某換熱器接管封頭強(qiáng)度分析

摘要：換熱器通過大量的接管與外界相連，以達(dá)到熱交換的目的。這其中包括管程的進(jìn)出口接管和殼程的進(jìn)出口接管，接管開孔的大小將直接影響換熱器筒體的力學(xué)性能，有可能對設(shè)備安全性能產(chǎn)生重要影響。接管受到的內(nèi)外壓力越復(fù)雜，越大，將對換熱器筒體產(chǎn)生重要影響。由于接管內(nèi)通常流動相同溫度的流體，外表面也有保溫措施，所以熱應(yīng)力在接管開孔處一般可以忽略。本文選取了殼程出口端開孔接管進(jìn)行力學(xué)分析，研究接管對換熱器筒體的影響。

關(guān)鍵詞：換熱器；有限元模型

1.接管有限元模型的建立與加載

封頭接管處的材料為16MnR，其幾何尺寸如下：封頭筒體內(nèi)徑：1000mm，封頭厚度10mm，接管外徑為273mm，接管厚度為8mm，外過渡圓角半徑為20mm，內(nèi)過渡圓角半徑為10mm。

接管封頭的有限元模型的單元類型實體平面單元采用PLANE42單元，體單元采用SOLID45單元，先建立接管封頭的截面，在截面上畫網(wǎng)格，再通過旋轉(zhuǎn)拖拉生成體網(wǎng)格，所建立的有限元模型如圖1所示，單元總數(shù)為5568，節(jié)點總數(shù)為7163.

封頭接管不封的載荷類型為管程設(shè)計壓力0.3MPa，全部施加在筒體內(nèi)表面和接管內(nèi)表面。接管端面施加端部平衡載荷[4]為-2.487MPa，筒體端面施加端面載荷為-7.426MPa。由于宏觀上不存在熱應(yīng)力的影響，所以不考慮溫度載荷。

2.求解

3.結(jié)果分析

從以上的應(yīng)力強(qiáng)度云圖可以看出：應(yīng)力強(qiáng)度最大的大方發(fā)生在外圓角與封頭相接的地方，最大應(yīng)力強(qiáng)度值為54.3MPa，這是由于結(jié)構(gòu)不連續(xù)產(chǎn)生的應(yīng)力集中。此應(yīng)力影響的范圍有限，對封頭和管程筒體的其他地方影響不大，為了便于比較和強(qiáng)度安全評定，在危險區(qū)域選取一條路徑path80，其方向為由接管內(nèi)壁穿過過渡圓角至封頭外表面，其應(yīng)力強(qiáng)度變化情況如圖5所示。

受結(jié)構(gòu)不連續(xù)和機(jī)械載荷的影響，封頭接管區(qū)域產(chǎn)生了較大的應(yīng)力集中強(qiáng)度。通過對這些區(qū)域分析，我們得出如下結(jié)論：

3.1.設(shè)備上接管與封頭區(qū)域是安全的，其最大應(yīng)力強(qiáng)度任然在許用應(yīng)力強(qiáng)度值范圍之內(nèi)；

3.2.由于接管和封頭邊緣效應(yīng)尺寸影響的區(qū)域范圍十分有限，不會對在此外區(qū)域的管板產(chǎn)生明顯的影響；

3.3.由于選取的接管封頭具有代表性，因此能夠反映出整個接管的工作情況。因此，整體模型中對接管的簡化式合理的，符合工程精度的要求。