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新版标准换热器应力分析设计知识要点浅析

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换热器什么情况下需要进行应力分析设计  

(1)管板布管不均匀或者管板结构为非标准结构无法采用GB/T151-2014进行设计

(2)换热器存在疲劳工况存在温度压力的波动

换热器分析需要满足的条件   

(1)管板与换热管的连接方式焊接胀接或胀焊结合的结构

(2)管板为圆形

(3)开孔区布管均匀

(4)除特别指明外对于固定管板热交换器两块管板结构和边界约束条件符合模型对称性 

 换热器计算需要考虑的工况    

管板延长做法兰时预紧条件操作条件两种状态分别计算

对于U形管热交换器浮头热交换器填函式热交换器若不能保证壳程压力Ps与管程压力Pt在任何情况下同时作用时则应分别对PsPt单独作用的两种工况进行校核PsPt之一为负压时则应考虑压差的危险组合

对于固定管板热交换器计算工况见表8-1,应按相关要求确定计算工况

仅当壳体带膨胀节时方需计算⑤⑥工况

认为有必要时可以计算工况⑦通常情况不需计算 

    换热管轴向应力如何校核     

对换热器各种工况下进行应力分析然后提取换热管的最大轴向拉伸和压缩应力进而可以核算换热管的稳定性和换热管与管板连接处拉脱力

根据GB151-20147.3换热管轴向应力评定计算回转半径根据换热管最大无支撑跨距可以计算出换热管最大的轴向许用压缩应力

σc=4×Fc/[π×(D2-d2)]

式中σc为换热管最大轴向压缩应力;Fc为有限元计算结果提取的最大轴向压缩力;D为换热管的外径;d为换热管的内径

换热管与管板连接形式为焊接GB151-20147-12查得换热管许用拉脱应力

σt=Ft/πDl

式中σt为换热管最大轴向拉应力;Ft为有限元计算结果提取的最大轴向拉力;D为换热管的外径;l为换热管与管板焊接高度 

     各计算工况需要考虑的载荷条件      

整个管板系统在预紧条件和操作条件下承受不同形式的外载荷其内力大小应按预紧条件操作条件两种状态分别求解 

换热器分析需要注意的问题   

(1)U形管式浮头式和填函式热交换器计算时一般采用壳体有效厚度进行校核对于固定管板热交换器壳程筒体厚度应分别按名义厚度和有效厚度两种情况分别进行管板系统校核计算

(2)根据换热器模型和载荷的对称性可以对模型进行适当简化建立轴对称模型减小计算量

(3)对与非疲劳的换热器一般不需要建立换热管与管板之间的焊角这样可以简化模型但对换热管的轴向拉力和压缩力提取影响较小

(4)对与疲劳换热器需要建立换热管与管板之间的焊角这样可以减小计算出来峰值应力更加符合实际情况

(5)换热器分析一般完成管板的校核包括管板安定性评定换热管的强度和整体稳定性校核管板系统整体塑性垮塌等失效模式当换热器存在疲劳局部屈曲棘轮高温蠕变等失效模式应按照相关失效标准进行补充评定 

来源:ANSYS分析设计人
疲劳焊接ANSYS
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首次发布时间:2023-08-26
最近编辑:1年前
ANSYS分析设计人
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