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。     

GB/T 151浮头式热交换器管板厚度计算不需选代求解释疑

GB/T 151确定浮头式热交换器管板计算厚度时没有试算求解过程,引起了其与弹性基础圆平板理论不符的疑问。文章从系数C的力学意义、影响参数入手,分析及解释了GB/T 151浮头式热交换器管板设计方法,揭示了试算法和穷举法求解管板计算厚度的力学涵义,证明它们的本质是一致的,并由此阐明穷举法是符合弹性基础圆平板理论的、科学合理的设计方法。     

板壳理论在压力容器强度设计中的经典应用之六——我国换热器管板计算方法在工程设计中拓展运用的回顾与展望

我国国家标准GB/T 151中的管板设计方法是国际上先进的计算方法,近40年的工程实践充分证明了其合理性和可靠性。文章回顾了如何推翻西德、前苏联方法,确立我国GB/T 151管板计算方法的过程,进而总结了如何以GB/T 151法为基础,经巧妙变通解决各种管板的计算难题的途径,同时指出了JB4732管板计算方法的一个欠缺,并展望了采用一次结构法对管板设计进行优化的良好前景。     

2016年第5期导读

<正>本期论文广场栏目中,基于ANSYS的固定管板换热器有限元分析一文,通过建立固定管板式换热器的有限元分析模型,按标准方法计算六种工况下管板应力、壳程筒体的轴向应力及换热管的轴向应力。同时采用JB4732的方法对管板与筒体的应力进行评定,采用GB/T151的方法对换热管的轴向应力、拉脱力进行评定。结果表明,管板及换热管满     

基于ANSYS的固定管板换热器有限元分析

建立了固定管板式换热器的有限元分析模型,按标准方法计算六种工况下管板应力、壳程筒体的轴向应力以及换热管的轴向应力。同时采用JB4732-1995的方法对管板与筒体的应力进行评定,采用GB/T151-2014的方法对换热管的轴向应力、拉脱力进行评定。结果表明,管板及换热管满足结构的强度要求。     

双管板抽提蒸馏塔再沸器的工程设计

以抽提蒸馏塔再沸器为例,结合新版标准GB/T151-2014介绍双管板换热器的工程设计,着重阐述双管板换热器的结构设计、管板间隙和管板厚度的选取和计算,最后对制造及检验提出要求。     

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。     

油浆蒸汽发生器管板减应力槽的设计

油浆蒸汽发生器在使用过程中管板处经常出现开裂的情况。试验表明,管板受到温差交变应力,即交变的热载荷作用而产生疲劳破坏。同时又存在拉应力的作用,并且设备长期承受介质腐蚀和应力腐蚀,导致管板开裂。经理论和实验验证,焊接接头在管板的减应力槽上的位置产生了一个应力低谷,开槽管板焊接热影响区的低应力区范围较不开槽的有所扩大,能够有效预防径向裂纹的萌生和扩展,因此大大延长了设备使用寿命,满足装置的正常运行。以油浆蒸汽发生器的管板结构为例,在符合GB/T 151—2014《热交换器》要求的情况下进行减应力槽的设计。分别设计了换热管直径为25 mm和32 mm的管板减应力槽,满足了实际生产和设备运行需要。     

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(下)

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形"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。     

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。     

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。     

压力容器强度设计技术分析（六）

2 管壳式换热器备元件应力解析 本文介绍我国国家标准GB151《管壳式换热器》中固定管板换热器计算方法所考虑的管板、管子、壳体在各种载荷(P_s、P_t、△t)作用下应力的产生机理、危险工况组合及计算。该计算方法的力学模型如图1所示。     

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.     

双管板热交换器应力分析和结构优化

针对传统管壳式热交换器设计过于保守的问题,利用有限元ANSYS软件对双管板热交换器的结构进行疲劳校核以及应力分析。在满足疲劳强度和应力强度条件下,采用ANSYS的APDL对双管板热交换器的外管板厚度,内管板厚度,内、外管板间距,换热管厚度以及换热管外径这5个变量进行参数优化设计,以整体结构的体积最小作为目标函数。有限元分析结果表明,优化后双管板热交换器的质量降低了21.6%,可使生产制造费用得到有效降低,达到降低总质量和节约成本的目的。     

带N型管箱换热器中筒体厚度对管板设计厚度的影响

对于带N型管箱的固定管板换热器,管板与两侧筒体直接焊接;文章从基本原理入手,考察管板周边区域的受力情况,分析了筒体厚度对旋转刚度参数Kf及管板边缘支撑条件的作用;区分壳程带与不带膨胀节两种情况并结合换热管加强系数K的调整,文章通过八个算例来分析圆筒厚度变化对管板内径向应力分布以及极值的影响.由于壳程筒体的轴向刚度与其自身厚度有关并会直接影响到管板的设计厚度,文章分析了这一影响规律并提出了壳程筒体由不同厚度段组成时的轴向刚度计算.     

换热器薄管板的设计计算

将管板视作管子固定支撑下的平板，建立薄管板数学模型，得出了薄管板厚度计算公式；参考GB151-1989（（钢制管壳式换热器》的管板设计计算，提出了适合我国应用的薄管板设计公式；根据应力测定、爆破试验以及使用情况分析，给出了国内薄管板厚度系列表，为薄管板的工程设计提供可靠依据。     

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。     

ASME Ⅷ.2多孔板弹性分析方法在大型列管式反应器设计中的应用

大型列管式反应器是石化装置中的重要设备。该类反应器和上下管板与管壳程筒体均焊接的固定管板式换热器类似。在装置大型化后,这类反应器中换热管数量较多,建立3D模型进行有限元应力分析,求解不便。ASMEⅧ.2标准中的分析计算章节,采用附录5-E的弹性应力分析为基础的多孔板设计方法,将管板等效成当量实心板进行应力分析,简化了计算,是目前国际上较为通用的方法。文章详细介绍了某大型列管式反应器采用ASMEⅧ.2中当量实心板简化方法进行应力分析的过程,并将分析结果与真实的3D模型计算进行对比,结果表明:这种方法是可靠的,可在实际工程中应用。     

复合板固定管板热交换器设计中的几点探讨

复合板固定管板热交换器兼具高强度和耐腐蚀优点,在诸多行业中得到广泛应用。对复合板固定管板热交换器设计中的若干问题,如涉及复合管板相关事项、计算输入的简化及管孔结构的选择等进行了分析和探讨,论证了换热管承受轴向压应力时爆炸复合管板应用的可行性,点明了复合管板与换热管焊接连接拉脱应力计算中材料许用应力的取值误区,给出了SW6软件中壳程复层厚度的简化输入方式,阐明了复合管板与换热管连接方式的选择细节。可为复合板固定管板热交换器的设计提供有益参考。