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锅筒是增压锅炉的关键部件之一，其性能优劣将直接影响人员及设备的安全。因此，研究锅筒的温度场和应力场，找出最大应力点的位置并对其进行有限元分析，对于锅筒的合理设计以及锅炉安全可靠运行是十分必要的。
针对电站锅炉锅筒温度及应力场的研究开展较早，并取得了丰富的研究成果。但由于增压锅炉锅筒的结构形式和换热方式与电站锅炉存在较大差异，因此这些研究成果所能提供的参考有限。近年来，针对增压锅炉锅筒安全性的相关研究逐渐增多。文献采用有限元分析软件对增压锅炉锅筒进行了应力分析，并利用计算结果对锅筒进行了强度评定。但由于锅筒受热方式的复杂性及缺少实验数据的积累，计算载荷的合理给定成为增压锅炉锅筒应力有限元计算的难点之一。
为解决上述问题，本研究建立了小型增压锅炉锅筒的实体模型，基于锅筒结构及换热方式，详细划分了计算区域，并利用实测内外壁温度数据及理论计算，提供了一种增压锅炉锅筒应力计算载荷的合理给定方法。进而利用ANSYS三维有限元计算软件，对小型增压锅炉额定工况下锅筒的应力进行了计算、分析与强度评定。
小型增压锅炉主要由锅筒、水冷壁、下降管、对流蒸发管束、过热器、经济器、燃烧器、炉墙、左右空气夹层和保温层等部件组成，其结构如图1所示。
增压锅炉锅筒在结构形式和换热方式的特点导致其计算模型和热载荷具有较高的复杂性。在结构形式上，大量的水冷壁、下降管、对流蒸发管束与锅筒胀接而形成密排管束，导致管板相邻管孔之间的距离小于不考虑孔排减弱的最小距离，从而使孔桥区域的应力叠加。因此，为了保证计算的正确性，不能采用简单的锅筒－单管模型，而必须建立完整的实体模型。在换热方式方面，锅筒外下壁部分区域受到火焰辐射和烟气对流的作用，导致该区域外壁温度高于内壁温度，形成了径向温差。而在空气夹层和保温层区域，金属筒壁被锅筒内的水或水蒸气加热，热量由内向外传递。因此，稳态时锅筒除内外壁温差外，在圆周方向上也存在温差。
考虑到上述锅筒结构及换热两方面的特点，根据表1中小型增压锅炉锅筒的结构尺寸建立了如图2所示实体模型。建模时进行了一定程度上的简化处理：(1)锅筒筒体两端与球形封头连接处的应力水平比开孔接管区域要小很多，所以锅筒模型中不考虑封头；(2)不考虑管束在锅筒内部的伸出部分，选取两倍管束外径的外部伸出长度；(3)将筒体与管束看做一个整体进行建模，并忽略两者胀接后产生的残余接触应力；(4)忽略锅筒自身及内部工质的重量。
锅炉稳态运行时锅筒及与其连接的管束均受到内部介质和外部环境作用的机械载荷和热载荷。本研究以实测数据为依据，确定了额定工况下锅筒不同区域的计算载荷。此时锅筒内饱和压力为0.993MPa(绝压)，饱和温度为179.5℃。
锅筒受到的机械载荷分为3个部分，即锅筒和管束内壁受到的工质压力，锅筒和管束外壁受到的环境压力，锅筒两端端面及接管管束端面的等效载荷。
对于筒壁和管壁受到的内外压力，根据实际工况即可确定其数值大小。与内壁压力相比，锅筒和管束外壁受到的环境压力的数值虽然偏小，但会对数值模拟的计算结果产生影响，因此不能忽略，而文献中并没有考虑这部分压力，会导致应力计算结果偏大。
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