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隨著鍋爐技術(shù)的發(fā)展，不斷出現(xiàn)大量新的爐型。近期我們在對進口鍋爐的檢驗中遇到一種異型鍋殼鍋爐，鍋筒橫截面呈“8”字型，由上下兩個筒體相貫而成。由于相關(guān)標準、規(guī)范中無此類受壓元件的強度計算規(guī)定，因此我們用有限元方法對該結(jié)構(gòu)進行了強度分析和評定，用于指導(dǎo)進口鍋爐的檢驗和今后的定期檢驗工作。
該鍋爐從德國某廠進口，在上下鍋筒相貫線位置沿軸向均勻布置了10條平筋板。鍋爐整體結(jié)構(gòu)如圖所示，筋板與鍋筒連接詳圖如圖。該鍋爐為回燃式熱水鍋爐，主要參數(shù)如下：設(shè)計壓力為6bar，設(shè)計溫度為120℃，額定功率為1600kW，上、下鍋筒厚度分別為6mm，5mm，主體材質(zhì)為S235JRG2。該鍋爐的突出優(yōu)點是比較緊湊，在同樣空間內(nèi)可以布置較大的傳熱面積。國內(nèi)同種出力的鍋爐鍋筒直徑往往達1800mm以上，而此鍋爐的鍋筒直徑僅有1105mm，直徑變小意味著鍋筒厚度減小，金屬消耗量降低，從而降低了制造成本。
分析的重點目標是考察上下鍋筒連接焊縫位置及筋板的強度。取三種載荷工況進行分析計算：設(shè)計工況(壓力和溫差聯(lián)合作用)，僅設(shè)計壓力作用，僅溫差作用。鍋爐存在一個縱向?qū)ΨQ面，但沿軸向不完全對稱，為了減少計算工作量，仍取鍋爐的1/4建立三維有限元模型，這種簡化不會對計算結(jié)果造成太大影響。計算中考慮介質(zhì)壓力及鍋筒、管板、煙管、爐膽不同溫度的影響。模型中采用的材料參數(shù)如表，取用金屬壁溫時參考了文獻的有關(guān)規(guī)定，彈性模量、線膨脹系數(shù)選自文獻的附錄。采用ALGORFEM軟件的進行計算，選用該軟件提供的非協(xié)調(diào)8節(jié)點等參實體單元。在重點考察部位采用較細網(wǎng)格(計算結(jié)果表明，該位置的“網(wǎng)格誤差”在2.8%以內(nèi))，而其它位置采用了相對粗大網(wǎng)格。模型中將各部件的“金屬壁溫”直接施加到相應(yīng)部件的節(jié)點上。
計算中約束了對稱面上的非對稱位移。計算模型及局部放大圖如圖。在分析模型中對筋板一鍋筒連接部位進行了簡化，簡化前的實際結(jié)構(gòu)如圖，這種簡化對連接部位將產(chǎn)生相對保守的結(jié)果，而對筋板上遠離與鍋筒連接的位置影響很小。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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