火筒加熱爐大開孔封頭應力應變測試研究

封頭是火筒加熱爐筒體上的重要部件。封頭設計時，需按照相應的標準進行強度計算。由于結構需要，常要求在大直徑封頭上開設一個或幾個大孔，如油田大功率火筒加熱爐的鍋殼封頭上需開四個大孔的，其大孔直徑最大達Φ824mm。這樣的封頭已無法用現(xiàn)行的強度計算標準對其進行設計計算了。為滿足生產需要，本文采用電阻應變測量技術，對火筒加熱爐大開孔封頭進行應力應變測試試驗，得出應力應變分布規(guī)律，確定該封頭的允許工作壓力。

大開孔封頭結構及儀器

該封頭是一標準旋轉橢球面，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筋板，平分四個中心對稱的大孔，孔內焊有 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)應變測試系統(tǒng)，模塊化設計，軟件式操作，測試數(shù)據(jù)實時顯示、實時保存、自動生成報告。測試導線用四芯屏蔽電纜，應變片用45°箔式應變花，粘貼劑用502膠水。

應力應變測試方案

測試目的：測量大開孔封頭應變應力分布，獲得封頭允許工作壓力。

測試布置：測點1-23沿十字加強筋方向分布在折線上，測點24在封頭圓心處，測點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的位置，用苯酮擦洗測點，按劃線位置和方位要求貼片，用膠布做絕緣，線號和點號一一對應，應變儀機箱上測量通道號和測點線號一一對應，用焊錫焊好各節(jié)點，打開主機，掃描各通道，找出有問題的測點，分析原因及時處理，各測點全部正常后準備升壓測試。

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。

測試結果及分析

從上圖可知，折線處應變和應力均低于開孔附近圓周處的應變和應力，并且隨著封頭內壓力的升高，應變和應力明顯增大。對于相同壓力，靠近開孔最近的圓周測點25-30發(fā)生的應變最大，承受的應力也最大。當壓力為0.5MPa時，大孔與封頭邊緣間超規(guī)范區(qū)部位30點應力最大，達到123.53MPa，但沒有超過材料的許用應力（【σ】=125MPa）。對應最大應變?yōu)?.46mm，變形不大。當壓力超過0.51-0.83MPa時，圓周上一些測點的應力將超過許用應力，但沒有超過材料的屈服極限σ_s=225MPa；最大變形可達到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力，產生較大應變；在允許工作壓力以內沒有危險點出現(xiàn)，可以安全工作。十字加強筋附近測點應變和應力較小，說明十字加強筋不僅增加了封頭的剛度，而且起到了一定的加強作用。

總結

1. 封頭允許工作壓力為0.51MPa。

2. 大開孔邊緣圓周處當量應力較大，一般在大孔與封頭邊緣間靠近大孔處達到最大值。

3. 超過允許工作壓力時，當量應力很容易超過材料的許用應力；在0.83MPa以內不超過材料的屈服極限。

4. 電阻應變測量技術可用于大開孔封頭應力應變測試研究。