蒸發(fā)器加熱室結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度校核

2013-06-14  by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM  來源:仿真在線

2 常規(guī)設(shè)計
   
加熱室筒節(jié)與膨脹節(jié)材料均為Q235B,加熱室殼程工作介質(zhì)為水蒸氣,有效厚度為10 mm,具體位置直徑見圖3,膨脹節(jié)的尺寸見GB16749-1997《壓力容器波形膨脹節(jié)》。最大工作壓力為0.9 MPa,設(shè)計壓力為1.0 MPa,設(shè)計溫度為200℃,設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力為105MPa,彈性模量為186 X 10*3MPa,屈服強(qiáng)度為170 MPa;室溫下材料的許用應(yīng)力為113 MPa,彈性模量為192 X 10*3 MPa,屈服強(qiáng)度為235MPa。

    2.1 筒節(jié)強(qiáng)度校核
 
    2.1.1工作應(yīng)力校核

    2.2整體膨脹節(jié)的強(qiáng)度校核
   
    由內(nèi)壓引起波紋管直邊段的周向薄膜應(yīng)力

    綜上分析,按常規(guī)設(shè)計,筒節(jié)和膨脹節(jié)都滿足強(qiáng)度要求。

3有限元模擬

    3.1 模型的建立
   
建模時考慮到宏觀載荷、約束和幾何的對稱性,建立了平面軸對稱模型,見圖3;在整體尺寸上,為了保留邊緣應(yīng)力對結(jié)果的影響,也就是為了給出完整的結(jié)果,使經(jīng)向長度距離邊緣應(yīng)力影響區(qū)不小于.

    3.2 網(wǎng)格的劃分

    單元類型選擇PLANE82,采用軸對稱模型計三角形單元白由劃分網(wǎng)格,單元數(shù)為48690見圖4。

    3.3載荷與邊界條件的設(shè)置閉
   
針對實際操作情況。計算時考慮了兩種邊界條件的設(shè)置:①平面軸對稱模型只考慮內(nèi)壓單獨(dú)作用;②同時考慮內(nèi)壓和熱載荷的影響。

    3.4 結(jié)果分析
   
圖5和圖6給出van_Mises應(yīng)力分布圖?？闯鰞?nèi)壓和熱載荷同時作用的最大應(yīng)力比內(nèi)壓單獨(dú)作用的最大應(yīng)力大,所以后面的分析結(jié)果同時考慮了內(nèi)壓和熱載荷的影響。

    對應(yīng)圖6的won Mises最大應(yīng)力位置,在圖7給出最危險區(qū)域附近隨著位置變化的von Mises應(yīng)力分布曲線,以便找出應(yīng)力最大位置(在圖7的3-3截面),進(jìn)行強(qiáng)度校核。

    
    為了便于強(qiáng)度校核,在圖7中的部分模型沿厚度方向取了1-1, 2-2和3-3條應(yīng)力處理線,位置詳見圖7,給出各應(yīng)力處理線最大應(yīng)力強(qiáng)度的具體數(shù)值,見表1。

    綜上分析,按分析設(shè)計,筒節(jié)和膨脹節(jié)也都滿足強(qiáng)度要求。

4 結(jié)語
   
    從上面的分析可以看出,所設(shè)計的列文式蒸發(fā)器加熱室,使用兩個1/2的膨脹節(jié)作為不同直徑筒節(jié)的過渡部分,不僅滿足了工藝方面的要求,同時也滿足了強(qiáng)度方面的要求,可以安全使用,為中低壓化工設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計開創(chuàng)了一個先例。

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