隨著我國集中供熱技術和工程的發(fā)展,許多供熱直埋管道在復雜、多變的工作環(huán)境下運行,不穩(wěn)定性因素增多,疲勞破壞事故更是時有發(fā)生。供熱管網(wǎng)最大年溫差疲勞循環(huán)次數(shù)作為管網(wǎng)疲勞壽命的一種統(tǒng)計數(shù)據(jù),不僅能充分考慮大小循環(huán)溫差產(chǎn)生的熱應力對管網(wǎng)的損傷,而且在減少管網(wǎng)損傷、提高管網(wǎng)壽命等方面具有重要的意義。供熱管網(wǎng)的運行事故頻次和循環(huán)溫差對其疲勞壽命有著重要而直接的影響。然而,已有研究大多側重于對整體管網(wǎng)或以熱電廠為熱源的研究,而有關以區(qū)域熱水鍋爐房為熱源的供熱管網(wǎng)疲勞壽命的研究鮮有報道。鑒于此,本文在以區(qū)域熱水鍋爐房為熱源的管網(wǎng)運行事故頻次和運行參數(shù)的基礎上,利用模糊數(shù)學理論,對管網(wǎng)中存在的模糊現(xiàn)象進行深入分析,并對運行溫差進行數(shù)據(jù)處理,獲得相應最大年溫差疲勞循環(huán)次數(shù),研究成果對我國集中供熱直埋管道的安全運行有重要的理論和實際意義。首先,本文針對供熱直埋管道所受載荷和應力進行分類,并逐一分析供熱直埋管道四種極限狀態(tài)下的管道受力和破壞情況,得出對于供熱直埋管道疲勞壽命,低循環(huán)疲勞破壞對其影響較大,可以通過采集測量供熱管道運行溫度對其進行研究。其次,分析供熱直埋管網(wǎng)中熱應力是否對管網(wǎng)造成損傷的問題上存在模糊現(xiàn)象,引入模糊數(shù)學理論對供熱直埋管道疲勞分析中存在的模糊現(xiàn)象進行研究和分析,并給出相應的通用隸屬函數(shù)。結果表明:1)拋物線隸屬函數(shù)較適用于供熱直埋管道疲勞壽命的預測,歸納出適用于供熱直埋管道疲勞分析的通用隸屬函數(shù);2)證實了《區(qū)域供熱手冊》中提及的伯爾姆格林-米納公式是模糊數(shù)學中通用隸屬函數(shù)的一種;3)隸屬函數(shù)參數(shù)的選取不同,對疲勞壽命預測精度有很大的影響。再次,本文針對以區(qū)域熱水鍋爐房為熱源的供熱直埋管網(wǎng)事故情況進行問卷設計和調查,并采用SPSS對有效問卷進行數(shù)據(jù)描述和模型建立。結果表明:1)供熱系統(tǒng)分為四個等級且其事故發(fā)生頻次服從泊松分布;2)計算得出區(qū)域熱水鍋爐房為熱源的輸送干線、輸配干線及分支線各系統(tǒng),在30年的使用壽命內,事故發(fā)生的頻次及在置信水平為99%的置信區(qū)間;3)高頻事故位置主要為彎頭、補償器、固定墩、閥門。最后,本文按照室外計算溫度和供熱時長的不同,選取太原市、石家莊市、大同市、運城市為本次研究的四座代表性城市,并依次對四座城市的區(qū)域熱水鍋爐房運行期間輸送干線的供水和回水運行溫度進行采集和統(tǒng)計。按每天、每周和每月對循環(huán)溫差進行劃分,分別帶入適用于疲勞壽命分析的通用隸屬函數(shù)中進行計算分析在設計壽命30年內的最大溫差循環(huán)次數(shù)。計算結果表明:1)區(qū)域熱水鍋爐房輸送干線供回水管段的疲勞壽命循環(huán)次數(shù)區(qū)間由高到低的排序為大同市、太原市、石家莊市、運城市;2)疲勞壽命循環(huán)次數(shù)區(qū)間的排序與四座代表性城市的設計供熱時長成正比且一一對應,但與這四座代表性城市的供熱季室外平均溫度成反比;3)針對供熱室外計算溫度越低且供熱時長越長的集中供熱城市,區(qū)域熱水鍋爐房輸送干線的疲勞損傷越大,在今后的設計運行中,應加強供熱直埋管網(wǎng)的安全性能。
【學位單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TU995.3
【文章目錄】：
摘要
abstract
主要符號說明
第一章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 我國集中供熱的現(xiàn)狀
        1.1.2 供熱直埋熱水管道理論研究進展
        1.1.3 疲勞壽命研究進展
        1.1.4 模糊疲勞可靠性設計研究進展
    1.2 課題研究的意義及內容
        1.2.1 課題研究的意義
        1.2.2 課題研究的內容
第二章 區(qū)域熱水鍋爐房供熱直埋管道的疲勞破壞問題
    2.1 供熱管道的載荷及應力分類
        2.1.1 載荷
        2.1.2 供熱直埋管道的應力分類
    2.2 供熱直埋管道的極限
        2.2.1 管道的極限分類
        2.2.2 低循環(huán)疲勞破壞的確定
    2.3 本章小結
第三章 基于模糊數(shù)學的供熱直埋管道疲勞壽命估算
    3.1 供熱直埋管道中的模糊現(xiàn)象
    3.2 模糊數(shù)學的基本概念
    3.3 確定模糊數(shù)學隸屬函數(shù)的方法
    3.4 四種常用型隸屬函數(shù)及熱應力模糊段
    3.5 最大年溫差疲勞循環(huán)次數(shù)的確定
        3.5.1 供熱直埋管道熱應力
        3.5.2 最大年溫差疲勞循環(huán)次數(shù)的確定
    3.6 算例分析及通用隸屬函數(shù)的確定
        3.6.1 半梯形隸屬函數(shù),正態(tài)分布隸屬函數(shù)及Г分布隸屬函數(shù)的算例分析
        3.6.2 拋物線隸屬函數(shù)的算例分析
        3.6.3 通用隸屬函數(shù)的確定
    3.7 本章小結
第四章 供熱直埋管道事故情況的調查統(tǒng)計
    4.1 數(shù)據(jù)來源
        4.1.1 供熱直埋管網(wǎng)的事故類型
        4.1.2 供熱直埋管網(wǎng)的事故特點
    4.2 供熱直埋管網(wǎng)事故的調查統(tǒng)計
    4.3 供熱直埋管網(wǎng)的事故頻次
        4.3.1 區(qū)域熱水鍋爐房的事故頻次
        4.3.2 輸送干線的事故頻次
        4.3.3 輸配干線的事故頻次
        4.3.4 分支線的事故頻次
    4.4 供熱管網(wǎng)的事故位置
    4.5 本章小結
第五章 區(qū)域熱水鍋爐房輸送干線運行數(shù)據(jù)采集與疲勞分析
    5.1 區(qū)域熱水鍋爐房輸送干線供水管段疲勞分析
        5.1.1 一號區(qū)域熱水鍋爐房輸送干線供水管道疲勞分析
        5.1.2 二號區(qū)域熱水鍋爐房輸送干線供水管段疲勞分析
        5.1.3 三號區(qū)域熱水鍋爐房輸送干線供水管段疲勞分析
        5.1.4 四號區(qū)域熱水鍋爐房輸送干線供水管段疲勞分析
        5.1.5 供水管段疲勞壽命分析小結
    5.2 區(qū)域熱水鍋爐房輸送干線回水管段疲勞分析
        5.2.1 一號區(qū)域熱水鍋爐房輸送干線回水管段疲勞分析
        5.2.2 二號區(qū)域熱水鍋爐房輸送干線回水管段疲勞分析
        5.2.3 三號區(qū)域熱水鍋爐房輸送干線回水管段疲勞分析
        5.2.4 四號區(qū)域熱水鍋爐房輸送干線回水管段疲勞分析
        5.2.5 回水管段疲勞分析小結
    5.3 供回水管段疲勞分析小結
    5.4 本章小結
第六章 結論與建議
    6.1 主要工作及結論
    6.2 展望與建議
參考文獻
附錄 1
致謝
攻讀碩士學位期間的學術成果

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本文編號：2894161