1工业冷冻机组中双层龙门架的设计与研究…

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1、目录1工业冷冻机组中双层龙门架的设计与研究………….………………………………………………………..曹松奇13采用玻璃微珠填充改性PTFE材料垫片的螺栓法兰接头密封性能研究……………李娜，许黎明21直接升降式步进梁液压缸的设计计算……………………………………………王家益，陈硕峰，李文生1工业冷冻机组中双层龙门架的设计与研究曹松奇（上海交通大学机械与动力工程学院上海200240）摘要：本文采用理论计算结合有限元分析软件ANSYS对大型工业冷冻机组的双层龙门架进行力学性能分析，找出薄弱和过设计的环节，进而改善设计，达到设计合理且节约型材的目的。关键词：双层龙门架冷冻机组有限元分析DESIG

2、NANDRESEARCHOFDOUBLELONGMENFRAMEININDUDTRIALREFRIGERATIONUNITSSongqiCao(SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240)Abstract:Analyzethemechanicalpropertyofthedoublelongmenframeinindustrialrefrigerationunits.Findouttheweaklyandoverdesignparts,thengiveamimprovement.Asa

3、result,wecangetarationalandeconomicdesign.Keywords:doublelongmenframe；refrigerationunits；finiteelementanalysis引言在大型工业冷冻机组中，当出现超高的容器或者容器组件的时候常常会运用到双层龙门架的设计。冷冻机组的布局是一个空间结构，为了满足功能的需求，会把一个容器放置于另一个容器的上方，这样对于一些大功率的机组而言，由于容器自身的尺寸很大，再加上和其下方容器之间的高度差要求，机组就会设计的很高，此时就会产生一个问题：道路运输是有高度限制的，这个高度限制通常是4.5m，运输机组用

4、的车辆自身也有一定的高度，因此通常要求冷冻机组的运输高度不得高于4m。为了解决机组运输的问题，可以把机组设计成两层组件叠加的形式，在工厂拆分后运输到客户现场进行再次组装，此时即会用到双层龙门架的设计。图1即为一个运用到双层龙门架设计的冷冻机组。双层龙门架三维模型的建立现以使用地在山东阳煤的一个多级离心机组为例研究一下双层龙门架的设计。此机组由三个撬块组成：压缩机撬块、冷凝器撬块和过冷器撬块，其中用到双层龙门架设计的是冷凝器撬块。冷凝器撬块有三个容器：冷凝器、经济器和气液分离器（如图1所示）。为了使经冷凝器冷凝后的制冷剂能靠自身重力作用流入经济器，需要把冷凝器放置于经济器的上方，此冷凝

5、器的体积很大，为了便于冷凝后的制冷剂流入经济器，使用了带液包的结构设计，机组整体布局设计后的高度为7.5m，此项目的使用地在山东阳煤，为了满足道路运输要求，撬块的运输高度不得高于4m，因此需要使用双层龙门架设计，其中双层龙门架的上层用于支撑冷凝器组件。双层龙门架是用H型钢焊接而成的框架结构。双层龙门架的横梁上放置容器，并且要求横梁的宽度不小于其上容器鞍座底板的宽度，根据设计经验横梁和竖梁均选择比容器底板宽度大一号的宽翼H型钢通常是满足要求的，因此本项目可以首先得出一个初步设计：冷凝器的公称直径是DN1200，鞍座按照国家标2准设计，鞍座底板宽度为170mm，因此横梁和竖梁可以初步均选

6、用HW175X175的宽翼H型钢，初步设计的双层龙门架（含底座）三维模型如图2所示。冷凝器经济器气液分离器双层龙门架钢底座主体图1运用双层龙门架设计的冷冻机组图2初步设计的双层龙门架（含底座）三维模型力学性能分析[1]双层龙门架安全系数的取得采用分项系数法。根据相关标准和实际情况确定各个分项系数如表1所示。表1分项系数取值因素重要性系数地震加速度静载荷系数系数1.11.31.35以上所有分项系数相乘约为2。为了简化计算可以把载荷系数等价为材料的安全系数，查询GB50017-2003《钢结构设计规范》得到Q235材质的H型钢的设计强度为210MPa，根据安全系数为2，得f到Q235

7、材料的H型钢许用强度为105MPa。工业冷冻机组的双层龙门架的两边为对称结构，因此只要分析一边的受力情况即可，双层龙门架的单[1]边框架模型如图3所示，示意图如图4所示，然后查询相关标准得到H型钢的基本力学数据对其进行理3论的力学性能计算。横梁吊耳竖梁容器底板拼接板图3双层龙门架的单边框架结构1800CAEF0004BD图4简化后的双层龙门架单边框架结构示意图对于竖梁，其临界承受力有计算公式：NEyfA(1)其中：NEy：临界力（N）；：稳定系数