耳式支座对蜂窝夹套薄膜蒸发器结构变形的影响.pdf

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1、732化工机械2010焦耳式支座对蜂窝夹套薄膜蒸发器结构变形的影响李金波+尹侠(南京工业大学)摘要利用ANSYS有限元软件对蜂窝夹套薄膜蒸发器上的耳式支座进行含热载荷工况的应力分析，研究不同结构参数的耳式支座对蜂窝夹套内筒俸变形的影响，提出了耳式支座的合理结构。关键词蜂窝夹套薄膜蒸发器耳式支座应力分析中图分类号TQ051．6+2文献标识码A文章编号0254-6094(2010)06-0732-04蜂窝夹套薄膜蒸发器是一种高效传热设备，其支撑结构大多采用耳式支座，由于薄膜蒸发器内部转子的特殊要求，对内筒的圆度要求更高。但是内筒壳体上焊接耳式支座会给壳

2、体造成较大的局部应力，该应力过大会导致壳体变形。另外，夹套与内筒的温差作用产生的热应力对蜂窝夹套的变形也会产生影响。笔者利用ANSYS有限元软件，分析比较了不同结构参数的耳式支座在压力载荷与热载荷共同作用下对蜂窝夹套结构变形的影响，并提出了使蜂窝夹套蒸发器内筒变形较小的耳式支座结构。1结构参数及有限元模型1．1应用举例蜂窝夹套薄膜蒸发器设置4个耳座，筒体材料为0Crl8Nil0Ti，耳座筋板和底板材料均为Q235。若在壳体与耳座之间设置垫板，垫板材料与筒体材料相同。D；=3000mm，内筒设计压力为一0．1MPa，夹套设计压力为1．6MPa。设备总

3、质量(包括壳体及其附件，内部介质及保温层的质量)65t。蜂窝结构如图1所示，呈正方形分布，按文献[1]计算内筒壁厚6。=48mm，夹套壁厚6：=34mm，蜂窝壁厚6。=20ram，蜂窝轴向间距t。=785mm，蜂窝外径d。=160ram，腔体高度h=42ramo图1蜂窝夹套局部结构示意图由于蒸发器外部需要设置保温层，宜选用B型长臂形耳座，尺寸按JB／T4725-92《耳式支座》‘21。选用4个B8耳座。耳式支座结构如图2所示。—__r62I-．厂、＼毫心日＼lI／”i．。．叫7．Z—1j，：l图2耳式支座结构示意图1．2建立有限元模型、施加载荷由于

4、结构的对称性，选取其中一个耳座以及1／4圆周方向的蜂窝夹套作为研究对象。夹套与耳座在内筒壳体上的焊缝边缘间距宜大于3倍的·李金波，男，1985年2月生。硕士研究生。江苏省南京市，210009。第37卷第6期化工机械733内筒壁厚且不小于lOOmm，故焊缝边缘问距取lOOmm，有限元模型如图3所示。图3耳座支承蜂窝夹套有限元模型对该模型在法向位于圆周方向的面上施加对称约束，在法向位于轴向的端面上一端施加轴向约束一1，另一端施加轴向端面拉应力(包括将自重转化为面载荷与内压引起轴向平衡面载荷的叠加，该值为24．96MPa)，在耳座底板的底面施加全方位位移

5、约束。2在载荷作用下蜂窝夹套结构的变形由于薄膜蒸发器内筒和夹套存在温度梯度，会产生一定的温差应力，使耳座支承区的应力状况进一步恶化H1。为此，有必要对其温度场及温差应力进行详细的分析。笔者采用间接法进行稳态热应力分析时，首先进行热分析得到温度场分布，然后将得到的温度场作为热载荷施加到结构中，同时施加压力载荷，从而得到包含压力载荷和热载荷在内的总应力”-。该薄膜蒸发器有限元热应力分析所需参数见表l。空气环境温度设为20℃，内简介质温度为90℃，夹套介质温度1100C。表1材料特性参数先对有限元模型分别在压力载荷和压力载荷与热载荷共同作用的两种工况下计

6、算蜂窝夹套的应力水平和变形，分析结果见表2。表2不同载荷工况下蜂窝夹套的变形和应力强度值表2中内筒内陷量指的是内筒在载荷作用下内陷的最大变形量，夹套外凸量指夹套在载荷作用下外凸的最大变形量。蜂窝夹套的变形，考虑热载荷后，内筒内陷量明显增大，应力值也变大，最大应力均出现在耳座底板与筋板靠近壳体的连接处。3不同结构参数的耳座对蜂窝夹套结构变形的影响3．1夹套与耳座焊缝间距对蜂窝夹套变形的影响夹套与耳座焊缝边缘间距较小时，焊接影响较大，对内筒变形会产生一定的影响。但焊缝间距较小，可以减小耳座与周围壳体的温度梯度，从而缩小温差应力对内筒变形的影响。以标准长

7、臂形耳座不加垫板和加垫板两种情况在不同焊缝间距下对蜂窝夹套进行应力分析，分析结果见表3。表3不同焊缝间距下蜂窝夹套的变形和应力强度值由表3可以看出，缩小焊缝间距可以使内筒内陷量变小，但是耳座应力增大。在同样焊缝间距下，不加垫板时耳座对蜂窝夹套内筒变形影响相较加垫板时要小，但会使耳座产生较大的应力。734化工机械2010矩因此，在保证支座应力强度及便于焊接的情况下，可采用缩小耳座与夹套焊缝间距来减小蜂窝夹套内筒体的变形量。3．2耳座底板筋板厚度与筋板内壁尺寸对蜂窝夹套变形的影响由于在同样焊缝间距下不加垫板耳座对蜂窝夹套内筒变形较小，耳座可考虑不带垫板

8、。以不加垫板耳座在焊缝间距为100mm时分别改变筋板厚度6，和两筋板内壁尺寸b：，对蜂窝夹套进行应力分析，分析结果见表4、