大开孔接管结构优化设计.pdf

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1、大开孔接管结构优化设计万晋。林少雄，陈宇慧(福州大学化学化工学院，福建福州350108)摘要：对某公司设计的尾气再热器中的大开孔结构进行强度和稳定性分析，发现原设计的结构过于保守，有较大的优化潜能。以设备质量最小为优化目标，利用ANSYS的优化模块对该结构进行优化计算，经强度及稳定性分析，优化所得结构完全满足强度、稳定性及功能要求，且具有很好的经济性。关键词：大开孔结构；优化设计；强度分析；稳定性分析中图分类号：TH122；TB115．2文献标识码：A文章编号：1001-4837(2012)08—0011-07doi：10．3969／

2、j．issn．1001—4837．2012．08．003OptimalDesignoftheLargeOpeningwithNozzleStructureWANJin，LINShao—xiong，CHENYu—hui(CollegeofChemistryandChemicalEngineering，FuzhouUniversity，Fuzhou350108，China)Abstract：Afteranalyzingthestrengthandstabilityofthelargeopeningwithnozzlestructure，w

3、efoundthattheoriginaldesignofthestructureistooconservativeandhasbigpotentialtobeoptimized．Tomini-mizetheweight，theANSYSoptimizationmoduleisusedtocarryouttheoptimizationcalculationofthestructure．Thenthestrengthandstabilityoftheoptimizedstructureisanalyzedandtheoptimaldes

4、ignmeetsalltherequirementsintermsofstrength，stability，functionalityandlowcosts．Keywords：thelargeopeningwithnozzlestructure；optimaldesign；strengthanalysis；stabilityanalysis目氧化系统中的1台尾气再热器。由于工艺需0引言要，该设备设有1个等径的大开孔接管结构，但由于该结构尺寸已超出GB150-1998(钢制压力容随着我国压力容器设计观点、设计方法和设器》【2中8．2条所

5、规定的开孔允许范围，原设计计标准的不断更新，以及计算机技术的快速发展，单位因难以采用常规设计计算方法确定结构强应用有限元分析程序对压力容器进行分析设计的度，故采用经验公式确定结构的壁厚，如图1所方法正在石油、化工、核工业等行业的设备设计工示，但因无法确认计算的可靠性，因此笔者依照作中得到迅速的推广。ANSYS是运用较广的JB4732-1995《钢制压力容器——分析设计标有限元分析软件，拥有优化设计和APDL参数化准》j对尾气再热器壳体大开孔接管结构强度进设计语言等高级分析技术，可有效地运用于压力行数值分析计算。经ANSYS软件分析后发

6、现，原容器的优化设计。设计结构应力很小，未能充分利用材料性能，因此文中所优化设备为某公司5万吨／年硝酸项有必要对结构进行优化处理。文中将分析设计原CPVT大开孔接管结构优化设计Vo129．N082012理运用于优化分析中，以结构质量最小为优化目既满足强度、功能要求，又具有较好经济性的结标，对大开孔结构的各处壁厚进行优化，最终得到果。图1原设计的设备结构示意C工况：结构同时承受夹套和壳程压力。1大开孔结构的特性参数与优化计算模型该尾气再热器材质为06Crl9Nil0，壳程介质为工艺气，设计压力0．9MPa，设计温度420℃，许用应力f，

7、=105MPa，弹性模量E=1．67×10MPa，泊松比=0．28；夹套介质为锅炉水，设计压力1．7MPa，设计温度200℃，许用应力，=130MPa，弹性模量E2=1．84×10MPa，泊松比=0．28。夹套和壳程壳体的厚度附加量分别取为1，2／11111。由于本次优化设计的重点是大开孔结构，因此不对设备中其他构件进行分析，分析时忽略与大开孔结构距离较大的一些小结构的影响，以降图2尾气再热器的大开孔结构示意低优化分析的难度；考虑到折边锥壳距离大开孔结构较近，对大开孔结构的强度有一定的影响，因因此，优化分析时应分别计算这3种工况，使此

8、将其纳人优化分析范畴；取简体总长2245IBm，结构在任何一种工况下均满足强度和稳定性要以原设计扣除厚度附加量后的壁厚作为优化初始求。依此应用ANSYS程序建立结构优化设计模结构壳体壁厚。经简化后结构如图2所示。型，由于