基于ANSYS的填料塔夹套接管的应力分析

齐恩伍

(中国原子能科学研究院，北京 102413)

基于ANSYS的填料塔夹套接管的应力分析

齐恩伍

(中国原子能科学研究院，北京 102413)

由于外部接管的存在，使的夹套接管附件的应力状况非常复杂，本文利用ANSYS软件，使用有限元分析的方法对其应力分布进行了分析，最终的分析结果表明了有限元分析方法的正确性和可行性。

接管；ANSYS；应力分析

1 问题描述

有保温要求的填料塔，通常做法是在塔节外部焊接夹套结构，然后在夹套内填充保温水，以达到保温的要求，从而利于塔体内部反应温度的稳定，如图1所示为具体的塔节结构示意图。

图1 塔节结构

外部夹套接管的存在，使得接管区应力状况非常复杂，这是因为：

(1)接管的开孔破坏了夹套壳体的材料连续性，削弱了原有的承载面积，必然造成开孔边缘附件区域的应力集中；

(2)接管的存在使得开孔接管区域成为总体结构不连续区，夹套壳体和接管在内压作用下自由变形不一致，在变形协调的过程中产生边缘应力；

(3)接管与夹套筒体通过焊接连接在一起，焊接结构的尺寸如焊缝高度、边缘角度尺寸等会形成局部结构不连续，从而形成局部不连续应力。所以接管区域的应力分析是压力容器应力分析的重要内容之一。

2 模型建立

2.1 有限元模型

内外筒体、上下外筒体盖板用ANSYS软件的SHELL63单元模拟，其它结构使用实体单元SOLID45单元建立。塔节具体的有限元模型如图2所示，因为只考察接管附件的局部载荷作用，所以模型未包括上下法兰。

2.2 载荷

(1)正常工况下，塔节内筒的压力为0.1MPa，套筒的内压为0.1MPa，塔节重量为275.6kg。

(2)接管载荷

接管所受载荷的确定在接管的应力分析时一直是个难点，基本上有两种考虑方法：

a.在布完管道后按照实际所受的管道载荷确定，此种方法计算出来的载荷精确，但要等到布管人员布置完管道之后再进行分析，不利于工作的同步展开；

b.就是先计算接管可能受到的极限载荷，然后再校核此载荷是否符合实际要求。

图2 接管有限元模型

本文采用第二种方法，校核接管在可能受到的极限载荷作用下的受力情况。接管载荷的数值核方向按照化工工艺设计手册(第四版)表29-3规定选取，如表1。

表1 管道系统接管极限载荷的取法

说明：表中D参数表示连接管道的公称直径，单位为in，其中各个力的方向如图3所示。

图3 接管极限载荷的方向

所以接管所受到的可能极限载荷如表2所示。

公称直径DFX/NFY/NFZ/NMX/(N．m)MY/(N．m)MZ/(N．m)接管进出口32mm11341511-1511124-14395

3 结果及分析

计算结果如图4所示。

图4 塔节计算结果

由结果可知：

(1)接管所受到的最大应力出现在接管与筒体连接的根部，此结果与接管的实际应力分布是一致的；

(2)补强圈的存在确实起到了分担应力的结果，使接管区域的局部应力降低。

(本文文献格式：齐恩伍.基于ANSYS的填料塔夹套接管的应力分析[J].山东化工，2017，46(12)：115，117.)

2017-04-13

TQ05

A

1008-021X(2017)12-0115-01