[发明专利]一种火电厂在役汽水管道焊缝三维应力计算方法

说明书

本发明公开了一种火电厂在役汽水管道焊缝三维应力计算方法，属于管道应力分析技术范畴，基于火电厂汽水管道柔性设计特点及汽水管道结构受力特点，假定热膨胀引起的管道轴向位移在管系中被完全吸收、忽略扭矩作用引起的管道应力。以焊缝两端邻近的吊架吊点为起始端点，选取该包含目标焊缝的长直管段为研究对象，编制管道应力计算程序，通过高精度三向位移指示器获取两端吊点实际热位移数据，利用可视化界面将测试数据输入到计算程序中，得到焊缝截面任意位置的三维应力数据，也可计算最大应力所在位置。本发明具有测量、计算快捷方便，对操作人员要求低的优点，计算精度可以满足工程应用的需要，可以更好的指导现场检测工作的开展。

技术领域

本发明涉及一种火电厂在役汽水管道焊缝三维应力计算方法，属于管道应力分析技术范畴，可以广泛应用于火电厂汽水管道系统及相关设备领域。

背景技术

管道应力水平是评判管道能否安全运行的重要指标，目前火电厂汽水管道在设计时一般采用简化梁模型进行计算(CAESAR II、AUTO PIPE等软件)，重点分析管系的柔性和整体应力水平，其应力分析结果和实际应力分布并不一致，一次应力只是持续载荷作用下的管道轴向应力，二次应力是位移载荷作用下的管道截面最大拉应力。通过常规设计文件均无法查询管道截面的详细三维应力分布情况，且在役管道的实际受力状况和理论设计状态可能还有差别。

管道焊缝是火电厂金属监督的重要对象，一旦发现在役管道焊缝内部存在缺陷或有材料性能退化，均需要根据该位置的实际受力状态进行安全性评估，同时焊缝实际应力状态也是进行在役管道寿命评估的重要参数。

目前只能采用有限元分析软件进行详细应力分析，计算过程较为繁琐、耗时长，且对操作人员的技术能力有一定要求，无法快速的应用于现场检测指导。

发明内容

本发明的目的在于克服现有火电厂在役管道焊缝应力计算中存在的上述不足，而提供一种操作简单、计算快捷、精度满足实际工程应用的在役汽水管道焊缝三维应力计算方法，通过高精度三向位移指示器获取吊点实际热位移数据，利用可视化界面将测试数据输入到计算程序中，即可得到焊缝截面任意位置的三维应力数据，也可计算最大应力所在位置。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种火电厂在役汽水管道焊缝三维应力计算方法，其特征在于，具体步骤如下：

第一步：在需要详细分析直管段焊缝详细三维应力时，以焊缝两端邻近的吊架吊点为起始端点，选取该包含目标焊缝的长直管段为研究对象，测量吊点A端面至吊点B端面的长度L，以及吊点A端面至焊缝所在端面长度L₁，记录管道规格，外径为Do、壁厚为S，保温层厚度为t。

第二步：在吊点A端面及吊点B端面布置三向位移指示器，记录吊点A的热膨胀位移(x₁、y₁、z₁)，记录吊点B的热膨胀位移(x₂、y₂、z₂)。

第三步：采用Python语言编制“火电厂在役汽水管道焊缝三维应力计算系统”软件包，利用可视化界面的方式进行测量数据输入，并进行详细应力值的计算。应力计算公式如下：

环向应力(MPa)：

径向应力(MPa)：

水平管道轴向应力(MPa)：

竖直管道轴向应力(MPa)：