壓力容器設(shè)備壁厚優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

呂明璐

摘要：隨著社會(huì)主義工業(yè)化的不斷發(fā)展，壓力容器設(shè)備被廣泛的應(yīng)用到各行各業(yè)，滿足了生產(chǎn)生活的需要。一般而言，為了保證壓力容器的安全性，企業(yè)生產(chǎn)部門會(huì)增加容器設(shè)備的厚度，這在一定程度上起到了安全保護(hù)的作用，但是造成成本的消耗。本文主要闡釋了壓力容器設(shè)備壁厚原理、有限元模型分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)的思考和優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：壓力容器;壁厚;優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)于壓力容器的應(yīng)用，我們首先是考慮它的安全性能，這也是應(yīng)用者最先考慮的因素。面對(duì)制作設(shè)備成本的增大，如何在保障安全的情況下減少其成本的投入，是所有生產(chǎn)部門需要解決的問題。

一、壓力容器設(shè)備壁厚原理分析

對(duì)于壓力容器設(shè)備來說，壁厚的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作十分復(fù)雜。如果設(shè)計(jì)的設(shè)備容器壁過厚，這不僅增大了生產(chǎn)材料的成本，而且增加了壓力容器的體積，占用了更大的空間位置。所以在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用特定的方法，控制好各種參數(shù)和要素，達(dá)到生產(chǎn)的最優(yōu)化組合。在生產(chǎn)過程中，可以根據(jù)壓力容器的實(shí)際情況，建立操作模型，綜合考慮周邊環(huán)境和各種因素，在探索中不斷改進(jìn)思路和優(yōu)化方案，使壓力容器設(shè)備的壁厚更加符合用戶的需求。

在計(jì)算的過程中，函數(shù)關(guān)系為我們的設(shè)計(jì)提供了重要的幫助。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者首先要明確約束條件函數(shù)和目標(biāo)函數(shù)，確保得出不同的向量組合。得出向量組合之后，設(shè)計(jì)者根據(jù)得出的結(jié)果優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，從中找到性價(jià)比最高的一條設(shè)計(jì)方案。在優(yōu)化過程中普遍會(huì)用到有限元分析法。它的應(yīng)用極大減輕了設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中的工作難度，提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度和精確度。

二、有限元設(shè)計(jì)模型的分析

（一）確定設(shè)計(jì)條件

在利用有限元進(jìn)行優(yōu)化的過程中，首先要確定設(shè)備使用的要求、壓力的條件和要達(dá)到的目標(biāo)，只有對(duì)流程有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，才能在優(yōu)化過程中有條不紊的進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。對(duì)于模型的建立，一般情況下會(huì)用到軸對(duì)稱的知識(shí)，軸對(duì)稱的結(jié)構(gòu)在分析有限元的過程中起著重大的作用。在設(shè)計(jì)模型中，設(shè)計(jì)者有大量的工作，如果細(xì)節(jié)處理不好，很容易影響整個(gè)模型的質(zhì)量，最終導(dǎo)致電壓容器壁厚不達(dá)標(biāo)。在借鑒軸對(duì)稱的原理下，設(shè)計(jì)者可以建立一半的設(shè)計(jì)工程，這對(duì)于整個(gè)模型的構(gòu)建起到了重要的鋪墊作用，也提高了工作效率，縮短了工作周期。

（二）優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

在優(yōu)化過程中，我們經(jīng)常用到網(wǎng)格劃分的方法，把建設(shè)好的模型用網(wǎng)格劃分后，獲得每個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的數(shù)據(jù)坐標(biāo)。獲得坐標(biāo)數(shù)據(jù)之后，設(shè)計(jì)者對(duì)其進(jìn)行施加荷載和約束條件。從數(shù)據(jù)的記錄來看，有限元所得到的優(yōu)化結(jié)果是通過數(shù)據(jù)的不斷迭代實(shí)現(xiàn)的，它參照約束目標(biāo)和約束條件不斷的調(diào)整和趨近目標(biāo)，最后達(dá)到最理想的狀態(tài)。通過這種方式，在保障安全的情況下減輕了設(shè)備的體積。

三、電壓容器設(shè)備壁厚的思考

在優(yōu)化電壓容器壁厚的過程中，有限元的應(yīng)用對(duì)于優(yōu)化工作起到了重要的推動(dòng)作用。從中我們可以看到有限元運(yùn)用的可行性，并且十分值得被推廣。但是針對(duì)不同的條件，也需要靈活運(yùn)用和優(yōu)化。比如對(duì)于壓力容器設(shè)備較小的空間場(chǎng)合，基本上不用采用有限元的方法進(jìn)行優(yōu)化，因?yàn)殡妷喝萜鞅诤褚呀?jīng)達(dá)到了極限，沒有太多需要發(fā)揮的空間。但是隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，許多電壓容器設(shè)備的壁厚需要改良和創(chuàng)新，這時(shí)有限元的方法就發(fā)揮出了它的魅力。在大型企業(yè)的壓力容器設(shè)備壁厚的改良過程中使用有限元方法，可以減少壓力容器設(shè)備的體積和占地空間，提升了產(chǎn)品的整體優(yōu)勢(shì)和性能，拓寬了市場(chǎng)的渠道，也為企業(yè)節(jié)約了成本。但是，在應(yīng)用有限元的方法中，應(yīng)該重視建模的過程，在建模中時(shí)刻保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，防止建模出現(xiàn)問題，對(duì)后期的優(yōu)化工作造成影響[1]。

在優(yōu)化過程中，除了采用有限元的方法之外，還可以采用其他的優(yōu)化方式，比如智能尋優(yōu)算法，也可以使壓力容器設(shè)備得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)效果。運(yùn)用智能尋優(yōu)算法，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的不斷迭代，而且在這個(gè)過程中不用建立模型，這極大的減少了優(yōu)化設(shè)計(jì)的工作量，還保證了壓力容器設(shè)備壁厚的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，可謂一舉兩得。

四、壓力容器設(shè)備壁厚的優(yōu)化措施

（一）加強(qiáng)對(duì)于壓力容器設(shè)備的保護(hù)

壓力容器在企業(yè)單位的生產(chǎn)過程中承擔(dān)著重要的輸送壓力作用，所以在傳送中可能會(huì)存在這樣那樣的隱患。為了減輕壓力容器的輸送壓力，設(shè)計(jì)者一般會(huì)安裝許多泄壓的設(shè)備，這無疑又加重了壓力容器設(shè)備的安全隱患?；诖?，設(shè)計(jì)者必須加強(qiáng)對(duì)壓力容器的保護(hù)工作。尤其是在雨雪天氣，壓力容器和泄壓裝置很容易出現(xiàn)危險(xiǎn)，所以有關(guān)單位的技術(shù)人員應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)壓力容器設(shè)備的保護(hù)工作。

（二）注重壓力容器設(shè)備的選材工作

基于壓力容器設(shè)備對(duì)于安全性要求的需要，在設(shè)計(jì)制作壓力容器時(shí)，技術(shù)人員必須層層把關(guān)，切實(shí)保證壓力容器的選材用料符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，對(duì)于材料的要求首先是考慮材料的荷載能力，根據(jù)不同場(chǎng)所的需要，設(shè)計(jì)者要選擇合適的材料進(jìn)行制作設(shè)計(jì)。材料的質(zhì)量是決定壓力容器設(shè)備好壞的關(guān)鍵，只有切實(shí)保障材料的合理化選擇，才能發(fā)揮壓力容器設(shè)備的作用，為企業(yè)的安全發(fā)展保駕護(hù)航。

（三）加強(qiáng)設(shè)計(jì)者的綜合素質(zhì)能力

壓力容器設(shè)備的設(shè)計(jì)，對(duì)于設(shè)計(jì)者的從業(yè)素質(zhì)和專業(yè)素質(zhì)都有極高的要求。設(shè)計(jì)者必須對(duì)于數(shù)據(jù)有著強(qiáng)烈的敏感度，還要具備專業(yè)的知識(shí)素養(yǎng)。但是，目前的從業(yè)者還需要不斷加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)和專業(yè)能力的學(xué)習(xí)。對(duì)于企業(yè)來說，應(yīng)該組織不同的學(xué)習(xí)交流活動(dòng)，給設(shè)計(jì)者提供學(xué)習(xí)和提高業(yè)務(wù)水平的平臺(tái)，讓他們?cè)趯W(xué)習(xí)活動(dòng)中不斷進(jìn)步發(fā)展，為壓力容器設(shè)備的研究設(shè)計(jì)工作做出貢獻(xiàn)。另外，企業(yè)應(yīng)該完善員工內(nèi)部獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，對(duì)于在學(xué)習(xí)活動(dòng)中進(jìn)步較大的設(shè)計(jì)者給予物質(zhì)或者精神的獎(jiǎng)勵(lì)，調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)積極性，引導(dǎo)他們主動(dòng)的加入到學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的隊(duì)伍中來。最后，設(shè)計(jì)者應(yīng)該認(rèn)識(shí)到自身工作的重要性，一點(diǎn)工作疏漏的出現(xiàn)可能直接影響整個(gè)生產(chǎn)線的安全工作，所以更應(yīng)該從自我做起，不斷的加強(qiáng)知識(shí)的學(xué)習(xí)，提升自身的素質(zhì)[2]。

結(jié)語：

對(duì)于壓力容器設(shè)備壁厚的優(yōu)化來說，這是一項(xiàng)非常復(fù)雜的任務(wù)，必須謹(jǐn)慎小心，在優(yōu)化中可以采用有限元方法解決問題，但是也可以使用不同的優(yōu)化方式，都能起到優(yōu)化的作用。在優(yōu)化設(shè)計(jì)方案時(shí)，設(shè)計(jì)者一定要靈活應(yīng)用各種方法，控制好目標(biāo)函數(shù)和約束條件，切實(shí)保證壓力容器的安全性。相信在共同的努力下，壓力容器設(shè)備壁厚的優(yōu)化工作一定會(huì)取得突出的成效。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭義幫.壓力容器定期檢驗(yàn)、檢測(cè)誤差分析及對(duì)策探討[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2020，27（10）：106-107.

[2]李瑞生，蔣拓，黃仲正，高名乾，李君君，林漢華.關(guān)于壓力容器等強(qiáng)度計(jì)算方法在油缸筒壁厚優(yōu)化中的研究與應(yīng)用[J].液壓氣動(dòng)與密封，2020，40（05）：25-28.

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