關于管殼式換熱器管板幾個關鍵問題的研究.pdf

1、管殼式換熱器在工業(yè)生產中廣泛應用，管板是該設備的關鍵部件，對設備的安全運行、節(jié)能降耗以及降低企業(yè)制造和生產成本起著非常重要的作用。目前關于管板的強度設計都是基于等效圓板理論，設計出的厚度大，太過保守，此外，對于脹接管板，接頭密封性能目前也沒有簡單合理的表征方法，針對這些問題，本論文開展了一些實驗研究和大量數值分析工作。
　　 首先，組建換熱器實驗裝置，對一換熱面積為4m2的管殼式固定管板換熱器進行實驗研究，測定了在殼程壓力和溫差

2、載荷作用下殼體上的應力；同時建立了該換熱器的三維有限元模型并進行了應力分析。實驗和有限元分析結果表明，采用實體單元建立換熱器整體結構有限元模型，并進行強度分析和設計是可行的，也是精確的。
　　 其次，建立了液壓脹接接頭的三維實體有限元模型，在分析管子與管孔間殘余接觸壓力分布基礎上，提出了在接觸面上為實現接頭密封所需要達到的“防漏密封壓力”的概念，并以此建立了液壓脹接接頭致密性的力學判據；通過參數分析，擬合得出了在一定條件下實現管

3、子與管板密封所需要的密封壓力的計算公式。
　　 第三，建立了由不同方式(焊接、脹接)連接的管板-管子結構的參數化有限元分析模型，考察了管板厚度與直徑變化對管板徑向應力和撓度的影響。結果表明，由于管子對管板的支撐作用，管板中的應力和撓度隨管板直徑和厚度的變化沒有傳統(tǒng)等效平板理論所描述的那樣明顯；由于消除了管子與管板之間的間隙，脹接接頭中，管子對管板的支撐作用比焊接接頭中的支撐作用要大；與GB151設計標準所計算的管板徑向應力比較后

4、發(fā)現，應用以有限元分析為基礎的數值設計方法可以明顯降低管板厚度。
　　 第四，針對目前雙管板結構換熱器無設計規(guī)范，建立了雙管板結構參數化有限元分析模型，分析了管板直徑和厚度變化對管板徑向應力和變形的影響，研究了雙管板之間的相互作用。結果表明，應用數值設計法，可以解決雙管板設計問題，并能降低管板厚度；雙管板之間在強度上有相互加強的作用，當間距較小時效果更明顯。
　　 最后，作為數值設計方法的應用，論文對一臺多管程浮頭換熱器