预应力换热器性能的数值分析与实验研究

通过对某折流杆预应力换热器模型样机的传热工艺数值计算和进一步的结构数值计算,结合模型样机的预变形实施、控制以及实验检测技术研究,实现了一种预应力换热器设计、制造及其专利技术实施。在对折流杆换热器中变形相互约束的构件之间所产生的温差应力进行数值分析的基础上,研究了预变形量对有效缓解和协调固定管板换热器在运行中各构件（管板、壳体、管束）之间的变形约束所产生的作用。研究结果表明,合理施加的预变形量可以显著地降低管板、管子和壳体上承受的温差变形约束,预变形量可以有效地控制这类换热器的运行工况下产生的温差热应力,对于防止管子与管板连接区域的破坏,避免管子压缩失稳破坏和提高换热器壳体的承载能力都有极大的益处,从而为这类换热器的设计制造以及使用和维护,延寿技术研究开辟了一条新的途径。     

基于预应力技术立式夹套换热器结构应力分析

废热换热器在工业中应用广泛,但较高的热应力容易使结构失效破坏。因此,通常从锅炉结构和制造技术方面考虑,以降低热应力对结构的影响。介绍了一种以并排焊接的扁圆管兼做管板的结构特点,并利用换热器预应力技术来缓解该换热器主要构件(扁圆管、换热管和夹套管)之间的变形约束。以换热管与夹套管之间的热膨胀差为基础,利用ANSYS有限元软件分析了6种预变形量对扁圆管结构应力分布和管束拉脱应力的影响。结果表明,7~9.45 mm范围的预拉伸量可以有效地降低温差热应力并缓解管束的轴向拉脱应力。     

基于ANSYS的双管板换热器管板厚度设计探讨

由于双管板换热器管板结构的多样性,其管板厚度设计方法目前国内没有标准可依。针对某U型管及固定管壳式换热器双管板结构,根据SW6软件相应模块进行管板厚度近似计算,在此基础上采用ANSYS软件对管板结构进行热应力分析和优化设计,进一步讨论了聚液壳结构的影响。分析结果表明,双管板换热器管板厚度采用SW6软件近似计算是安全的,但结果过于保守。有限元优化设计有效地降低了管板厚度,为双管板换热器管板设计提供了有效手段。     

双管板换热器的设计、制造及应用

换热器是一种实现物料之间热量交换的节能设备,它广泛应用于国民经济的各个领域。在生产中为了防止腐蚀和污染,以及满足工艺流程、劳动保护、安全生产等方面的要求,通常采用双管板换热器来解决。论述了双管板换热器的用途、结构、设计等方面需注意的问题,并把它与单管板换热器进行了对比,指出双管板换热器的管程壳程间泄漏量变得很小,受力状况也更好。同时也论述了双管板换热器的壳体、管板、折流板等的制造工艺方法、管板预装、管板与换热管的连接方法、以及压力试验等方面的技术问题。     

管壳式换热器的数值模拟和管束支撑分析

以某固定管板换热器为例，对数值模拟方法和管束支撑进行了研究。通过建立不同单元类型的换热器有限元模型，以换热器壳体轴向应力为指标，对比换热器筒体和管子中的轴向应力及管板挠度，研究了不同换热器有限元分析方法的合理性，考察了管板横向变形和换热管外侧及筒体内侧施加的壳程压力对筒体轴向应力的影响，以及换热管对换热器管板的支撑作用。     

含预拉伸工艺换热器的管板结构的有限元分析

主要针对含传热管预拉伸工艺的换热器管板结构,采用有限元方法进行应力分析。结果表明:与无预拉伸工艺相比,采用预拉伸工艺的换热器管板局部应力水平大大降低;预拉伸量与两种材料线膨胀量差的比值在0.5~0.75时,最大应力强度的值较低;换热管均匀分布结构的壳体轴向应力水平较非均匀分布结构更低。此外,对于径厚比较大的壳体结构,轴向失稳必须引起足够重视。     

双管板换热器内管板液压胀接压力的探讨

由于双管板换热器结构的特殊性,内管板的胀接是一个难点,胀接压力的大小直接关系到双管板换热器的可靠性,因此选取合适的胀接压力是关键。运用ANSYS软件对双管板换热器的内管板进行液压胀接模拟,并采用优化设计方法,对胀接压力进行了优化,获得了最佳的液压胀接压力,并通过试验验证了模拟的合理性,为双管板换热器内管板胀接工艺提供参考。     

波节管与光管对薄管板换热器管板影响的比较

利用ANSYS有限元分析软件,建立了薄管板波节管式换热器和普通光管薄管板换热器的三维模型,对其在正常运行工况时的管板进行应力和应变的分析比较,得到两种换热器的位移曲线图和Mise应力曲线图,对仅受壳程压力与仅受管程压力时,换热管对管板应力分布的影响进行分析比较。结果表明波节管可以缓解管板的变形及应力,同时,薄管板波节管式换热器管板厚度计算方法可用普通光管换热器的管板计算方法替代,为此类换热器管板厚度设计计算方法提供了依据。     

基于Workbench的换热器管板有限元分析

固定管板式换热器是化工装备行业最常用的设备,管板受管程壳程压力和温度的作用时,受力情况比较复杂。采用Ansys workbench有限元分析软件对某换热器管板进行强度分析与模拟,探究管板结构的应力应变程度。结果表明:管板中心应变程度最为明显,变形位移量最大,由中心向边缘的延伸区域变形位移量逐渐减小,最大应力值出现在管板与法兰连接的螺栓孔处,此换热器管板结构符合强度要求,可以用于安全生产。     

基于ANSYS的双换热管双管板换热器应力分析与评定

采用有限元分析方法,利用ANSYS软件对某带膨胀节双换热管双管板换热器工作应力进行了分析,并以最危险工况为例给出了相关计算结果,并根据计算结果对换热器各原件进行了应力强度校核与评定,为该类型换热器的设计与优化提供了一种新思路,并给出了具体的实施方法,对相关领域的研究人员具有一定的指导意义。     

焊入式薄管板的试验研究

焊入式薄管板是目前国内推广使用的列管式换热器的薄管板两种结构型式之一,本文系统地介绍了常温应力测定、温差应力测定和爆破试验等研究成果以及管板强度计算方法。通过生产使用考验,证明焊入式结构是很有前途的。     

高参数换热器管板热应力分析模型的研究

常规的管板设计方法是用等效无孔实心板来代替多孔管板,采用比较简单的公式、曲线、图表进行设计计算,但是这些计算无法准确考虑管板温度差引起的热应力。目前常用有限元方法,通过施加温度载荷和对流载荷计算得到管板的温度场,进而求出管板的温差应力,但计算结果的准确性一直是许多研究者关注的问题。采用有限元方法,以U型管式换热器管板为例,分别按给定管板表面温度、给定流体温度和管板表面传热膜系数、包含温度场在内的流固耦合三种分析模型计算得到管板的温度场,进而对比分析了不同模型对管板热应力计算结果的影响。研究结果为管板强度的精确设计提供了借鉴。     

工艺参数波动对预应力换热器安全性的影响

采用"分段建模,整体综合"的模拟方法对壳程E流路和管程流体建模,使得分析模型更加符合实际。进一步考虑了管壳程工艺参数波动条件下,折流杆预应力换热器在仅受预变形、仅受操作温度以及预变形和温度共同作用3种加载工况下的管子与管板接头应力变化规律,并在整理大量数据的基础上给出了预应力换热器的安全操作区间,对于指导预应力换热器设计和应用具有较大的现实意义。此外,通过预应力换热器的试验研究,验证了模拟结果的可靠性。     

EA-304非对称换热器管板应力分析计算

介绍了一端管板与管箱和壳体焊接的固定结构、另一端管板可滑动的非对称换热器在压力和温差载荷作用下的分析计算方法,分析计算了原进口、第一、第二次国产化3台换热器管板应力,管板厚度由117mm减薄为50mm,换热器的各项性能均超过原进口设备。     

悬臂式柔性支撑柱面气膜密封力学性能研究

基于三维SolidWorks软件建立柱面气膜悬臂式柔性支撑结构模型,分析柔性支撑结构对柱面气膜密封结构稳定性的影响;采用单向流固耦合的仿真方法,研究悬臂支撑板厚度、支撑结构材料、悬臂支撑数量,以及气膜操作参数转速和压差,对悬臂式柔性支撑结构和浮环的最大变形、最大应力应变有影响。结果表明：随悬臂支撑板厚度增大,平均变形量和平均等效应力减小;随悬臂支撑板数量增加,最大变形量逐渐减小,最大等效应力先增大后减小;研究的铝合金、铍青铜、不锈钢及钛合金4种悬臂支撑板中,不锈钢材料悬臂支撑板的最大变形量最小,承受的最大等效应力最大;随着转速和压差的增加,悬臂支撑板最大变形量以及最大等效应力均逐渐增加。在研究范围内,柔性支撑结构可以减小浮环的变形量,浮环变形量小于最小气膜厚度,保证了密封结构稳定运行。     

连接轴的动态特性分析

为了研究机械部件连接轴在工作过程中的受力情况,找出结构的应力集中点,利用大型有限元分析软件ANSYS对其进行施加载荷并求解,得到结构在各个方向上的应力云图以及变形图,从而找出结构的薄弱处,采用加厚或加大尺寸的方法,避免出现较大应力。并根据这些结果对连接轴进行优化,改进结构设计,这对于提高产品的质量非常有益。     

双管板换热器的制造要点

根据双管板换热器的特殊结构,介绍了用模拟管板进行胀接工艺评定的方法以及管板加工、强度胀接、管板组装、压力试验等方面的制造要点,确定了影响双管板强度胀接致密性的关键因素在于管板管孔、胀槽的同心度和槽的粗糙度以及合适的胀接参数。     

基于薄板理论的梳齿板异物保护装置有限元分析及试验验证

针对自动扶梯前后型梳齿板异物保护装置内应力分布很难分析的问题,采用薄板理论,建立内应力弯曲方程。为了得到可视化及高精度的计算结果,使用有限元软件进行建模并分析,得到在多种施加载荷的方式下分析前后移动型梳齿板异物保护装置结构的应力图以及最大应力集中点,即为保护装置的薄弱部位。最后采用静态应变仪对保护装置进行现场应力测试,将试验结果和仿真值进行比较,对有限元分析结果进行了验证。从而为改进保护装置设计,提高工作稳定性提供了理论依据。     

柔性薄管板换热器的结构分析与优化

运用ANSYS对采用柔性薄管板的换热器建立了热分析与结构分析的有限元模型,分析了柔性薄管板的温度场及应力场,得出了管板上的应力分布及最大应力发生部位。根据应力分析结果对影响管板应力的主要结构参数如管板厚度、换热管中心距、不布管区宽度、管板与壳体连接处的转角结构和转角半径进行了分析优化,得到了较合理的设计结果。     

扭曲管换热器管板的有限元分析

采用有限元分析软件ANSYS,对扭曲管换热器的管板在三种工况下的应力进行计算,分析了扭曲管轴向刚度削弱系数对管板应力强度及扭曲管轴向应力的影响。结果表明,扭曲管的轴向变形补偿能力优于普通直管,可以降低在温差载荷作用下管板中的应力,但会提高压力作用下的管板应力。在压力载荷作用下,扭曲管上的平均应力大小与普通直管差别不大,但扭曲管的轴向应力在管子横截面上的分布不均匀,局部的轴向应力远远高于平均应力水平,因此扭曲管抗疲劳和应力腐蚀开裂的能力不如直管。不同厚度的管板受扭曲管管束轴向刚度的影响不同,当管板厚度较小时,扭曲管管束轴向刚度的影响较大。