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。看出内压和热载荷同时作用的最大应力比内压单独作用的最大应力大,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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