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化工机械
2010年
耳式支座对蜂窝夹套薄膜蒸发器
结构变形的影响
李金波*尹侠
(南京工业大学
摘要利用 ANSYS有限元软件对蜂窝夹套薄膜蒸发器上的耳式支座进行含热載荷工况的应力分析,
研究不同结构参数的耳式支座对蟀窝央套内筒体変形的形响,提出了耳式支座的合理结构。
关键词蟀窝央套膜蒸发器耳式支座应力分析
中图分类号TQ051.6'2
文标识码A
文章编号0254-6094(2010)06-0732-04
蜂窝夹套薄膜蒸发器是一种高效传热设备,
其支撑结构大多采用耳式支座,由于薄膜蒸发器
内部转子的特殊要求,对内筒的圆度要求更高。
但是内筒壳体上焊接耳式支座会给壳体造成较大
的局部应力,该应力过大会导致壳体变形。另外,
夹套与内筒的温差作用产生的热应力对蜂窝夹套
图1蜂窍夹套局部结构示意图
的变形也会产生影响。笔者利用 ANSYS有限元
由于蒸发器外部需要设置保温层,宜选用B
软件,分析比较了不同结构参数的耳式支座在压型长臂形耳座,尺寸按JB/T4725-92《耳式支
力载荷与热载荷共同作用下对蜂窝夹套结构变形座》21。选用4个B8耳座。耳式支座结构如图2
的影响,并提出了使蜂窝夹套蒸发器内筒变形较所
小的耳式支座结构。
结构参数及有限元模型
应用举例
蜂窝夹套薄膜菾发器设置4个耳座,筒体材
料为0Cr18Ni10Ti,耳座筋板和底板材料均为
Q235。若在壳体与耳座之间设置垫板,垫板材料
与筒体材料相同。D,=3000mm,内簡设计压力
为-0.1MPa,夹套设计压力为1.6MPa。设备总
质量(包括壳体及其附件,内部介质及保温层的
质量)65t。蜂窝结构如图1所示,呈正方形分
图2耳式支座结构示意图
布,按文献[]计算内简壁厚61=48mm,夹套壁12建立有限元模型、施加载荷
厚82=34mm,蜂窝壁厚,=20m,蜂窝轴向间距
由于结构的对称性,选取其中一个耳座以及
=785mm,蜂窝外径d。=160mm,腔体高度b=
/4圆周方向的蜂窝夹套作为研究对象。夹套与
42 mm o
耳座在内筒壳体上的焊缝边缘间距宜大于3倍的
事李金波,男,1985年2月生,顽士研究生。江苏省南京市,210009。
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第37卷第6期
化工机械
内筒壁厚且不小于100mm,故焊缝边缘间距取与热载荷共同作用的两种工况下计算蜂窝夹套的
100mm,有限元模型如图3所示。
应力水平和变形,分析结果见表2。
表2不同载荷工况下蜂窝夹套的
变形和应力强度值
Q
内筒内陷量夹套外凸量最大应力值
施加载荷
mm
压力载荷
0.46
248.47
压力、热载倚
0.
1.21
331.46
表2中内筒内陷量指的是内筒在载荷作用下
内陷的最大变形量,夹套外凸量指夹套在载荷作
用下外凸的最大变形量。蜂窝夹套的变形,考虑
图3耳座支承蜂窝夹套有限元模型
热载荷后,内简内陷量明显增大,应力偵也变大,
对该模型在法向位于圆周方向的面上施加对
最大应力均出现在耳座底板与筋板靠近壳体的连
称约東,在法向位于轴向的端面上一端施加轴向接处。
约束,另一端施加轴向端面拉应力(包括将自3不同结构参数的耳座对蜂窝夹套结构变形的
重转化为面载荷与内压引起轴向平衡面载荷的叠
影响
加,该值为24.96MPa),在耳座底板的底面施加
3.1夹套与耳座焊缝间距对蜂窝夹套变形的影响
全方位位移约束。
夹套与耳座焊缝边缘间距较小时,焊接影响
2在载荷作用下蜂窝夹套结构的变形
较大,对内筒变形会产生一定的影响。但焊缝间
由于薄膜蒸发器内筒和夹套存在温度梯度,
距较小,可以减小耳座与周围壳体的温度梯度,从
会产生一定的温差应力,使耳座支承区的应力状而缩小温差应力对内筒变形的影响。以标准长臂
况进一步恶化。为此,有必要对其温度场及温形耳座不加垫板和加垫板两种情况在不同焊缝间
差应力进行详细的分析。笔者采用间接法进行稳
距下对蜂窝夹套进行应力分析,分析结果见表3。
态热应力分析时,首先进行热分析得到温度场分
表3不同焊缝间距下蜂窝夹藝的
布,然后将得到的温度场作为热载荷施加到结构
变形和应力强度值
中,同时施加压力载荷,从而得到包含压力载荷和焊缝阿距
耳座形式
内筒内陷量夹奪外凸量最大应力值
热载荷在内的总应力9。
m
mm
Mpa
该薄膜菾发器有限元热应力分析所需参数见
有垫板
0.75
374.17
表1。空气环境温度设为20℃,内筒介质温度为
无垫板
0.66
438.27
90℃,夹套介质温度10℃。
有垫板
0.80
1.21
331,46
表1材料特性参数
无垫板
0.75
1.39
418,14
有垫板
0.83
313.39
导热系数对流传热导数热膨胀系数
无垫板
0.81
397,60
W,mm-1?℃-W?mm-2.℃
200有垫板0.871.08307.76
内简介质
4.0x10-4
无垫板
0.86
1.22
397.10
筒体或鹌板1.745x10
1.65x10-5
夹套介质
1.2x10-3
由表3可以看出,缩小焊缝间距可以使内筒
耳式支座4.890x10-2
1.20×10
内陷量变小,但是耳座应力增大。在同样焊缝间
距下,不加垫板时耳座对蜂窝夹套内筒变形影响
先对有限元模型分别在压力载荷和压力载荷相较加垫板时要小,但会使耳座产生较大的应力。
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