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封頭是火筒加熱爐筒體上的重要部件。封頭設(shè)計(jì)時,需按照相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。由于結(jié)構(gòu)需要,常要求在大直徑封頭上開設(shè)一個或幾個大孔,如油田大功率火筒加熱爐的鍋殼封頭上需開四個大孔的,其大孔直徑*大達(dá)Φ824mm。這樣的封頭已無法用現(xiàn)行的強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算了。為滿足生產(chǎn)需要,本文采用電阻應(yīng)變測量技術(shù),對火筒加熱爐大開孔封頭進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變測試試驗(yàn),得出應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律,確定該封頭的允許工作壓力。
大開孔封頭結(jié)構(gòu)及儀器
該封頭是一標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)橢球面,其中心截面是一橢圓(長軸=1500mm,短軸=750mm),考慮到封頭的剛度,在封頭上焊接十字加強(qiáng)筋板,平分四個中心對稱的大孔,孔內(nèi)焊有 Φ824mm*12mm圓管,封頭及筋板壁厚均為δ=12mm,材料均為20g。
儀器采用聚航科技JHYC靜態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng),模塊化設(shè)計(jì),軟件式操作,測試數(shù)據(jù)實(shí)時顯示、實(shí)時保存、自動生成報(bào)告。測試導(dǎo)線用四芯屏蔽電纜,應(yīng)變片用45°箔式應(yīng)變花,粘貼劑用502膠水。
應(yīng)力應(yīng)變測試方案
測試目的:測量大開孔封頭應(yīng)變應(yīng)力分布,獲得封頭允許工作壓力。
測試布置:測點(diǎn)1-23沿十字加強(qiáng)筋方向分布在折線上,測點(diǎn)24在封頭圓心處,測點(diǎn)25-30、31-36、37-42、43-48分別在不同直徑的圓周上。
測試過程:用砂紙打磨待測部位,用鋼板尺劃線定出各測點(diǎn)的位置,用苯酮擦洗測點(diǎn),按劃線位置和方位要求貼片,用膠布做絕緣,線號和點(diǎn)號一一對應(yīng),應(yīng)變儀機(jī)箱上測量通道號和測點(diǎn)線號一一對應(yīng),用焊錫焊好各節(jié)點(diǎn),打開主機(jī),掃描各通道,找出有問題的測點(diǎn),分析原因及時處理,各測點(diǎn)全部正常后準(zhǔn)備升壓測試。
按0-0.205MPa-0.35MPa-0.51MPa-0.69MPa-0.72MPa-0.83MPa升壓方案升壓、保壓、測試、記錄,測試記錄采用電腦數(shù)據(jù)采集和記錄。
測試結(jié)果及分析
封頭應(yīng)變和應(yīng)力的分布規(guī)律如圖1-6所示;
從上圖可知,折線處應(yīng)變和應(yīng)力均低于開孔附近圓周處的應(yīng)變和應(yīng)力,并且隨著封頭內(nèi)壓力的升高,應(yīng)變和應(yīng)力明顯增大。對于相同壓力,靠近開孔最近的圓周測點(diǎn)25-30發(fā)生的應(yīng)變*大,承受的應(yīng)力也*大。當(dāng)壓力為0.5MPa時,大孔與封頭邊緣間超規(guī)范區(qū)部位30點(diǎn)應(yīng)力*大,達(dá)到123.53MPa,但沒有超過材料的許用應(yīng)力(【σ】=125MPa)。對應(yīng)*大應(yīng)變?yōu)?.46mm,變形不大。當(dāng)壓力超過0.51-0.83MPa時,圓周上一些測點(diǎn)的應(yīng)力將超過許用應(yīng)力,但沒有超過材料的屈服極限σs=225MPa;*大變形可達(dá)到0.757mm。因此,封頭允許工作壓力為0.51MPa。
綜上所述,距大開孔最近的圓周上承受較大應(yīng)力,產(chǎn)生較大應(yīng)變;在允許工作壓力以內(nèi)沒有危險(xiǎn)點(diǎn)出現(xiàn),可以安全工作。十字加強(qiáng)筋附近測點(diǎn)應(yīng)變和應(yīng)力較小,說明十字加強(qiáng)筋不僅增加了封頭的剛度,而且起到了一定的加強(qiáng)作用。
總結(jié)
1. 封頭允許工作壓力為0.51MPa。
2. 大開孔邊緣圓周處當(dāng)量應(yīng)力較大,一般在大孔與封頭邊緣間靠近大孔處達(dá)到*大值。
3. 超過允許工作壓力時,當(dāng)量應(yīng)力很容易超過材料的許用應(yīng)力;在0.83MPa以內(nèi)不超過材料的屈服極限。
4. 電阻應(yīng)變測量技術(shù)可用于大開孔封頭應(yīng)力應(yīng)變測試研究。
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