产品设计。

锅炉强度设计这个命题体现了以下两个特点：

①此处所形容的锅炉强度，不仅是形容受压元件，更多的是形容锅炉内部在使用过程中所存在的受力结构，而在受力结构之中，则是包括了计算极为复杂的支撑锅炉钢结构，这一结构直接对于锅炉受力产生了极其重要的影响。有部分锅炉的设计人员在看待锅炉强度的过程中，主要针对受压元件来进行讲解，但是对于锅炉之中所存在的其他几个重要部分却极少涉猎。从锅炉设备自身的整体来看，除了受压元件的存在之外，对于锅炉强度产生直接影响的因素还有多个方面。尤其是在电站进行使用的锅炉，这一环境之下的锅炉常年都处在高压、高温环境下，其自身的结构复杂、体积庞大，如果说其中任何一个位置的零部件出现了失效的现象，那么都极有可能会导致严重的后果发生。

②此处不是使用强度计算来作为提升方法，而更多的是采用强度设计提升法。这一目的就是对锅炉计算进行强调，强调其本身就是设计过程中的部分内容。在国外发达国家，尤其是欧美国家，在进行产品强度设计的过程中，就直接将产品强度计算称之为产品设计。无论是从国外发达国家的发展情况来看，还是从我国当前所接受到的大量经验教训来看，这其中的多项因素都显而易见的阐述了锅炉设计之中所必须要加以解决的重点问题，而将这几个方面进行总结归纳之后，便能够得出两个结果，一个是结构强度设计、一个是性能上的设计。

2、锅炉强度设计的主要内容

2.1锅炉强度设计的相关技术知识

2.1.1受力构件材料的选用和数据的选取。对强度设计来讲，对材料的关心主要是下列几个方面。①抗氧化温度和最高允许使用计算壁温。②合金元素对钢材性能的影响。③材料强度标准值的制定及其随温度的变化。

2.1.2强度理论的基本概念。强度这一词语应用在锅炉之中，所代表的便是构件、材料自身在使用过程中所呈现出来的荷载抗性。通常情况下，主要是形容其对于断裂这一因素所存在的抗力，但在个别情况下，如果说结构的塑性是变形过大，那么同样有可能对结构物的正常工作带来影响，甚至是破坏结构物的正常特性。所以，在这一过程中就需要进行一定程度上的塑性变形，绝大多数情况下，都是不允许构件自身在使用的过程中，其中的结构整体出现屈服的现象。强度理论存在的主要目的，就是为了能够从以往简单的受力状态上来对实验结果进行建立一个极为复杂的受力条件，这从工程的常用性上来说，主要代表了四个不同的强度理论：

①第一强度理论--最大拉应力理论，所建立的强度条件是断裂的强度条件。②第二强度理论--最大伸长变形理论，所建立的强度条件也是断裂的强度条件。③第三强度理论--最大剪应力理论，所建立的强度条件是塑性条件，在塑性理论中叫屈雷斯加（1ksca）条件。

2.1.3安全系数与许用应力。只有拥有了材料强度所包含的具体标准值，才能够依据当前安全系数，计算出在强度设计之中，所应当实际使用到的许用应力。通常情况下，材料自身所拥有的安全系数以及强度标准值都是直接有相关部门的权威专家和单位来进行确认的，这其中所涉及到到的数值测定，有着极为严格的科学性和法律性。这一数值可以说是锅炉在进行强度设计过程中的基础。

2.2受压元件的常规设计。一般都有标准可循，不必多讲。但要知道，受压元件一般涉及到圆筒壳、球壳、圆板、矩形板四种力学构件，从力学上讲是一个很大的范围。而且某些方面也要用到更高深的理论。要想对受压元件的强度问题深入掌握就必须深入学习和掌握板壳的理论问题。

2.3调峰机组的疲劳寿命设计。这是一项技术性很强的工作，所涉及到的内容如下。

①应力分析设计法的一般概念。②种类应力的计算。③荷载谱的确定，这是一项很复杂的工作，也是疲劳设计的基础工作。④设计疲劳曲线的制定或选用，这又是一项疲劳设计的基础工作。

3、正确地认识计算机的作用

计算机本身主要是作为一种工具来进行应用，其中所存在的大量应用程序有着极其重要的作用，通过对程序的应用，能够最大限度的提升设计以及计算完成后所具有的相应精确程度，并且在某些方面所涉及到的强度问题，也只有使用计算机的方式来能够完成计算。但在实际执行的过程中，要让计算机程序所具有的相应作用能够真正的发挥出来，首先就需要使用足够专业的知识来对于产品的设计概念加以认识，也就是说，产品本身的各项计算结果是否能够满足需求，都必须要通过理论的方式来进行判断。部分设计概念本身就是直接利用计算机所计算出的相应的前提条件，而非是通过人工方式所算出来的。例如在锅炉构架之中所存在的中框梁架、水平支撑、垂直支撑等方面使用计算机进行布置的过程中，都必须要依据计算机所计算出来的应力数值大小来作为最终的确定因素，并且将其作为确保结构设计稳定性的一个关键所在。那么，在这种情况之下，其中的低应力杆以及你零应力杆都有着存在的必要习惯。在对结构进行计算的过程中务必要指出的其中的关键所在，否則在缺乏计算数值的情况下，任何对于稳定问题进行良好的反应的措施都是不充分的。从本质上来说，你锅炉构架的强度设计，实际上对于锅炉本身的稳定性有着直接的影响。任何认为只需理论基础都能够做好锅炉设计，都是单个方面所存在偏见。

4、结语

综上所述，锅炉自身的强度设计，是整个锅炉设计过程中极其重要的一个组成部分，务必要采取科学合理的方式来是进行设计，从而使得锅炉的强度可靠性更高，这对于整个涉及到需要使用锅炉的工业行业来说，有着极其重要的作用。

参考文献

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[2]裴世超，侯勇庆.应力分析在锅炉设计中的作用[J].锅炉制造，2011（04）

[3]黄辉.工业锅炉现代设计与开发[J].中国标准导报，2012（02）

作者简介

姓名；孙甲，性别：男。出生年月：1984.3.17，出生地：哈尔滨。毕业院校：佳木斯大学，研究方向：锅炉与压力容器设计。

身份证号：230103198403171335