立式直水管鍋爐是一種常見爐型，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社大量生產的爐型，此種鍋爐在我國有少量生產，其采用的水管管板為環形板。目前，各國鍋爐強度分析計算標準中，皆無水管管板的計算方法。本研究對水管管板進行了全面有限元計算分析，證實了所提出的簡易計算方法的可行性。水管管板的熱應力要明顯小于煙管管板，因為兩個水管管板之間的水管膨脹一般不存在明顯約束。另外，熱應力的影響對于鍋爐受壓元件，已反映在基本計算公式的系數K與許用應力修正系數。因此，以下計算分析不考慮熱應力影響。
      煙管管板的受力情況較簡單。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)，煙管節距愈小，煙管間所畫假想圓的直徑愈小，則管板彎曲應力亦愈小。煙管管板的計算方法見鍋殼鍋爐受壓元件強度計算標準。對于水管管板，管束區與管束邊緣區的應力狀態有很大區別。y管束區直水管束鍋爐模型承受內壓力P時，由于水管束的總體剛度較大，水管束對管板變形起明顯約束作用，使管板難以向外凸起，水管束區域內的管板基本上仍保持為平面，相當于水管束對管板施加以抵制管板變形的均布力，即水管束對管板起支撐作用—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力作用。可見，水管束區域內管板的應力狀態與上述煙管管板類似。管束邊緣區鍋爐封頭承受內壓力的合力經筒殼對管板周邊作用的拉力N=pDnl4。在此拉力作用下，管板邊緣會產生彎曲變形。水管束的最外1圈水管，會因管板彎曲而跟隨向外彎曲。由于水管束的最外1圈水管對管板邊緣區域起拉撐作用，則最外1圈水管會存在較大拉伸應力，同時還存在彎曲應力。水管束的最外1圈水管的應力狀態對水管束以內的各水管的軸向壓應力分布會產生一些影響(對管板直徑D=1600mm的常用立式鍋爐有限元分析計算表明，管板與水管變形情況皆如圖所示。模型承受內壓力后，其頂部會向上位移2 mm值。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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