压力容器开孔接管区的有限元分析和实验研究

?必威动态 ????|???? ?2019-07-18 12:59


  压力容器是在核工业、石油化工、轻工、电厂、化学化工、制药等工业生产中广泛使用的重要设备,由于各种工艺和结构上的要求,常常需要压力容器封头上开孔并安装接管。一般采用正交开孔接管、斜接管、切向开孔接管连接形式。随着工业、国防、航天航空技术的发展,常常会出现d/D>0.5的大开孔情况。大开孔结构,使筒体几何不连续性加剧,引起开孔附近区域应力集中,在筒体上造成局部高应力,从而严重影响筒体的承载能力,该部位很有可能成为设备的破坏源,因此对开孔接管部位作较详细的应力分析和强度评定是确保压力容器安全运行必不可少的内容。笔者对压力容器开孔接管进行有限元应力分析,并进行实际模型的应力测试,以比较正交开孔和切向开孔连接结构的应力分布与应力集中状况。
  1有限元模型压力容器切向开孔和正交开孔接管模型如,其几何参数(parameter)为:筒体内径1000mm,壁厚8mm,接管尺寸:内径300mm,壁厚8mm.试验时可通过上方的加压孔注水加压。
  压力容器切向开孔和正交开孔接管槿型压力容器筒体和接管材料(Material)为Q235,材料在设计条件下的力学参数为:筒体材料的弹性模量E=2.0X105,材料的泊松比u=0.3,设计应力强度Sm=130MPa;接管的弹性模量E=
  2. 0X105,材料(Material)的泊松比u=0.3,设应力强度Sm=145MPa.根据实际模型在ANSYSApp中以建立几何模型。采用壳单元SHELL63进行网格划分。
  2有限元分析结果和分析分析中忽略结构焊缝的影响。压力容器能够承受压力的密闭容器。压力容器的用途极为广泛,它在工业、民用、军工等许多部门以及科学研究的许多领域都具有重要的地位和作用。压力加载从0到30MPa按压力容器正交开孔接管的应力分布如。压力容器切向开孔接管的应力分布如。
  田3正交开孔接管区应力分布云围切向开孔接管区应力分布云图表1压力容器接管区应力测试值VonMies)从该图以及计算结果中可以看到,远离压力容器开孔接管处,其应力值无变化,基本上为筒体的薄膜应力;在压力容器开孔接管连接区域附近,应力变化的梯度很大,出现了明显的应力集中现象。
  压力容器切向开孔接管的最大应力发生在接管与筒体相切处部位上下侧,最大应力强度(strength)为122MPa.此为最危险部位,应对其进行强度评定。其余远离连接处部位如筒体、接管的应力值均较小。
  压力容器正交开孔接管的最大应力发生在接管与筒体相交处部位两侧,最大应力强度为92MPa.与压力容器切向开孔接管相比,压力容器正交开孔接管的最大应力强度要小得多。不锈钢储罐密封性好;密封式设计彻底杜绝了空气飘尘中有害物质和蚊虫入侵罐内,确保水质不受外界污染和滋生红虫。
  3电阻应变测试试验用水作为传递压力的介质(起决定作用的物质)。为液压试验需要,将接管的一端进行了封闭处理。
  3.1测点布置示出了测试点的布置情况。
  试件上量测点的个数及其位置是根据有限元分析确定的。
  由于模型具有对称(symmetry)性,因此选择(xuanze)接管区的一半来测试。1、2、3、4、位于容器上,位于接管上。均位于焊缝附近。
  3.2试验及数据分析(Data Analysis)每个测点贴1片等边三角形应变花。温度补偿采用在材料与试件相同的半个球壳上粘贴温度补偿应变片的方法,为确保该半球壳的温度条件与试件完全一致,该半球壳内盛加压用的自来水。
  运行DH3816静态应变测试系统App,输入参数调平衡。
  启动电动试压泵,对试件进行预加压,再回零。再让电动试压泵从0开始,按每级增加5MPa逐级加压至30MPa.根据应变仪采集到的数据计算出各点在每级压力下的第一主应变值,如表1.从数据表可以看出:1)在试验中容器处于弹性状态,测试(TestMeasure)结果与有限元分析结果符合较好,应力变化规律相同;2)接管上应力强度比容器筒体上的应力强度要小得多;3)压力容器切向开孔接管比正交开孔接管在接管区的应力要大。
  4结论根据有限元分析和测试结果分析,发现连接区域都有明显的应力集中现象;切向开孔接管应力最大值均发生在压力容器与接管相切处且位于接管内侧;正交开孔接管应力最大值均发生在压力容器与接管相交处左右两侧;该区域应力梯度大,且应力分布随离该处距离的增加而快速减小。
  切向开孔接管与正交开孔接管相比,压力容器切向开孔接管其较小的开孔接管也易成为大开孔结构,使筒体几何不连续(Continuity)性加剧,引起的应力值更大,表明在可能的情况下,应尽量采用正交接管的连接形式。储气罐不同分:碳素钢储气罐、低合金钢储气罐、不锈钢储气罐。按照压力分:低压储气罐、中压储气罐、高压储气罐。储气罐(压力容器)一般由筒体、封头、法兰、接管、密封元件和支座等零件和部件组成。此外,还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。