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立式直水管鍋爐是一種常見(jiàn)爐型，由于占地面積小，也常用于船用鍋爐。此種鍋爐的水管管板是重要受壓元件。所示立式直水管鍋爐為日本三浦株式會(huì)社大量生產(chǎn)的爐型，此種鍋爐在我國(guó)有少量生產(chǎn)，其采用的水管管板為環(huán)形板。目前，各國(guó)鍋爐強(qiáng)度分析計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)中，皆無(wú)水管管板的計(jì)算方法。本研究對(duì)水管管板進(jìn)行了全面有限元計(jì)算分析，證實(shí)了所提出的簡(jiǎn)易計(jì)算方法的可行性。水管管板的熱應(yīng)力要明顯小于煙管管板，因?yàn)閮蓚�(gè)水管管板之間的水管膨脹一般不存在明顯約束。另外，熱應(yīng)力的影響對(duì)于鍋爐受壓元件，已反映在基本計(jì)算公式的系數(shù)K與許用應(yīng)力修正系數(shù)。因此，以下計(jì)算分析不考慮熱應(yīng)力影響。
煙管管板的受力情況較簡(jiǎn)單。煙管管板被大量煙管所拉撐—屬于“拉撐平板”，煙管使管板難以向外凸起(彎曲變形)，煙管節(jié)距愈小，煙管間所畫(huà)假想圓的直徑愈小，則管板彎曲應(yīng)力亦愈小。煙管管板的計(jì)算方法見(jiàn)鍋殼鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于水管管板，管束區(qū)與管束邊緣區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)有很大區(qū)別。y管束區(qū)直水管束鍋爐模型承受內(nèi)壓力P時(shí)，由于水管束的總體剛度較大，水管束對(duì)管板變形起明顯約束作用，使管板難以向外凸起，水管束區(qū)域內(nèi)的管板基本上仍保持為平面，相當(dāng)于水管束對(duì)管板施加以抵制管板變形的均布力，即水管束對(duì)管板起支撐作用—屬于“支撐平板”。
因此，水管束中的水管承受由此引起的軸向壓應(yīng)力作用。可見(jiàn)，水管束區(qū)域內(nèi)管板的應(yīng)力狀態(tài)與上述煙管管板類似。管束邊緣區(qū)鍋爐封頭承受內(nèi)壓力的合力經(jīng)筒殼對(duì)管板周邊作用的拉力N=pDnl4。在此拉力作用下，管板邊緣會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。水管束的最外1圈水管，會(huì)因管板彎曲而跟隨向外彎曲。由于水管束的最外1圈水管對(duì)管板邊緣區(qū)域起拉撐作用，則最外1圈水管會(huì)存在較大拉伸應(yīng)力，同時(shí)還存在彎曲應(yīng)力。水管束的最外1圈水管的應(yīng)力狀態(tài)對(duì)水管束以內(nèi)的各水管的軸向壓應(yīng)力分布會(huì)產(chǎn)生一些影響(對(duì)管板直徑D=1600mm的常用立式鍋爐有限元分析計(jì)算表明，管板與水管變形情況皆如圖所示。模型承受內(nèi)壓力后，其頂部會(huì)向上位移2 mm值。
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