板壳理论在压力容器强度设计中的经典应用之一——四种换热器管板强度设计技术分析(上)

以直观的变形与应力的材料力学关系对管板复杂应力进行定性受力分析,深入浅出地阐明各种管板应力的产生机理和计算原理,重点揭示不同管板计算方法间的差别与贯通性。其比繁复的汤姆逊函数所表述的定量力学分析,复杂的公式推导更加便于理解。以固定管板计算原理为基础,解决各种结构的浮头管板、填函管板及柔性管板的计算问题,并应用一次结构法使管板设计更为科学合理且经济安全。以4种特殊结构的U型管板换热器管板和4种特殊结构弹性基础管板为例,说明如何应用GB/T 151管板计算方法进行管板的应力的计算。     

特殊结构浮头式换热器的管板强度计算

分析比较了三种基于弹性基础圆平板理论的管板受力情况,指出了管板应力计算的差异,提出了用一种变通的固定管板计算方法来解决特殊结构浮头式换热器管板的应力计算.开发出一种将固定管板应力计算方法应用于其他结构换热器管板应力计算的新途径,使GB 151管板计算方法有更广泛的适应性.     

特殊结构柔性薄管板的工程计算方法

柔性薄管板是一种特殊结构的薄管板,国内外均采用有限元法进行设计计算。文章在论证一种安全替代计算模型的基础上,应用JB 4732附录Ⅰ"管壳式换热器管板的应力分析"方法,并运用一次结构法原理控制强度,得到与有限元分析极为接近的设计结果。文中还讨论了影响柔性薄管板强度的诸因素的合理设计。     

特殊结构填函式换热器的管板设计

在分析固定管板换热器管板应力的计算原理基础上,指出了该特殊结构的填函换热器,由于其管板周边的剪力和弯矩为零,不会引起管板的整体弯曲应力,故可视为极端状态的固定管板换热器。在进行管板厚度设计时可免除整体弯曲应力的计算,仅按小圆板模型进行计算,且在结构上满足制造要求的最小厚度即可。     

基于一次结构法的挠性管板强度计算新方法

为了对蒸汽发生器的挠性管板等关键结构进行安全评定,根据一次结构法原理应用GB 150.3、GB/T 151等标准公式和SW6软件对各元件的一次应力及其连接结构的二次应力进行了应力解析计算和安全评估。结果表明,管板与壳体内壁连接处的径向弯曲应力往往是最大应力的所在,是校核设计的关键;一次结构法可用于本案例的管板设计,降低设备成本。文章应用SW6-2011软件,根据一次结构法原理对蒸汽发生器这类带折边挠性薄管板提出一种简便易行、安全可靠的强度设计新方法,可便捷地得到比通常应力分析方法更经济合理的设计结果。     

板壳理论在压力容器强度设计中的经典应用之四(上)——管壳式热交换器管板变通计算的原理与应用(上)

通过分析固定管板、浮头管板和填函管板以及U形管板周边剪力和弯矩的状况,指出七种管板周边剪力和弯矩的差别与联系,同时阐明了"差别"对管板应力的影响。以此为基础,利用变通方法对五种特定管板进行了计算,证实了管板周边剪力和弯矩对管板应力的作用,由此决定了各种管板受力的优劣。结果显示,所述管板受力状况由好到差依次为:固定埋焊管板、浮头埋焊管板、浮头夹持管板、U形埋焊管板和U形夹持管板。此外,对于所述各种管板如何利用SW6软件中的固定埋焊管板模块进行便捷变通计算,给出了具体说明。     

板壳理论在压力容器强度设计中的经典应用之二——八种压力容器壳体的强度计算方法分析(上)

GB 150和GB/T 151是关于压力容器设计、制造等方面的两个主导标准,其中列入了8种受压壳体和4种管板的计算方法。这些元件的计算公式都是基于板壳理论弹性分析推导所得,由于涉及较复杂的数学及力学知识,使广大压力容器设计人员对此不便深入学习理解。文章深入浅出地以材料力学为基础,以结构变形与应力的关系全面诠释上述各元件由板壳理论弹性分析所得的计算公式、应力分布规律和设计计算要点,使设计者便捷地深入掌握理解各元件的计算方法和要点,有效提升设计技术水平。     

板壳理论在压力容器强度设计中的经典应用之二——八种压力容器壳体的强度计算方法分析(下)

GB 150和GB/T 151是关于压力容器设计、制造等方面的两个主导标准,其中列入了8种受压壳体和4种管板的计算方法。这些元件的计算公式都是基于板壳理论弹性分析推导所得,由于涉及较复杂的数学及力学知识,使广大压力容器设计人员对此不便深入学习理解。文章深入浅出地以材料力学为基础,以结构变形与应力的关系全面诠释上述各元件由板壳理论弹性分析所得的计算公式、应力分布规律和设计计算要点,使设计者便捷地深入掌握理解各元件的计算方法和要点,有效提升设计技术水平。     

板壳理论在压力容器强度设计中的经典应用之四(下)——管壳式热交换器管板变通计算的原理与应用(下)

通过分析浮头式和填函式热交换器管板布管区周边的横剪力和弯矩,提出利用固定管板式热交换器管板计算方法变通应用于浮头管板和填函管板的应力计算,并具体给出变通计算时管板周边弯矩的处理方法。结合管板与壳体、管箱的连接方式中典型的夹持结构和埋焊结构,分析指出各种情况下哪块管板受力更苛刻,以及此时如何构建对称管板,然后使用变通处理方法中相应模型进行计算。最后得到结论:对于埋焊结构,按照JB 4732中提供的浮头和填函管板计算方法存在缺陷,并阐述了原因。     

特殊高压U形管换热器管板强度计算方法的分析与比较

讨论了一种特殊高压U形管换热器管板的强度计算。由于其结构特殊,现行标准中没有此种管板的计算方法。文章对此种管板的受力进行了详细地分析。根据此种换热器管板的受力特点,在忽略壳程法兰力矩情况下,使管板计算得出偏安全的结果,在此基础上可形成2种计算方法,并对这2种计算方法进行了分析和比较。计算结果表明这2种计算方法是相当的。均可应用于工程。     

双管板换热器的强度计算

双管板换热器是一种特殊结构的固定管板换热器，它的强度设计方法在GB151《管壳式换热器》中未有给出。在对双管板换热器与一般结构换热器的受力进行分析比较的基础上，论证提出了一种工程计算方法，结果偏于安全可靠。允许两块管板采用不同等厚度，使设计趋经济合理。     

带膨胀节固定管板换热器的强度计算

国家标准GB 151《管壳式换热器》的管板计算方法不能适应带膨胀节的固定管板换热器的计算。文献[1]指出,对这种换热器直接按GB 151方法设计管板,有可能造成大的设计失误。其原因是计算中未考虑壳程压力p_s在膨胀节波谷中作用引起的轴向伸长。笔者分析了此"伸长"对换热器管板应力的重要影响,提出一种将"伸长"化为"当量管壳温差"以解决此类换热器管板设计问题的方法,该计算具有精确性。     

基于ANSYS的特殊结构换热器管板应力分析

应用ANSYS分析软件,对某特殊结构臭氧发生器管板及相应接管区域建立三维实体模型,并在三种危险组合操作工况下对其进行应力分析与评价,分别得出相应的管板及接管区域应力分布规律。相关结果为该臭氧发生器的设计制造提供了理论依据,并对该类型特殊结构的换热设备应力分析与评价提供了一种思路与方法。     

大型蒸发器管板的强度理论及其分析

本文根据圆环板理论,对中心大开孔制糖蒸发器管板的应力应变进行了系统分析,推导出了相应的应力计算式。还根据塑性力学极限分析原理,提出了控制不布管区尺寸的管板极限强度分析法,最后给出了计算实例。     

管壳式换热器管板的疲劳分析设计方法探讨

随着石油化工工程技术的发展,换热器操作条件的复杂化,换热器的疲劳工况在运行中时有出现,目前在进行换热器管板疲劳分析时,往往忽略管板与换热管实际连接接头处的峰值应力计算。采用有限元分析研究管板与换热管连接接头焊缝的峰值应力状况,证实了对换热器疲劳部位进行疲劳分析的必要性。对4种管板与管子连接接头焊缝的高应力进行了计算比较,根据管板弯曲变形的特点,提出了一种受力最佳、制造和检验均很方便的、可避免疲劳分析且合理的管板及其换热管连接结构。     

高压U形管换热器管板设计

通过实例对美国的TEMA标准和ASMEⅧ-1与我国的GB151标准的管板计算进行分析、比较。对特殊结构管板计算进行应力分析。     

板壳理论在压力容器强度设计中的经典应用之五——JB 4732浮头式热交换器管板应力分析方法的考证

我国JB 4732标准中的固定管板应力分析方法是精确合理的弹性分析方法,对其进行变通后可应用于浮头式热交换器管板的强度计算。通过该变通方法与JB 4732浮头式热交换器管板强度计算方法的对比计算发现,JB 4732浮头管板分析方法存在欠缺。比较两种方法的计算模型并对其管板受力状况进行分析,找出到了造成问题的根本原因。     

固定管板应力计算方法在浮头管板和填函管板上的变通应用

通过分析浮头管板和固定管板周边的剪力和弯矩的差别与联系,指出对固定管板变通处理后,可以解决浮头管板的计算问题。文章给出了具体的变通方法,并用一工程算例验证了其正确性。在此基础上,按照变通方法解决了文献所提的"对于工程设计所取管板有效厚度δ(实际)大于GB/T 151所得到的最小管板厚度δ时,如何得到管板和换热管的实际应力"的问题。此外,使用浮头管板的计算方法,对文献所提问题给出了"许用应力折算法"和"压力折算法"等两种计算方法。计算结果表明这两种方法均可用。     

特殊结构高压U形管热交换器管板计算

对管箱为半球壳结构的特殊高压U形管热交换器管板的受力进行简化,假设管板边缘全部承受边缘弯矩,将管板简化为承受均布载荷、受管孔开孔削弱的平盖结构,选取合适的计算参数进行平盖中心最大应力计算,得到的结果与半球壳支撑平盖结构有限元分析结果相差小于5%,检验了简化方法的准确性。考虑管板开孔强度削弱系数后,管板中心最大应力计算结果与有限元分析结果相差很大,主要是管板开孔强度削弱系数μ统一取0.4所致,取强度削弱系数μ=0.4计算的管板厚度结果偏保守,在工程上是适用的。     

含膨胀节固定管板换热器管板的简化计算探讨

为简化带波形膨胀节固定管板换热器管板的有限元分析计算,以某余热回收换热器为例,利用ANSYS软件分别建立该换热器管板的全模型和简化模型,并将两种模型的管板应力及位移分布进行对比。结果表明:简化模型管板的Tresca当量应力分布及径向位移分布与全模型的一致,但简化模型管板的计算最大应力强度值比全模型约大2.6%。计算结果证明此简化方法可行。