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简答题试分析汽包在启动过程中应力的形成及对锅炉安全工作的影响。
  • 启动过程中汽包应力分析：锅炉启动过程中，汽包壁应力主要有压力引起的机械应力和温度变化引起的热应力组成，此外，还有汽包、工质和连接件的重力等引起的附加应力。
    机械应力。汽包属于薄壁容器，对于薄壁容器，在内压力作用下，只是向外扩张而无其他变形，故汽包壁的纵横截面上只有正应力而无剪应力。机械应力与汽包内压力成正比，汽包内工质压力越高，汽包壁机械应力也越大。
    热应力。升压过程中汽包壁应力主要由汽包上下壁温差和内外壁温差造成。启动升压快，汽包壁温差就大，热应力增大，过大的热应力将使汽包寿命损耗增大。
    启动升压过程中汽包温差的形成及热应力分析如下：
    1）汽包上部与饱和蒸汽接触，下部与水接触。在压力升高的过程中，贴壁的部分蒸汽将会凝结，对汽包壁属于凝结放热，其对流换热系数要比下部的水高出好多倍。当压力上升时，汽包的上壁能较快的接近对应压力下的饱和温度，而下壁则升温缓慢。这样就形成了汽包上壁温度高、下壁温度低的状况。锅炉升压速度越快，上、下壁温差越大.
    2）上部饱和蒸汽温度与压力在升压过程中是单一的关系，温度与压力同时上升。汽包蒸汽空间的蒸汽只能过热不会欠热。下部水温的上升需要工质的流动与混合，上升迟缓。升压越快，汽包上下部介质温差越大。 3）启动初期，水循环微弱，汽包内水流缓慢，存在局部停滞区的水温明显偏低。这样汽包上部壁温高，金属膨胀量大，下部壁温低，金属膨胀量相对较小，结果使上部金属膨胀受到下部的限制，上部产生压缩应力，下部产生拉伸应力。
    在升压过程中，工质不断对汽包内壁加热，还会产生汽包内外壁温差，使内壁产生压缩热应力，外壁产生拉伸热应力。
    一般情况下，汽包上下的外壁温度较接近，故外壁压缩应力较小，内壁拉伸应力较大。在汽包顶部，热应力与轴向机械应力方向相反，起削弱合成应力的作用；而在汽包底部，热应力与轴向机械应力方向相同，起叠加的作用。可见汽包底部应力大于汽包顶部，汽包整体的最大应力发生在底部内壁。
    2.对锅炉安全工作的影响
    汽包壁实际存在的应力虽不会达到材料的抗拉强度而立即破坏。但是会影响汽包的工作寿命，主要表现为两方面：
    材料在接近塑性变形或局部塑性变形下长期工作，材质变坏，抗腐蚀能力下降，还可能引起应力腐蚀。
    在锅炉启动、停运及变负荷过程中，汽包应力发生周期性的变化，这将引起疲劳损坏，超过材料屈服极限的疲劳破坏称为低周疲劳破坏。汽包应力峰值超过屈服极限的数值越大，塑性变形越大，达到破坏的循环周数越少，即应力循环每一次的寿命损耗增大。

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