浅谈压力容器长颈对焊法兰优化设计

通过两个具体算例对压力容器长颈对焊法兰进行优化设计,分析了锥颈高度和法兰厚度对法兰轴向应力、径向应力和切向应力三项主要应力的影响。计算结果表明,当调整至法兰厚度和锥颈高度相近时,三项主要应力值均接近满应力值。这样的优化设计使得法兰结构紧凑,受力合理,减轻重量,可显著降低法兰成本。对小直径且压力不高的长颈对焊法兰,在保证法兰锥颈段斜率≤1:3的前提下,法兰可以不带直边段。     

锥颈及法兰环尺寸对法兰应力的影响

在法兰设计中 ,锥颈及法兰环尺寸对法兰 3项主要应力σＨ (轴向应力 )、σＲ (径向应力 )、σＴ(环向应力 )的影响关系较为复杂。了解并掌握它们之间的关系能够充分地发掘法兰的强度 ,节省材料 ,合理地进行法兰的设计。1 锥颈及法兰环尺寸与法兰 3项应力的关系图 1表示了锥颈尺寸 (δ1、ｈ)对法兰 3项应力的影响关系 :增加锥颈尺寸对降低σＨ 有明显的作用 ,对σＴ 影响较小 ,而σＲ 则起相反的作用。图 2表示了法兰环厚度 (δｆ)对法兰 3项应力的影响关系 :增加法兰环厚度 ,对降低σＲ 有明显的作用 ,对σＨ 影响较小 ,而对σＴ 影响更小 ,…     

加氢裂化装置高压大直径非标法兰设计总结

结合全球单套规模最大的蜡油加氢裂化装置,选取温度和压力组合最为苛刻(压力等级为CL2500、直径DN600)的高压大直径非标法兰为例,采用华特斯(Waters)法,从计算法兰设计压力、确定垫片参数、计算垫片荷载、确定螺栓参数、计算螺栓荷载、确定法兰参数、计算并校核应力和法兰刚度等方面阐述非标法兰的设计过程。分析了法兰环厚度δ_f、颈部高度h和颈部大端厚度δ_1这3个参数对最大轴向应力σ_H、最大径向应力σ_R和最大环向应力σ_T的影响关系。可通过调整δ_f,h和δ_1的数值,使σ_H,σ_R和σ_T这3项应力均满足设计要求。     

高压设备整体接管法兰的工程设计

阐述了高压设备中常用的整体接管法兰的工程设计方法,介绍了整体接管法兰四种常用结构—法兰锥段接管法兰、无锥段接管法兰、双锥段接管法兰和接管锥段接管法兰的设计要点和适用范围,并对整体接管法兰的设计计算和校核方法做了说明。     

偏锥的三维有限元分析和应力公式拟合

本文运用FEPG(有限元自动生成系统),对压力容器中的偏锥进行了参数化建模和强度分析;并采用VAS2.0压力容器分析系统》,对内压作用下的偏锥进行了应力计算和参数分析。通过采用线性回归方法,拟合出了偏锥中的最大σp3值与内压、锥角、大端内直径和锥壳厚度间的关系式,为偏锥的设计及应力强度校核提供了依据。     

固定管束釜式重沸器斜锥壳转角过渡区应力分析

对固定管束釜式重沸器的斜锥壳元件建立了简化力学模型,并进行了有限元分析计算,结果表明大端转角过渡区存在较大的弯曲应力.随后对一系列结构尺寸的斜锥壳进行了计算,整理了斜锥壳大小端转角过渡区在各计算参数下基于分析设计的应力强度水平系数.结果表明,无论大端还是小端,应力强度水平系数随大小端直径比的增大及斜锥角的增大而增大.一次加二次应力的应力强度水平系数总是大端转角过渡区较大.而局部薄膜应力的应力强度水平系数当大小端直径之比较小时,小端较大;当大小端直径之比较大时,大端较大.     

内压锥壳大端与球壳连接结构及其强度分析

锥壳大端连接球壳是常见的流化床反应器上部扩大段结构形式,现行常用标准未对该结构的设计作具体规定。参照GB 150.3—2011《压力容器第3部分:设计》有关锥壳大端折边厚度计算、球壳厚度计算、圆筒和封头连接的对接接头形式,讨论了内压锥壳大端与球壳连结的结构形式的特点,指出折边和锥壳的连接通常为不等厚对接。采用通用有限元软件ANSYS分析了3种不等厚对接过渡段的应力分布,对应力集中部位作了应力线性化处理和应力强度评定,指出了3种不等厚对接方式的特点,总结了此类结构的设计要点。     

国内外分析设计规范中锥壳大小端评定准则的讨论

内压作用下锥壳的大端厚度主要由轴向弯曲应力控制,小端厚度主要由环向薄膜应力控制,国内外规范中对大端应力控制的条款基本一致,但对小端的应力,JB4732中要求小端环向薄膜应力小于1.1倍许用应力,ASMEⅧ-2中要求小端环向薄膜应力小于1.5倍许用应力。本文利用有限元法,对锥壳小端的评定进行研究,讨论两标准中评定条款的不同之处,为工程人员提供设计参考。     

法兰与锥形封头直连的应力分析

文章对带颈对焊法兰与锥形封头直连结构进行了有限元分析,研究了各个参数对直连结构内应力分布的影响,并与带颈对焊法兰和锥形封头之间加筒节的结构进行了对比,结果表明,半锥顶角、过渡段转角半径对直连结构内的应力有较大的影响。同时还考察了直连结构法兰密封面的密封性,为带颈对焊法兰与锥形封头直连结构设计提供有效参考。     

固定管板釜式重沸器斜锥壳转角过渡区的应力分析

利用FEPG软件的前处理程序生成系统MTI,对固定管板釜式重沸器的斜雏壳建立了简化力学模型,并进行了有限元分析计算,发现斜锥大小端过渡区均存在应力集中现象,其中大端转角过渡区经线方向存在明显的弯曲应力,内壁表现为拉应力,外壁表现为压应力;环向内、外壁均存在明显的拉应力,且与最大拉应力位置相对应的外、内壁上亦存在一定的压应力.对一系列参数的斜锥壳进行了计算,整理了斜锥大小端过渡区在各计算参数下基于分析设计的应力集中系数,发现无论大端还是小端,应力集中系数随大小端直径比的增大、斜锥角的增大而增大;一次加二次应力的应力集中系数总是大端过渡区较大,而局部薄膜应力的应力集中系数当大小端直径之比较小时,小端较大,当大小端直径之比较大时,大端较大.     

锥颈及法兰环尺寸对尘兰应力的影响

在法兰设计中,锥颈及法兰环尺寸对法兰3项主要预应力σH（轴向应力）、σR（径向应力）、σT（环向应力）的影响关系较为复杂。了解并掌握它们之间的关系能够充分地发掘法兰的强度,节省材料,合理地进行法兰的设计。     

高压涡轮机组九级冷却歧管开裂原因分析

西三线作业区某高压涡轮机组例行检查过程中,发现部分九级冷却歧管发生了开裂失效。为了分析其开裂原因,使用光谱分析仪、拉伸试验机检测了其理化性能,采用光学显微镜、扫描电镜分析了其组织及断口形貌。结果表明:受高压涡轮机组结构限制,薄壁九级冷却歧管通过环焊缝与带颈法兰固定于高压涡轮机组上,在机组运行过程中承受着较高频率的振动载荷,使冷却歧管内壁环焊缝焊趾处萌生了疲劳裂纹,并逐渐扩展,最终沿环向发生开裂。     

折边锥形封头厚度计算探讨

分析了GB 150-1998《钢制压力容器》中圆筒和折边锥形封头大端的厚度计算公式,认为计算折边锥形封头的厚度时,可只考虑与过渡段相接处的锥壳厚度。     

超高压管道自增强处理密封有限元分析

对超高压管道进行自增强处理可以延长其疲劳寿命,提高其结构强度。结合超高压管道的结构、自增强处理压力及加工工艺,提出了一种以组合锥环硬密封和环孔轴向组合挡圈相配合的自紧密封结构。通过对组合锥环密封和轴向组合挡圈部件的有限元分析,并结合密封材料的结构强度和密封比压,得出了组合锥环密封的最佳锥角为30°。对组合挡圈的厚度及结构进行了设计计算,得出了最佳挡圈厚度及结构形式。该密封结构可很好地提高管道密封可靠性。     

管法兰组合结构有限元应力分析研究

本文对常用的锥颈对焊法兰Pg50 Dg150进行了弹性轴对称有限元应力计算分析,并在此基础上进行了三维弹性应力计算。文中将法兰、螺栓及垫片作为组合结构进行整体应力分析,并将计算结果与Waters法的解进行比较。本文计算采用国际上应用较为普遍的大型程序SAPS和ADINA,在M—240D计算机上完成计算工作。     

温度交变工况下热交换器管箱结构设计改进

根据热交换器的操作工况,分析了设备法兰泄漏失效的原因,设计了新的U形管壳式热交换器管箱结构,将其用于温度急剧交变工况的高压热交换器,解决了设备法兰泄漏失效问题。     

八角垫在焦碳塔密封结构中的应用

本文从密封机理、制造技术及操作介质等方面分析了高温、高压大直径法兰连接结构使用八角形金属垫片的可能性,介绍了八角垫的材料选用原则、几何尺寸的确定及制造技术要求等,并就其设计方法和使用范围提出了建议。     

外压锥壳支撑线的探讨

对外压锥壳大小端和圆筒连接处是否作为支撑线进行了探讨,对两种情况下外压锥壳的设计方法进行了比较,并通过对实际工程实例中两种不同计算结果的数据分析,提出了锥壳大小端与圆筒连接处作为或者不作为支撑线时对筒体和锥壳厚度的影响,同时分析了锥壳大端筒体为长圆筒时锥壳大小端是否作为支撑线的情况。通过对比这两种不同的设计方法的优缺点,对外压锥壳设计中支撑线该如何考虑给出了一点建议。     

牙轮钻头轴承结构静强度分析与优化

牙轮钻头轴承在高压、高转速工况下很容易发生失效。为了改善牙轮钻头轴承结构受力,增加布齿空间和壳体厚度,建立了包含牙爪、牙轮和牙齿的三维模型,对极限工况下的牙轮钻头轴承进行有限元分析,获得了轴承结构Mises应力和接触压力分布情况。利用正交试验设计方法,改变轴承结构大轴颈长度和直径、小轴颈长度和直径,开展了轴承结构尺寸参数敏感性研究,通过参数化分析得到轴承结构最优尺寸组合,即大、小轴颈长度分别为19和6 mm,大、小轴颈直径分别为34和14 mm。研究结果对研究高性能牙轮钻头具有指导意义。     

高压井口装置阀体端部螺纹法兰设计中的问题

重点讨论了高压油气井口装置阀体端面采用螺纹法兰加钢制密封垫环结构的强度与密封设计计算中,如何正确应用GB150—1998及HG20582—1998标准的问题;指出螺纹法兰与整体法兰的力学性能上的差异且二者不能“接轨”,并给出详细的实例计算。计算结果表明,目前生产的装有螺纹法兰闸阀的高压油气井口装置存在着安全隐患,建议对现有井口装置进行降压使用,并推荐了降压后的额定工作压力。