【摘要】：整體多層包扎式高壓容器是一種無深環(huán)焊縫的層板包扎式高壓容器。它是將內(nèi)筒首先拼接到所需長度,兩端便可焊上法蘭或封頭,然后在整個長度上逐層包扎層板。待全長度包扎好并焊好磨平后再包扎第二層,直包扎到所需厚度。這種方法包扎時各層的環(huán)焊縫可以相互錯開,且層板縱焊縫也相互錯開一定的角度。由于容器無深厚環(huán)焊縫,具有只漏不爆等優(yōu)點,近年來得到廣泛認可,其應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴大。廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金等行業(yè),如合成氨裝置中的氨分離器,氨合成塔,尿素合成塔等。整體多層包扎式高壓容器作為靜壓承載裝置,當假設(shè)層間完美接觸時的應(yīng)力狀態(tài)的研究已經(jīng)揭示了許多重要特性和規(guī)律,為該類容器的設(shè)計、生產(chǎn)及運用提供了理論依據(jù)。但是容器層間存在間隙和在動態(tài)載荷作用下的應(yīng)力狀態(tài)的研究還不夠深入,且整體多層包扎式高壓容器端部的應(yīng)力狀態(tài)尚未得到詳細分析。對整體多層包扎式高壓容器應(yīng)力狀態(tài)進行系統(tǒng)和深入的研究對于該類容器的強度計算、優(yōu)化設(shè)計和安全使用具有重要意義。 本文主要對靜態(tài)、動態(tài)不同壓力載荷作用下整體多層包扎容器筒體層間存在間隙時的應(yīng)力狀態(tài)進行了理論分析和數(shù)值計算,并對整體多層包扎容器筒體與球形封頭連接區(qū)應(yīng)力狀態(tài)進行了數(shù)值分析。主要研究工作和結(jié)論如下： (1)筒體應(yīng)力狀態(tài)理論研究�；趶椥岳碚摷僭O(shè),分析歸納了靜壓作用下層間存在均勻間隙時不同端部支承條件下多層包扎容器筒體的應(yīng)力狀態(tài),得到了動態(tài)壓力作用下層間存在均勻間隙時筒體應(yīng)力解析計算公式,并將不同載荷作用下層間有或無間隙時的應(yīng)力狀態(tài)進行了比較。理論分析表明：在內(nèi)壓作用下,容器內(nèi)壁應(yīng)力隨著層間間隙的增大而增大。對于層間存在不均勻間隙的情況,按照變形量等效原理將不均勻間隙等效為均勻間隙,并將等效前后的內(nèi)壁應(yīng)力值進行了對比分析,表明等效計算方法是可行的。以某兩層容器為例,通過分別計算均勻間隙和非均勻間隙的應(yīng)力分布情況,結(jié)果表明：非均勻間隙等效為均勻間隙后的內(nèi)壁應(yīng)力值與非均勻間隙平均應(yīng)變法計算的應(yīng)力值或有限元方法得到的應(yīng)力值相比,數(shù)值偏小,但是誤差不大。 (2)筒體應(yīng)力狀態(tài)數(shù)值模擬。針對遠離端部的筒體部分,應(yīng)用ANSYS接觸單元建立了整體多層包扎式高壓容器筒體應(yīng)力狀態(tài)分析模型,模擬其在靜壓、動壓不同載荷作用下及層間有或無間隙情況下筒體的應(yīng)力狀態(tài)。與解析理論分析結(jié)果對比,數(shù)值解與與解析解相吻合,表明了層間接觸模型分析的合理性。 (3)端部連接區(qū)應(yīng)力狀態(tài)數(shù)值模擬。在筒體層間間隙接觸模型分析的基礎(chǔ)上,建立了多層筒體與球形封頭連接區(qū)有限元分析模型。連接封頭的多層筒體采用了層間接觸模型,而球形封頭為整體模型,得到了端部為階梯式連接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布狀態(tài)。并與相同尺寸非多層結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布進行了比較。結(jié)果表明,兩種結(jié)構(gòu)內(nèi)外壁應(yīng)力變化趨勢相似,在連接區(qū)出現(xiàn)了明顯的應(yīng)力集中,連接處最大軸向應(yīng)力值大于最大周向應(yīng)力,但達到最大應(yīng)力值后迅速衰減。利用有限元分析結(jié)果進行了強度評定,表明多層筒體與球形封頭連接區(qū)階梯結(jié)構(gòu)的強度足夠。
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TH49
【圖文】：

工機械廠與華南理工大學自1984年以來開始開發(fā)、研制該結(jié)構(gòu)型式的高壓容器，改進有關(guān)夾緊裝置，增加回位機械手，對開口壓貼回位，并利用層間摩擦減少焊縫長度[3]。經(jīng)過嚴謹?shù)臏y試和實驗驗證，各項技術(shù)指標均滿足國家標準，該種結(jié)構(gòu)的多層容器能充分保證安全性能(先漏后爆)。簡化焊接工藝，節(jié)能、節(jié)材。省時。制造成本顯著下降，且具有多層容器大型化和現(xiàn)場組裝的廣闊前景，于1990年試制成功整體多層夾緊式高壓容器。1998年我國化工部公布了整體多層夾緊式高壓容器國家標準[4]。該標準規(guī)定了整體多層夾緊式高壓容器適用于設(shè)計壓力不大于35MPa，設(shè)計溫度范圍為一20℃一350℃。整體多層包扎式高壓容器是在一整體內(nèi)筒上采用機械手逐層夾緊包扎層板，且層板縱環(huán)焊接接頭相互錯開而成的一種多層壓力容器，如圖1.1所示[4]，層板筒節(jié)縱縫周向錯開角度為“，相鄰層環(huán)縫軸向錯開距離為L。在層板包扎過程中，先將內(nèi)筒、底封頭和端部法蘭組焊成整體內(nèi)筒，再把預(yù)卷好的層板筒節(jié)從底封頭處套入整體內(nèi)筒上包扎或夾緊層板并點焊固定〔5〕。特點階7]如下:

端封閉但軸向未受到約束筒體，E:，0對兩端封閉但軸向未受到約束的多層壓力容器，當層間有均間隙以及消除全部間隙后的應(yīng)力進行了詳細的分析，應(yīng)力9)。本文第三章應(yīng)用有限元方法建立了兩端封閉的多層容器元分析結(jié)果與黃炎推導的應(yīng)力計算公式相吻合，兩種計算方表3.3所示。端封閉同時軸向變形受限制的筒體，E:一。筒體遠離端部，其應(yīng)力、應(yīng)變分量沿軸向的各截面是不變的向應(yīng)力值不隨支承條件的不同而變化。但其軸向應(yīng)力隨支承狀軸向變形受到限制兩端封閉的筒體，其軸向變形為零，即￡:借鑒黃炎的方法〔’6〕，可以推導出兩端封閉同時軸向變形受限制公式。

沿壁厚應(yīng)力分布的有限元數(shù)值解與拉美公式理論解的對比，表中丐為兩端封閉同時軸向變形受限制的筒體(e:一0)軸向應(yīng)力值，氣為兩端封閉的筒體(::，0)軸向應(yīng)力值。圖3.2為遠離端部筒體沿壁厚應(yīng)力分布對比圖。對于層間接觸壓力的計算，可利用拉美公式中，徑向應(yīng)力公式推導而得，當獷一凡、、。。、___pf，嘴、;:二。不11_時，徑向應(yīng)力氏=一p。=二事萬}1一魯}，從而得到:刀‘一1(R夕)尹f尺，，、P方=二萬，花.1.二了一11p一1戈找，) (3.1)式中

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本文編號：2755034