112E/G换热器应力分析与强度评价

论文摘要

根据112E/G换热器(固定管板式)的结构,把管板、壳体、入口管箱的锥体和筒体、出口管箱的筒体、换热管、保温层的复合硅酸盐和耐热层陶瓷纤维浇注料综合考虑,建立了稳态温度场分析的轴对称模型,分析计算了设计温度和操作温度工况下,换热器管板、筒体、换热管、管箱温度场,给出了这些部件的平均温度与变化范围,为进一步研究该换热器结构应力提供了可靠的温度载荷。根据换热器的结构特点和载荷特性,选择1/2换热器为研究对象,包括入口和出口管箱、管板、换热管、支座、接管和法兰等主要部件,考虑管箱法兰和壳程筒体法兰间的螺栓连接,建立了三维非线性有限元实体模型,采用ANSYS软件进行换热器六种工况下的应力分析。按照应力分类法对112E/G换热器进行强度评价,除了水压工况下接管结构不满足强度条件外,其他各部件在六种工况下均满足强度条件。在此基础上,又选取了接管局部模型进行弹塑性分析,按照塑性分析法确定出换热器内压的极限载荷为29MPa,与设计压力18.78MPa相比,满足“设计载荷不能超过极限载荷2/3”的强度评定准则,据此设计的112E/G换热器已完成水压试验,并在生产中安全运行。为了进一步研究管板应力状态,通过分析实际开孔管板与等效实心管板应力计算结果,表明开孔管板孔边应力达442.59MPa,应力集中现象明显,为管板强度评价提供了参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 第一章 换热器概述
• 1.1 换热器分类及其发展趋势
• 1.2 管壳式换热器相关理论
• 1.2.1 管壳式换热器的基本结构
• 1.2.2 管板理论的发展
• 1.3 换热器的有限元分析设计
• 1.3.1 有限元法概论
• 1.3.2 有限元法在换热器结构分析中的应用
• 1.4 112E/G 换热器原始设计参数和主要技术指标
• 第二章 112E/G 换热器结构温度场分析
• 2.1 温度场分析理论方法
• 2.1.1 换热器温度场分析理论
• 2.1.2 热分析的种类及一般步骤
• 2.2 换热器温度场有限元分析
• 2.2.1 换热器温度场分析模型
• 2.2.2 设计温度下换热器温度场计算分析
• 2.2.3 操作温度下换热器温度场计算分析
• 第三章 112E/G 换热器的结构应力分析及强度评价
• 3.1 结构应力有限元分析理论与方法
• 3.2 换热器结构分析有限元模型
• 3.3 六种工况下的应力分析和强度评价
• 3.3.1 自重载荷作用下工况
• 3.3.2 自重与压力共同作用工况
• 3.3.3 自重与设计温度共同作用工况
• 3.3.4 自重、压力与操作温度共同作用下工况
• 3.3.5 壳程水压试验工况
• 3.3.6 管程水压试验工况
• 3.4 本章结论
• 第四章 112E/G 换热器开孔接管弹塑性分析
• 4.1 问题描述
• 4.2 相关理论方法
• 4.2.1 圆柱壳开孔接管的解析方法及计算
• 4.2.2 极限载荷相关理论
• 4.3 开孔接管弹塑性有限元分析
• 4.3.1 开孔接管弹性分析及强度评定
• 4.3.2 求解极限载荷及强度评定
• 4.4 本章结论
• 第五章 112E/G 换热器管板开孔结构的应力分析
• 5.1 问题描述
• 5.2 换热器管板开孔结构的有限元分析
• 5.2.1 管板模型及有限元分析计算结果
• 5.2.2 管板开孔结构与等效管板结构的对比分析
• 5.3 本章结论
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要