蒸发器加热室结构设计和强度校核

2013-06-14  by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM  来源:仿真在线

2 常规设计
   
加热室筒节与膨胀节材料均为Q235B,加热室壳程工作介质为水蒸气,有效厚度为10 mm,具体位置直径见图3,膨胀节的尺寸见GB16749-1997《压力容器波形膨胀节》。最大工作压力为0.9 MPa,设计压力为1.0 MPa,设计温度为200℃,设计温度下材料的许用应力为105MPa,弹性模量为186 X 10*3MPa,屈服强度为170 MPa;室温下材料的许用应力为113 MPa,弹性模量为192 X 10*3 MPa,屈服强度为235MPa。

    2.1 筒节强度校核
 
    2.1.1工作应力校核

    2.2整体膨胀节的强度校核
   
    由内压引起波纹管直边段的周向薄膜应力

    综上分析,按常规设计,筒节和膨胀节都满足强度要求。

3有限元模拟

    3.1 模型的建立
   
建模时考虑到宏观载荷、约束和几何的对称性,建立了平面轴对称模型,见图3;在整体尺寸上,为了保留边缘应力对结果的影响,也就是为了给出完整的结果,使经向长度距离边缘应力影响区不小于.

    3.2 网格的划分

    单元类型选择PLANE82,采用轴对称模型计三角形单元白由划分网格,单元数为48690见图4。

    3.3载荷与边界条件的设置闭
   
针对实际操作情况。计算时考虑了两种边界条件的设置:①平面轴对称模型只考虑内压单独作用;②同时考虑内压和热载荷的影响。

    3.4 结果分析
   
图5和图6给出van_Mises应力分布图?？闯瞿谘购腿仍睾赏弊饔玫淖畲笥αΡ饶谘沟ザ雷饔玫淖畲笥αΥ?所以后面的分析结果同时考虑了内压和热载荷的影响。

    对应图6的won Mises最大应力位置,在图7给出最危险区域附近随着位置变化的von Mises应力分布曲线,以便找出应力最大位置(在图7的3-3截面),进行强度校核。

    
    为了便于强度校核,在图7中的部分模型沿厚度方向取了1-1, 2-2和3-3条应力处理线,位置详见图7,给出各应力处理线最大应力强度的具体数值,见表1。

    综上分析,按分析设计,筒节和膨胀节也都满足强度要求。

4 结语
   
    从上面的分析可以看出,所设计的列文式蒸发器加热室,使用两个1/2的膨胀节作为不同直径筒节的过渡部分,不仅满足了工艺方面的要求,同时也满足了强度方面的要求,可以安全使用,为中低压化工设备的结构设计开创了一个先例。

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