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离心压缩机压缩气体如何有限元分析-正脉科工CAE分析培训机构

 
 

离心压缩机压缩气体如何有限元分析

作者:管理员    发布于:2013-05-13 21:06:47    文字:【】【】【
摘要:  离心压缩机压缩的气体品类越来越多,除空气、氮气外,还有氯气、瓦斯、原料气、丙烯及乙烯等一点具易燃易爆有毒的气体。

1 前言

  离心压缩机压缩的气体品类越来越多,除空气、氮气外,还有氯气、瓦斯、原料气、丙烯及乙烯等一点具易燃易爆有毒的气体。压缩机制作厂为了避免因产质量量问题给用户使役带来风险,在产品出厂前要经过各种尝试手眼来察验其是否达到预期的性能指标。针对年产百万吨乙烯装置这么的大型国产化重点产品,一项十分关紧的尝试就是出厂前的水压尝试,即在内部水压条件下,压缩机焊机壳应具备优良的密闭性,中分面不应发生泄漏,机壳与螺栓的强度应达成充分保障。本文以沈阳吹风机集团股份有限企业生产的百万吨乙烯装置用压缩机水准剖分型烧焊机壳(以下略称为机壳)为研讨对象,使役有限元剖析软件ANSYS计算机壳的变形和应力分布,以确认在内压效用下中分面上、下法兰接触面是否离合并导致泄漏,并对中分面预紧螺栓施行基于精细化有限元板型的安全性评估。

  2 有限元板型

  依据设计图纸,本文用SOLIDWORKS软件对机壳施行实体造型并将其导入到ANSYSWorkbench背景施行有限元板型构建。考量到机壳结构的对称性,有限元剖析仅在半壁的实体向上行,并在结构对称面上施加对称边界条件。有限元板型主要涵盖上、下机壳、中分面法兰、轴承座和端板以及中分面预紧螺栓、一、二段进出口风筒等器件,并保存了主要承载局部的增强筋板。

  对机壳群体几何板型,使役ANSYS提供的Solid186和Solid187两种二阶单元施行混合有限元网格剖分,达成其有限元网格板型共如图1.a所示,该板型工包含129739个单元,169534个节点,在有限元板型中,对于上下机壳的法兰接触面以及结构其它零器件之间的接触行径采用ANSYS提供的三维接触单元TARGE170和CONTA174施行模拟,中分面法兰连署的螺栓预紧行径采用PRETS179单元施行模拟。图1.b所示为在螺栓连署部分细化剖析中采用的包含螺丝扣牙等结构细节的全六面体有限元板型,该板型包含单元总额为95067个,节点总额为103139个。
  板型的边界条件按水压工况给出:机壳上下颠倒放置,固定上机壳增强筋板上外表惠风筒底面的面内位移。计算时的荷载为结构自重、壳体内压和螺栓预紧力。预紧力的计算采用经验公式:
  其中,d和T作别代表螺栓直径和预紧力矩。依据给定的预紧力矩(25000Kg*m),计算时施加在预紧单元上的螺栓预紧应力为2500KN。

  3 有限元剖析结果

  3.1 群体应力与变形

  当壳体内压为1.6MPa时,机壳的群体变形如图2.a所示,最大位移为5.5mm,发生在风筒的外侧筋板上。结构群体的von Mises 等效应力如图2.b所示,上、下机壳的von Mises等效应力如图2.c-d所示。上机壳高应力地带出如今分流板与内壳板接境处,为应力集中点。上机壳绝大多地带的应力都不超过200MPa,端板的应力不超过150MPa。计算中发现了小量的高应力集中区,作别出如今出如今分流板与一段进风筒连署处,以及内壳板与分流板的连署处等。情节判别,认定为风筒、增强筋板、外壳板等器件相交、几何式样突变以致的应力集中对机壳的群体强度没有影响。下机壳外壳板的应力值无上不超过150MPa,而且绝大部风地带的应力水准低于100MPa。有限元分析培训对外机壳的强度剖析表明,机壳在1.6MPa的办公压力下,知足设计的强度要求。
  中分面接触面貌剖析

  按照设计要求,考察上、下机壳法兰在中分面的接触面貌。计算结果表明,在1.6MPa内压效用下,接触地带的分布是基本上是平均的。在图3.a中,红色局部代表黏附区,橙色局部为接触滑动区,黄色局部为靠近接触区,蓝色局部为脱开区。可以看见,上、下法兰的接触区大多为黏附区,接触比较紧急,接触区覆被了所有螺栓孔,故此在1.6MPa内压下不会发生泄漏。图3.b给出了中分面上的接触压力分布,接触压力大多地带均低于150MPa,但在法兰中段冒尖局部向迩气缸的一侧,接触压力要小众多,如图中红圈位置。

  给出了中分面预紧螺栓的应力分布。抽取机壳中段的一个螺栓,查看其等效应力分布。螺栓在预紧后闪现拉弯组合变形,最大应力出如今上法兰近旁螺栓柱与螺帽的连署处,应力值约为492MPa,螺栓柱内的均等应力不超过398MPa,知足设计强度要求。

  为了进一步剖析中分面预紧螺栓的力学行径,本文对包含螺丝扣的螺栓连署问题施行了精细板型的有限元剖析。开办如图5.a所示的全六面体有限元板型,将群体计算达成的接触压力作为边界条件施加其在与上法兰的接触面;固定其向迩外壳板的一侧,在法兰横截面施加对称边界条件。

  接触剖析的计算结果预示,最大应力发生在第一螺丝扣地带的螺柱螺丝扣牙处,其值为937MPa,与之对应的第一螺丝扣地带的基材螺丝扣牙处最大应力值为633MPa。

  从计算结果看,螺栓柱和基材(不涵盖螺丝扣牙)的应力都不高,不会出现强度不足的问题。但螺丝扣根部地带有高应力区,超过了材料的屈挠极限,但都小于两倍的屈挠极限,需要出奇的注意。

  考量到水压尝试后螺栓和基材螺丝扣牙都要经历卸载过程,并由此萌生有利的残存应力场。基于结构安澜性理论,若果首届承载后螺栓与基材的等效应力小于屈挠极限的两倍,那么当螺栓再次秉受同等的荷重,就不会萌生新的范性变形,而器件内的等效应力与残存应力叠加后,其总应力将小于材料的屈挠应力,这么的设计就是合理而安全的。图6.b给出了基材高应力区应力值的衰减情况,从图上看出,等效应力值自高应力地带向外很快衰减。所以在实际使役时,应避免螺栓受力出现大的撩动以避免疲乏毁伤。

  额外,螺栓在实职面貌下的受力情况十分复杂,如可能,应当开展验证性实验,校核计算结果。

  4 结论

  本文针对年产百万吨级乙烯装置用压缩机水准剖分型烧焊机壳开展了基于三维实体板型的有限元剖析,达成如次结论:

  1)在自重、螺栓预紧力和内压效用下,上、下机壳的强度能够知足要求。应力集中仅发生在少数边界式样不世故和刚度突变处。

  2)在所有荷载(自重、预紧力、内压)效用下,轴承区近旁法兰上、下外表保持接触面貌,不会发生泄漏。但应注意局部地带接触压力稍小,是囫囵弥缝体系的脆弱环节。

  3)在螺栓柱与基材螺丝扣牙上,存在超出屈挠极限的高应力区,而依据安澜性理论,此处螺栓连署是安全靠得住地,但仍应尽力避免交变应力面貌引动疲乏断裂。

  4)因为螺栓和机壳的受力十分复杂,如可能,应当开展验证性实验,校核计算结果。

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