锅炉锅筒三维有限元分析.pdfVIP

中国锅炉压力容器安全 第19卷 第5期 锅WP锅筒三继曹眼元分一析 刘 强 刘姑民 _’王大飞 (济南市锅JP13,.5容器检验研究所 山东 250033) TkZ2一6 1 前言 选择适于描述曲边的壳单兀SHEld.93，采用自由网格 在锅炉中，锅筒、封头是主要的受压元件，其是 化分单元，得到节点总数为4776，单元总数为1594, 否安全可靠将直接影响整个设备的正常运行。过去 锅筒有限兀模型如图2。约束一端按固定铰支座处 由于计算方法和计算手段的限制，锅炉的设计一般 理，控制xyz3个方向的位移，另一端按活动铰支座处 采用传统的经验公式。随着计算机的快速发展，各 理，控制”2个方向的位移，x方向可自由伸长。为了 种大型有限元分析软件的诞生和不断完善，各种类 与传统经验公式计算结果刘比，本文计算了3种载荷 型的锅炉设计已逐渐开始从传统的经验设计，向以 工况:①内部压力;②自身重力;③内部压力+自身重 有限单元法为基础的现代设计方向发展。用现代设 力。内压以均布面载荷形式施加于锅筒内壁面上，而 计方法，不仅可分析单个构件的应力分布和变形， 自重载荷以盼性力的形式施加于各单元上。本文计算 而且可从整体的角度分析整个结构的薄弱环节，从 未考虑锅炉筒节与封头处焊缝质量的影响。 而为锅炉设计提供了一个科学的最佳设计方案。 本文采用美国ANSYS公司研制的大型有限元 分析软件— ANSYS，对锅筒进行了应力和位移的 计算分析。同时对有限元计算结果与传统的计算结 果进行了对比分析。 图2 锅筒有限兀模型 2 力学模型 3 计算结果及分析 本文算例为YG-35/3.82-M6锅炉，其锅筒几何 在内部压力下两端封头处变形较大，最大轴向 尺寸和形状如图1所示。已知材料为20g，密度为 位移发生在石封头顶部183节点处，为1.316mm筒 7.8t/m，内压p=4.2MPa，取r【r]=148MPa,E=2000Pa, 节 卜各节点应力分布比较均匀，目内外壁应力相差 y=0.27, 不大;而封头处应力分布变化较大，最大折算应力 (按第三强度理论计算)发生于左封头靠近直段处的 内壁面r.，最大应力为145MPa 通过计算说明封头 椭球段向直段过渡处是整个锅筒的薄弱环节。 内部压力与白身重力对锅筒的变形及应力分布 7一550I}9-SOIM9一1592 影响均不大。考虑自重后最大轴向位移仍发生在右 封头顶部183节点处，为1.307mm。另外，考虑自重 图t 锅筒结构7;意图 后支承处变形比不考虑自重明显增大。最大折算应 锅筒是由钢板通过焊接等加工工序制成的板 力仍发生在左封头靠近直段处的内壁面上.最大值 壳结构，其壁厚与直径的比值1120，属于薄壁结构。 仍为 145MPa，不过考虑 自重后最大应力点下移。 万方数据 第19卷 第5期 中国锅炉压力容器安全