【摘要】：整體多層包扎式高壓容器是一種無深環(huán)焊縫的層板包扎式高壓容器。它是將內(nèi)筒首先拼接到所需長度,兩端便可焊上法蘭或封頭,然后在整個(gè)長度上逐層包扎層板。待全長度包扎好并焊好磨平后再包扎第二層,直包扎到所需厚度。這種方法包扎時(shí)各層的環(huán)焊縫可以相互錯(cuò)開,且層板縱焊縫也相互錯(cuò)開一定的角度。由于容器無深厚環(huán)焊縫,具有只漏不爆等優(yōu)點(diǎn),近年來得到廣泛認(rèn)可,其應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大。廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金等行業(yè),如合成氨裝置中的氨分離器,氨合成塔,尿素合成塔等。整體多層包扎式高壓容器作為靜壓承載裝置,當(dāng)假設(shè)層間完美接觸時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)的研究已經(jīng)揭示了許多重要特性和規(guī)律,為該類容器的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及運(yùn)用提供了理論依據(jù)。但是容器層間存在間隙和在動(dòng)態(tài)載荷作用下的應(yīng)力狀態(tài)的研究還不夠深入,且整體多層包扎式高壓容器端部的應(yīng)力狀態(tài)尚未得到詳細(xì)分析。對(duì)整體多層包扎式高壓容器應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)和深入的研究對(duì)于該類容器的強(qiáng)度計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)和安全使用具有重要意義。 本文主要對(duì)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)不同壓力載荷作用下整體多層包扎容器筒體層間存在間隙時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了理論分析和數(shù)值計(jì)算,并對(duì)整體多層包扎容器筒體與球形封頭連接區(qū)應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了數(shù)值分析。主要研究工作和結(jié)論如下： (1)筒體應(yīng)力狀態(tài)理論研究�；趶椥岳碚摷僭O(shè),分析歸納了靜壓作用下層間存在均勻間隙時(shí)不同端部支承條件下多層包扎容器筒體的應(yīng)力狀態(tài),得到了動(dòng)態(tài)壓力作用下層間存在均勻間隙時(shí)筒體應(yīng)力解析計(jì)算公式,并將不同載荷作用下層間有或無間隙時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了比較。理論分析表明：在內(nèi)壓作用下,容器內(nèi)壁應(yīng)力隨著層間間隙的增大而增大。對(duì)于層間存在不均勻間隙的情況,按照變形量等效原理將不均勻間隙等效為均勻間隙,并將等效前后的內(nèi)壁應(yīng)力值進(jìn)行了對(duì)比分析,表明等效計(jì)算方法是可行的。以某兩層容器為例,通過分別計(jì)算均勻間隙和非均勻間隙的應(yīng)力分布情況,結(jié)果表明：非均勻間隙等效為均勻間隙后的內(nèi)壁應(yīng)力值與非均勻間隙平均應(yīng)變法計(jì)算的應(yīng)力值或有限元方法得到的應(yīng)力值相比,數(shù)值偏小,但是誤差不大。 (2)筒體應(yīng)力狀態(tài)數(shù)值模擬。針對(duì)遠(yuǎn)離端部的筒體部分,應(yīng)用ANSYS接觸單元建立了整體多層包扎式高壓容器筒體應(yīng)力狀態(tài)分析模型,模擬其在靜壓、動(dòng)壓不同載荷作用下及層間有或無間隙情況下筒體的應(yīng)力狀態(tài)。與解析理論分析結(jié)果對(duì)比,數(shù)值解與與解析解相吻合,表明了層間接觸模型分析的合理性。 (3)端部連接區(qū)應(yīng)力狀態(tài)數(shù)值模擬。在筒體層間間隙接觸模型分析的基礎(chǔ)上,建立了多層筒體與球形封頭連接區(qū)有限元分析模型。連接封頭的多層筒體采用了層間接觸模型,而球形封頭為整體模型,得到了端部為階梯式連接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布狀態(tài)。并與相同尺寸非多層結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布進(jìn)行了比較。結(jié)果表明,兩種結(jié)構(gòu)內(nèi)外壁應(yīng)力變化趨勢相似,在連接區(qū)出現(xiàn)了明顯的應(yīng)力集中,連接處最大軸向應(yīng)力值大于最大周向應(yīng)力,但達(dá)到最大應(yīng)力值后迅速衰減。利用有限元分析結(jié)果進(jìn)行了強(qiáng)度評(píng)定,表明多層筒體與球形封頭連接區(qū)階梯結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度足夠。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TH49
【圖文】：

工機(jī)械廠與華南理工大學(xué)自1984年以來開始開發(fā)、研制該結(jié)構(gòu)型式的高壓容器，改進(jìn)有關(guān)夾緊裝置，增加回位機(jī)械手，對(duì)開口壓貼回位，并利用層間摩擦減少焊縫長度[3]。經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y試和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，該種結(jié)構(gòu)的多層容器能充分保證安全性能(先漏后爆)。簡化焊接工藝，節(jié)能、節(jié)材。省時(shí)。制造成本顯著下降，且具有多層容器大型化和現(xiàn)場組裝的廣闊前景，于1990年試制成功整體多層夾緊式高壓容器。1998年我國化工部公布了整體多層夾緊式高壓容器國家標(biāo)準(zhǔn)[4]。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了整體多層夾緊式高壓容器適用于設(shè)計(jì)壓力不大于35MPa，設(shè)計(jì)溫度范圍為一20℃一350℃。整體多層包扎式高壓容器是在一整體內(nèi)筒上采用機(jī)械手逐層夾緊包扎層板，且層板縱環(huán)焊接接頭相互錯(cuò)開而成的一種多層壓力容器，如圖1.1所示[4]，層板筒節(jié)縱縫周向錯(cuò)開角度為“，相鄰層環(huán)縫軸向錯(cuò)開距離為L。在層板包扎過程中，先將內(nèi)筒、底封頭和端部法蘭組焊成整體內(nèi)筒，再把預(yù)卷好的層板筒節(jié)從底封頭處套入整體內(nèi)筒上包扎或夾緊層板并點(diǎn)焊固定〔5〕。特點(diǎn)階7]如下:

端封閉但軸向未受到約束筒體，E:，0對(duì)兩端封閉但軸向未受到約束的多層壓力容器，當(dāng)層間有均間隙以及消除全部間隙后的應(yīng)力進(jìn)行了詳細(xì)的分析，應(yīng)力9)。本文第三章應(yīng)用有限元方法建立了兩端封閉的多層容器元分析結(jié)果與黃炎推導(dǎo)的應(yīng)力計(jì)算公式相吻合，兩種計(jì)算方表3.3所示。端封閉同時(shí)軸向變形受限制的筒體，E:一。筒體遠(yuǎn)離端部，其應(yīng)力、應(yīng)變分量沿軸向的各截面是不變的向應(yīng)力值不隨支承條件的不同而變化。但其軸向應(yīng)力隨支承狀軸向變形受到限制兩端封閉的筒體，其軸向變形為零，即￡:借鑒黃炎的方法〔’6〕，可以推導(dǎo)出兩端封閉同時(shí)軸向變形受限制公式。

沿壁厚應(yīng)力分布的有限元數(shù)值解與拉美公式理論解的對(duì)比，表中丐為兩端封閉同時(shí)軸向變形受限制的筒體(e:一0)軸向應(yīng)力值，氣為兩端封閉的筒體(::，0)軸向應(yīng)力值。圖3.2為遠(yuǎn)離端部筒體沿壁厚應(yīng)力分布對(duì)比圖。對(duì)于層間接觸壓力的計(jì)算，可利用拉美公式中，徑向應(yīng)力公式推導(dǎo)而得，當(dāng)獷一凡、、。。、___pf，嘴、;:二。不11_時(shí)，徑向應(yīng)力氏=一p。=二事萬}1一魯}，從而得到:刀‘一1(R夕)尹f尺，，、P方=二萬，花.1.二了一11p一1戈找，) (3.1)式中

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本文編號(hào)：2755034