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對(duì)某煉廠焦炭塔底蓋進(jìn)行了一系列改造，底蓋整體裝置稱為液壓一卡扎里快開(kāi)底蓋機(jī)。本研究對(duì)此焦炭塔底蓋機(jī)進(jìn)行強(qiáng)度分析，其外觀結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖。其密封原理是以GB150-1998鋼制壓力容器中的卡扎里密封結(jié)構(gòu)形式為基礎(chǔ)的，引入了液壓碟簧系統(tǒng)以替代規(guī)范中的頂緊螺栓，便于自動(dòng)化控制和操作。工作原理為：通過(guò)液壓頂桿推動(dòng)壓環(huán)，壓緊密封圈實(shí)現(xiàn)密封。
依據(jù)底蓋機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和載荷條件，對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，取其截面建立如下分析模型，包括連接法蘭、活套、底蓋、密封圈、壓環(huán)、頂桿，其材料均為15CrMoR，分析模型見(jiàn)圖。分析模型頂部，上法蘭面，兩側(cè)面，軸對(duì)稱約束，殼體內(nèi)表面P=0.35MPa，密封壓環(huán)下表面壓緊力P=131.58MPa，法蘭底固定液壓螺栓張力P=137.068MPa。約束邊界條件見(jiàn)圖，載荷條件見(jiàn)圖。單元選擇ANSYS中的SOLID95，20節(jié)點(diǎn)3D單元，其中SOLID95單元為18585個(gè)，節(jié)點(diǎn)40780個(gè)。對(duì)分析模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行應(yīng)力分析，結(jié)果如圖所示，圖中應(yīng)力單位為MPa，位移單位為mm。圖分別為整體變形圖、總體應(yīng)力分布圖、底蓋應(yīng)力分布圖、底蓋法蘭局部應(yīng)力分布圖、活套應(yīng)力分布圖及整體的位移分布圖。從圖可以看出，整體形變非常小，可見(jiàn)此結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)剛度失效。從圖可見(jiàn)結(jié)構(gòu)件的整體變形及局部的應(yīng)力分布情況。其中出現(xiàn)蓋板中L處、底蓋法蘭上頸連接處、底蓋法蘭與活套連接螺紋底部、密封圈與壓環(huán)接觸處、進(jìn)料段與上連接法蘭連接處等幾個(gè)危險(xiǎn)截面。具體出現(xiàn)的危險(xiǎn)截面見(jiàn)表。
本研究針對(duì)出現(xiàn)的幾個(gè)危險(xiǎn)截面，進(jìn)一步進(jìn)行分析，依據(jù)JB4732-95對(duì)分析模型安全性進(jìn)行評(píng)定，提取出了各危險(xiǎn)截面上的一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度和一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度。在JB4732-95中查到材料15CrMn。在此工況下應(yīng)力強(qiáng)度S為94.2MPa，按JB4732-95的分析設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度校核，即一次薄膜應(yīng)力：51.5-92.4MPa為安全。可見(jiàn)其中的密封圈與壓環(huán)接觸部位不滿足安全要求，其余部位均滿足安全性要求。因此考慮更換密封圈材料為0Cr13、壓環(huán)材料為35CrMoA，經(jīng)校核滿足安全性要求。
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