文档介绍：化工装备新产品新技术
压力容器快开门法兰的有限元分析
杜四宏袁振伟王三保李伟然(郑州大学化工设备研究所,郑州)
摘要:通过和对压力容器快开门法兰进行了有限元应力分析,得到了其受力特性和
应力分布规律,并对其进行了应力强度评定。
关键词:压力容器快开门法兰有限元分析强度评定
前言文利用强大的造型功能建立齿啮式快开
门法兰的精确模型,然后在中完成有
齿啮式快开压力容器广泛用于化工、医药、食
限元分析工作。
品、纺织、航天、造纸等工业领域。如硫化罐、杀
为揭示齿啮式快开机构的受力特性和应力分
菌锅、蒸压釜、蒸汽定型锅等。齿啮式快开装置
布规律,笔者对某厂一台蒸压釜(内径为毫
的工作原理较简单,即沿快开装置的圆周方向加
米,设计压力为,设计温度为℃,法
工出均布的齿,通过将顶盖法兰旋转某一角度,实
兰材质为锻件)中凸形封头齿啮式快开盖的
现顶盖法兰齿与卡箍齿之间的啮合和错开,从而
顶盖法兰和端部法兰的齿跟这个重要部位进行了
得到快速启闭的目的。目前快开机构的设计计算
有限元应力分析并对其进行了强度评定。其分析
只能参照国内外的类似计算规定。如日本的工业
过程和计算结果可为试验和生产提供一定的参考
标准《压力容器快速开关盖装置》、
和依据。
前苏联的《蒸压釜的容许工作压力计算》和我国
的《钢制压力容器》中“卡箍紧固结蒸压釜快开装置的结构
构”计算方法等。迄今为止还没有齿啮式快开盖蒸压釜快开装置的结构一般由凸形顶盖(凸
的设计规范标准供选用。形封头)、釜盖法兰、型密封圈、釜体、釜体法
近年来,在计算机技术和数值分析方法的支兰、开盖起吊装置和安全联锁装置等组成。釜盖
持下发展起来的有限元分析( 法兰和釜体法兰在圆周方向上有均匀分布且可相
)方法则为解决复杂的工程分析计算问题互配合的个啮合齿。釜盖法兰和釜体法兰的啮
提供了有效的途径。软件是集结构、流体、合结构如图所示。
电场、磁场和声场分析为一体的大型通用有限元
模型的有限元分析
分析软件。拥有丰富和完善的单元库、材料模型
几何模型的建立
库和求解器,在合理的边界条件下可获得问题的
前面已经提到,釜盖法兰(含球冠形封头)和
精确求解。为了能够用软件对快开门结构
釜体法兰的精确几何模型是在中建立
进行分析,必须先进行快开门结构的三维造型。
的。在中,通过旋转、剪切、阵列等特
三维实体造型软件通用性强,造型功能强
征来完成这两个几何模型的建立。然后,通过两
大,并且自带接口可进行多种图形格式的输出。在
个软件间的无缝连接将已建立的几何模型导入到
造型后,可方便地被后继工程分析软件所利用。本
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化工装备新产品新技术
中。有限元计算结果分析及强度评定
网格划分
蒸压釜齿啮式快开装置釜体部分与釜盖部分
由于本次是取整个釜盖法兰和整个釜体法兰
齿跟处的应力强度云图分别如图、图所示。从
进行有限元分析的,所以在进行网格划分时采用
图中可以清楚地看出:齿跟周围的区域处于高应
的是自由网格划分。因为在有限元计算中,
力区,尤其是釜盖部分,应力强度最大点出现在
六面体网格较四面体网格精确,所以在对