立式直水管锅炉是一种常见炉型，由于占地面积小，也常用于船用锅炉。此种锅炉的水管管板是重要受压元件。所示立式直水管锅炉为日本三浦株式会社大量生产的炉型，此种锅炉在我国有少量生产，其采用的水管管板为环形板。目前，各国锅炉强度分析计算标准中，皆无水管管板的计算方法。本研究对水管管板进行了全面有限元计算分析，证实了所提出的简易计算方法的可行性。水管管板的热应力要明显小于烟管管板，因为两个水管管板之间的水管膨胀一般不存在明显约束。另外，热应力的影响对于锅炉受压元件，已反映在基本计算公式的系数K与许用应力修正系数。因此，以下计算分析不考虑热应力影响。
      烟管管板的受力情况较简单。烟管管板被大量烟管所拉撑—属于“拉撑平板”，烟管使管板难以向外凸起(弯曲变形)，烟管节距愈小，烟管间所画假想圆的直径愈小，则管板弯曲应力亦愈小。烟管管板的计算方法见锅壳锅炉受压元件强度计算标准。对于水管管板，管束区与管束边缘区的应力状态有很大区别。y管束区直水管束锅炉模型承受内压力P时，由于水管束的总体刚度较大，水管束对管板变形起明显约束作用，使管板难以向外凸起，水管束区域内的管板基本上仍保持为平面，相当于水管束对管板施加以抵制管板变形的均布力，即水管束对管板起支撑作用—属于“支撑平板”。
      因此，水管束中的水管承受由此引起的轴向压应力作用。可见，水管束区域内管板的应力状态与上述烟管管板类似。管束边缘区锅炉封头承受内压力的合力经筒壳对管板周边作用的拉力N=pDnl4。在此拉力作用下，管板边缘会产生弯曲变形。水管束的最外1圈水管，会因管板弯曲而跟随向外弯曲。由于水管束的最外1圈水管对管板边缘区域起拉撑作用，则最外1圈水管会存在较大拉伸应力，同时还存在弯曲应力。水管束的最外1圈水管的应力状态对水管束以内的各水管的轴向压应力分布会产生一些影响(对管板直径D=1600mm的常用立式锅炉有限元分析计算表明，管板与水管变形情况皆如图所示。模型承受内压力后，其顶部会向上位移2 mm值。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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