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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(shí)，需按照相應(yīng)的國(guó)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(kāi)設(shè)一個(gè)或幾個(gè)大孔，如油田大功率火筒加熱爐的鍋殼封頭上需開(kāi)四個(gè)大孔的，其大孔直徑*大達(dá)Φ824mm。這樣的封頭已無(wú)法用現(xiàn)行的強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(cè)量技術(shù)，對(duì)火筒加熱爐大開(kāi)孔封頭進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變測(cè)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(kāi)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(zhǎng)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(gè)中心對(duì)稱(chēng)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(cè)試系統(tǒng)，模塊化設(shè)計(jì)，軟件式操作，測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)保存、自動(dòng)生成報(bào)告。測(cè)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(cè)試方案

測(cè)試目的：測(cè)量大開(kāi)孔封頭應(yīng)變應(yīng)力分布，獲得封頭允許工作壓力。

測(cè)試布置：測(cè)點(diǎn)1-23沿十字加強(qiáng)筋方向分布在折線上，測(cè)點(diǎn)24在封頭圓心處，測(cè)點(diǎn)25-30、31-36、37-42、43-48分別在不同直徑的圓周上。

測(cè)試過(guò)程：用砂紙打磨待測(cè)部位，用鋼板尺劃線定出各測(cè)點(diǎn)的位置，用苯酮擦洗測(cè)點(diǎn)，按劃線位置和方位要求貼片，用膠布做絕緣，線號(hào)和點(diǎn)號(hào)一一對(duì)應(yīng)，應(yīng)變儀機(jī)箱上測(cè)量通道號(hào)和測(cè)點(diǎn)線號(hào)一一對(duì)應(yīng)，用焊錫焊好各節(jié)點(diǎn)，打開(kāi)主機(jī)，掃描各通道，找出有問(wèn)題的測(cè)點(diǎn)，分析原因及時(shí)處理，各測(cè)點(diǎn)全部正常后準(zhǔn)備升壓測(cè)試。

按0-0.205MPa-0.35MPa-0.51MPa-0.69MPa-0.72MPa-0.83MPa升壓方案升壓、保壓、測(cè)試、記錄，測(cè)試記錄采用電腦數(shù)據(jù)采集和記錄。

測(cè)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(kāi)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(duì)于相同壓力，靠近開(kāi)孔最近的圓周測(cè)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(shí)，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(méi)有超過(guò)材料的許用應(yīng)力（【σ】=125MPa）。對(duì)應(yīng)*大應(yīng)變?yōu)?.46mm，變形不大。當(dāng)壓力超過(guò)0.51-0.83MPa時(shí)，圓周上一些測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力將超過(guò)許用應(yīng)力，但沒(méi)有超過(guò)材料的屈服極限σ_s=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(kāi)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(méi)有危險(xiǎn)點(diǎn)出現(xiàn)，可以安全工作。十字加強(qiáng)筋附近測(cè)點(diǎn)應(yīng)變和應(yīng)力較小，說(shuō)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(kāi)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(guò)允許工作壓力時(shí)，當(dāng)量應(yīng)力很容易超過(guò)材料的許用應(yīng)力；在0.83MPa以內(nèi)不超過(guò)材料的屈服極限。

4. 電阻應(yīng)變測(cè)量技術(shù)可用于大開(kāi)孔封頭應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試研究。