[doc] 超高压水晶釜釜体外壁盲孔部位有限元应力分析
超高压水晶釜釜体外壁盲孔部位有限元应
力分析
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32?中国特种设备安全第23卷第1期
安全按球
超高压水晶釜整体外壁盲孔
部位有限元应力分析
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(西北大学化工学院)
在容器的定期检验中,经常遇到在役压力容器
中含有与原设计图纸不符的结构,如果不加以合理
的分析,简单的不允许这些结构的存在,会造成不
必要的返修,甚至有可能将合乎于使用要求的设备
判废.更为严重的是,若结构返修不当,反而会增加
新的危险.只有对与原设计图纸不符的结构进行合
理的分析.科学的评定,才能既保证在役压力容器
的安全使用,又可获得较好的经济性.
图1为一超高压水晶釜.用户为了监控反应釜
的操作温度.在釜体外壁面上钻了1个,6mm×
14.75ram的盲孑L,以便安装测温装置.釜体处壁面盲
孑L的出现,违反了原设计要求,因此,对反应釜的安
全性提出了疑问.本文采用有限元的方法对盲孑L部
位进行了详细的应力计算,旨在判断该反应釜能否
安全运行
图l釜体上盲孔的结构
l基本参数
水晶釜釜体,由PCrNi3MoVA钢材锻造,机械加
工而成.实测其内,外直径分别为~b250.13ram~l
35.45mm;设计压力为151MPa,工作压力为
137MPa;设计温度为400~C,工作温度为38O?;釜体
外部非火焰加热,釜体材质机械性能测试结果见
表
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1.
表1PCrNi3MoVA机械性能
抗拉强度断裂韧性屈服强度
cr~/MPa弹性模量MPaMP
aK~/(MPa/m”1
1072ll642.1×1Ol15
2有限元计算
2.1计算模型的建立
釜体在内压作用下.属于轴对称结构.由于盲
孑L的存在且尺寸较小,故计算模型取釜体的1/4结
构,如图2所示.
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{一
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图2有限元计算模型
第23卷第1期中国特种设备安全?33?
边界条件的处理:由于对称性.在XO湎和XOZ
面分别给定向和X方向位移为零的约束.为防止
刚体位移.在模型右端给定y方向位移为零的约束;
在模型内壁面施压均布压力Pl=151MPa.在模型左
端面施加的均布拉力/~=74.74MPa.p2的确定由Lame
方程确定如下:
p2==74.74MPa
其中p为设计压力,取151MPa;K为径比,经计算为
1.74.由于该设备采用外加热有保温.且在轴向设备
一
端自由无约束,所以不计温度应力.
本文计算采用中国锅炉压力容器标准化技术
委员会认证并在国务院17个部委推广使用的AN—
SYS5.7分析程序.整个计算共用了11888个四面体
单位.18268个节点,网络划分如图3所示.+
图3孔周围局部网格图
2.2计算结果和分析
根据计算结果,釜体上盲孔部位的应力场及沿
主要剖面的应力分布情况见图4,7所示.
图4盲孔部位的应力场
从应力分布图可见,最大应力出现在釜体内壁
面,其值为389.34MPa,而孔边缘处最大应力出现在
4号点(见图6)处,晟大值为282.82MPa,相对无盲孔
肘基本应力(128.72MPa),具有2.2应力集中系数,其
余点应力较小.
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图5釜体外壁盲孔周围应力分布
图6XO撺J面沿1,2,4线应力分布
79.4923.84739.74555.64371.54187.439103.336
图7X0z音0面沿1,2,3线应力分布
3结束语
有限元计算结果表明,带有盲孔的釜体,在设
计压力作用下,其最大当量应力发生在釜体内壁
面,而不在盲孔周围,尽管孔外缘有2.2的应力集中
系数.因此.超高压水晶釜釜体上该盲孔的出现,不
会影响到该设备的安全运行.但应在使用中加强管
理和监控.进行定期检验.
(收稿日期2006-06-07)
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