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旋风分离器的结构分析及疲劳寿命研究

作　者: 李维栋
导　师: 闫相祯
学　校: 中国石油大学
专　业: 力学
关键词: 旋风分离器结构分析可靠性疲劳寿命薄壳
分类号: TQ545
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在煤气化工业装置中,旋风分离器是其中的重要设备之一。随着煤气化装置向着大型化方向的发展,旋风分离器的结构安全性正受到越来越多的关注。本文对现有大型旋风分离器在高温、高压条件下的结构强度进行了校核,得出了旋风分离器的应力危险位置,发现现有的结构型式不足以满足其在高温、高压工况下的安全性要求。同时计算了旋风分离器的温度场分布以及温度应力。改变旋风分离器各结构位置参数,分析了不同结构参数变化对旋风分离器应力大小及分布的影响,由分析结果可以得到,顶部筋板的分布形式和分布数量对旋风分离器上盖板的影响最大,对下盖板的影响较小。借助有限元方法对现有低压、小型旋风分离器在保证分离效率不变的前提下进行了结构改进和优化,得到了满足高温、高压工况条件的新型旋风分离器结构,并对优化后结构模型进行了强度校核。同时借助有限元软件利用蒙特卡罗抽样方法对实际制造工艺和材料性质等参数进行随机抽样,计算了各参数不确定性对结构强度所造成的影响,进行了静力可靠性分析,得出了置信度为95%的结构可靠性以及各参数对旋风分离器可靠度的敏感性。最后,对旋风分离器的疲劳性能进行了研究,利用ANSYS计算获得了旋风分离器的应力幅值,对旋风分离器的疲劳寿命进行了预测,得出了旋风分离器安全运行的次数为523730次,可以为判断结构的安全运行提供有效的依据。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-13
  1.1 研究的目的和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-11
  1.3 本文主要研究内容  11-13
第二章旋风分离器的结构静力计算  13-31
  2.1 薄壁容器结构强度设计  13-14
  2.2 结构应力分析及分类  14-17
  2.3 旋风分离器有限元模型  17-19
    2.3.1 模型建立  17-18
    2.3.2 网格划分  18-19
  2.4 旋风分离器材料性能  19-20
  2.5 约束条件及单元分析  20-21
  2.6 旋风分离器结构强度分析  21-26
    2.6.1 旋风分离器的有限元计算结果  22
    2.6.2 顶盖及底盖结果  22-23
    2.6.3 筒壁处结果  23-24
    2.6.4 筋板处计算结果  24-26
  2.7 旋风分离器热应力分析  26-30
    2.7.1 热应力分析  26
    2.7.2 旋风分离器温度场分布  26-27
    2.7.3 旋风分离器热应力结果  27-30
  2.8 小结  30-31
第三章旋风分离器的结构优化及强度评定  31-58
  3.1 旋风分离器的优化原则  31
  3.2 应力计算方法  31-32
  3.3 参数变化对结果的影响  32-50
    3.3.1 有无顶部筋板对结果的影响分析  32-36
    3.3.2 有无方形入口筋板对结果的影响分析  36-42
    3.3.3 筋板数量对结果的影响分析  42-46
    3.3.4 筋板厚度对结果的影响分析  46-50
  3.4 旋风分离器的结构优化  50-56
    3.4.1 优化设计数学模型  50-51
    3.4.2 旋风分离器结构优化  51-52
    3.4.3 旋风分离器优化结果计算  52-55
    3.4.4 优化结果应力值评定  55-56
  3.5 小结  56-58
第四章旋风分离器的静力可靠性分析  58-69
  4.1 可靠性研究  58
  4.2 结构可靠性分析  58-60
  4.3 基于有限元计算的可靠性分析  60-62
    4.3.1 可靠性分析的优点  60-61
    4.3.2 可靠性抽样方法  61
    4.3.3 ANSYS 可靠性分析  61-62
  4.4 旋风分离器静力可靠性计算结果  62-68
  4.5 小结  68-69
第五章旋风分离器疲劳寿命分析  69-74
  5.1 疲劳分析  69-70
  5.2 疲劳寿命的预测方法  70-71
  5.3 ANSYS 疲劳分析  71
  5.4 旋风分离器疲劳寿命计算结果  71-73
  5.5 小结  73-74
结论与展望  74-76
参考文献  76-79
致谢  79

旋风分离器的结构分析及疲劳寿命研究

内容摘要

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