火筒加热炉大开孔封头应力应变测试研究

封头是火筒加热炉筒体上的重要部件。封头设计时，需按照相应的国家标准进行强度计算。由于结构需要，常要求在大直径封头上开设一个或几个大孔，如油田大功率火筒加热炉的锅壳封头上需开四个大孔的，其大孔直径最大达Φ824mm。这样的封头已无法用现行的强度计算标准对其进行设计计算了。为满足生产需要，本文采用电阻应变测量技术，对火筒加热炉大开孔封头进行应力应变测试试验，得出应力应变分布规律，确定该封头的允许工作压力。

大开孔封头结构及仪器

该封头是一标准旋转椭球面，其中心截面是一椭圆（长轴=1500mm，短轴=750mm），考虑到封头的刚度，在封头上焊接十字加强筋板，平分四个中心对称的大孔，孔内焊有 Φ824mm*12mm圆管，封头及筋板壁厚均为δ=12mm，材料均为20g。

仪器采用聚航科技JHYC静态应变测试系统，模块化设计，软件式操作，测试数据实时显示、实时保存、自动生成报告。测试导线用四芯屏蔽电缆，应变片用45°箔式应变花，粘贴剂用502胶水。

应力应变测试方案

测试目的：测量大开孔封头应变应力分布，获得封头允许工作压力。

测试布置：测点1-23沿十字加强筋方向分布在折线上，测点24在封头圆心处，测点25-30、31-36、37-42、43-48分别在不同直径的圆周上。

测试过程：用砂纸打磨待测部位，用钢板尺划线定出各测点的位置，用苯酮擦洗测点，按划线位置和方位要求贴片，用胶布做绝缘，线号和点号一一对应，应变仪机箱上测量通道号和测点线号一一对应，用焊锡焊好各节点，打开主机，扫描各通道，找出有问题的测点，分析原因及时处理，各测点全部正常后准备升压测试。

按0-0.205MPa-0.35MPa-0.51MPa-0.69MPa-0.72MPa-0.83MPa升压方案升压、保压、测试、记录，测试记录采用电脑数据采集和记录。

测试结果及分析

封头应变和应力的分布规律如图1-6所示；

从上图可知，折线处应变和应力均低于开孔附近圆周处的应变和应力，并且随着封头内压力的升高，应变和应力明显增大。对于相同压力，靠近开孔最近的圆周测点25-30发生的应变最大，承受的应力也最大。当压力为0.5MPa时，大孔与封头边缘间超规范区部位30点应力最大，达到123.53MPa，但没有超过材料的许用应力（【σ】=125MPa）。对应最大应变为0.46mm，变形不大。当压力超过0.51-0.83MPa时，圆周上一些测点的应力将超过许用应力，但没有超过材料的屈服极限σ_s=225MPa；最大变形可达到0.757mm。因此，封头允许工作压力为0.51MPa。

综上所述，距大开孔最近的圆周上承受较大应力，产生较大应变；在允许工作压力以内没有危险点出现，可以安全工作。十字加强筋附近测点应变和应力较小，说明十字加强筋不仅增加了封头的刚度，而且起到了一定的加强作用。

总结

1. 封头允许工作压力为0.51MPa。

2. 大开孔边缘圆周处当量应力较大，一般在大孔与封头边缘间靠近大孔处达到最大值。

3. 超过允许工作压力时，当量应力很容易超过材料的许用应力；在0.83MPa以内不超过材料的屈服极限。

4. 电阻应变测量技术可用于大开孔封头应力应变测试研究。