ansys 软件在锅炉管板应力分析中的应用

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1、学兔兔www.xuetutu.com炼油与化工2010年第1期REFININGANDCHEMICALINDUSTRY39ANSYS软件在锅炉管板应力分析中的应用穆晓冬，吴玲(大庆石化工程有限公司，黑龙江大庆163714)摘要：应用ANSYS软件分别建立某厂第二急冷锅炉的等效实心管板和开孔管板2种有限元分析模型，进行应力分析，并对分析结果进行比较。结果表明，等效实心管板与开孔管板应力分布情况相似，但开孔管板的孔边应力集中显著，不可近似简化。关键词：急冷锅炉；管板；有限元法；应力分析中图分类号：TK22文献标识

2、码：B文章编号：1671-4962(2010)01—0039—03管板是锅壳式锅炉和水火管锅炉重要的承压2．1有限元分析模型及载荷边界元件之一，也是容易损坏的元件。管板的结构和根据急冷锅炉的结构特点和载荷的特性，选承载状况均非常复杂，通过传统的方法准确计算择1／2换热器为研究对象，同时考虑了管箱与管板管板应力十分困难，甚至是不可能的。除了采用法兰的连接螺栓预紧力，建立了非线性有限元模应力实际测量(如应变片法)外，还可以利用有限型【3I。元方法和工程模拟软件对管板进行应力分析，了管板模型的建立分2种方案，1种

3、是简化的等解其承载规律或进行强度评定。对管板进行有限效管板(a)，另1种直接离散实际的开孔管板(b)。元应力分析的核心问题和难点是建立合理的分析管板模型见图2。模型，直接离散化必然带来巨大的运算量，因此有必要对管板和管束进行简化，但简化在降低工作量的同时必须保证结果的精度n．：。根据某厂第二急冷锅炉的结构和边界特点对CA管板进行简化，建立2种分析模型，分别对等效实心管板和开孔管板进行应力分析，并对分析结果进行对比。1设备的结构及参数a)(b)急冷锅炉的整体结构及换热管分布见图1。图2管板模型管板模型的简化是

4、根据ASME锅炉及压力容器规范Ⅷ第二册《压力容器建造另一规则》，可以通过多孔板的有效弹性模量E、多孔板的有效白松比V和多孔板的有效半径来描述开孔管板。一方面由于孔的作用使热应力和抗弯刚度降低，另一方面由于换热管焊接于管板上的加强作用。其计算公式为：图1锅炉结构及管板结构图1中锅炉总长为6．502In，简体1143minx要i=。+l。+3，7+4／7+~2，r／(1)63mill(材料16Mn)，长3．698m，人口管箱(材料0Crl8Ni9)长1．336in，出口管箱(材料12Cr2MolR)=Po+77

5、+77+屈+(2)长1．632m。换热管(材料15CrMo)199根，尺寸为45mmx5mm，管板材料13CrMo44。‘=+(p～)(3)2管板2种应力分析学兔兔www.xuetutu.com炼油与化工40——REFININGANDCHEMICALINDUSTRY第2l卷式中一板材料的弹性模量，MPa；卵一孔桥减弱等效管板和开孔管板轴向位移分别见图5，6。系数r／=h／p，一在最小截面处孔桥的公称宽度，ram；卜孑L中心线间的公称距离，ram；管板厚度，ram；系数。一和屁由￡／p的值确定，自板中心至最外

6、层孔中心的径向距离，mm。根据t=20mm，p=63．5mm，m=476．3mm值，：0．32，h=18．2mm，7／=0．2866mm，得到开孔管板的有效弹性模量是原板弹性模量的0．345倍，开孔一“”4。。。管板的有效泊松比是0．21l，开孔管板的有效半径Ⅲ-9一524626为488mm。图5等效管板z向位移位移边界条件包括：对称边界条件X=0处：=0；固定支座底板：UY=0，=0；滑动支座底板：UY=0，其中z坐标是轴线方向人口管箱指向出口管箱。】，坐标位于设备左右对称面内由下指向上，坐标由右手系来确

7、定。载荷为自重、人口管板和出口管板法兰的螺栓预紧力633898N；操作温度载荷包括：壳程315．6oC，管程650％／329℃；。413．e77一b3．3，2一2一z’6z．363。z‘儿一一管程0．063MPa内压作用；壳程1O．68MPa内压作867一，1．858用。图6开孔管板z向位移2．2管板2种方案的应力分析由图5，6可见，2种管板变形范围相同，其中开急冷锅炉等效管板和开孔管板应力分布分别孔管板中心位置变形比等效管板略小。见图3．4。2种管板沿2条路径的应力曲线见图710。l80139985717

8、—31‘7sO90．35l80．70271．05351．40451．755，z4767432iB32B924IⅢ11z152l8297l2537，3246∞距离／mm图3等效管板应力分布1一轴向位移：2—径向应力：3—周向应力4一轴向应力5一等效应力图7等效管板内壁沿路径AB应力曲线2552O5144委83534．763106．312207．86309,4O9410．9SS55537l57．086258．6353