基于ANSYS的填料塔夾套接管的應力分析

齊恩伍

(中國原子能科學研究院，北京 102413)

基于ANSYS的填料塔夾套接管的應力分析

齊恩伍

(中國原子能科學研究院，北京 102413)

由于外部接管的存在，使的夾套接管附件的應力狀況非常復雜，本文利用ANSYS軟件，使用有限元分析的方法對其應力分布進行了分析，最終的分析結果表明了有限元分析方法的正確性和可行性。

接管；ANSYS；應力分析

1 問題描述

有保溫要求的填料塔，通常做法是在塔節外部焊接夾套結構，然后在夾套內填充保溫水，以達到保溫的要求，從而利于塔體內部反應溫度的穩定，如圖1所示為具體的塔節結構示意圖。

圖1 塔節結構

外部夾套接管的存在，使得接管區應力狀況非常復雜，這是因為：

(1)接管的開孔破壞了夾套殼體的材料連續性，削弱了原有的承載面積，必然造成開孔邊緣附件區域的應力集中；

(2)接管的存在使得開孔接管區域成為總體結構不連續區，夾套殼體和接管在內壓作用下自由變形不一致，在變形協調的過程中產生邊緣應力；

(3)接管與夾套筒體通過焊接連接在一起，焊接結構的尺寸如焊縫高度、邊緣角度尺寸等會形成局部結構不連續，從而形成局部不連續應力。所以接管區域的應力分析是壓力容器應力分析的重要內容之一。

2 模型建立

2.1 有限元模型

內外筒體、上下外筒體蓋板用ANSYS軟件的SHELL63單元模擬，其它結構使用實體單元SOLID45單元建立。塔節具體的有限元模型如圖2所示，因為只考察接管附件的局部載荷作用，所以模型未包括上下法蘭。

2.2 載荷

(1)正常工況下，塔節內筒的壓力為0.1MPa，套筒的內壓為0.1MPa，塔節重量為275.6kg。

(2)接管載荷

接管所受載荷的確定在接管的應力分析時一直是個難點，基本上有兩種考慮方法：

a.在布完管道后按照實際所受的管道載荷確定，此種方法計算出來的載荷精確，但要等到布管人員布置完管道之后再進行分析，不利于工作的同步展開；

b.就是先計算接管可能受到的極限載荷，然后再校核此載荷是否符合實際要求。

圖2 接管有限元模型

本文采用第二種方法，校核接管在可能受到的極限載荷作用下的受力情況。接管載荷的數值核方向按照化工工藝設計手冊(第四版)表29-3規定選取，如表1。

表1 管道系統接管極限載荷的取法

說明：表中D參數表示連接管道的公稱直徑，單位為in，其中各個力的方向如圖3所示。

圖3 接管極限載荷的方向

所以接管所受到的可能極限載荷如表2所示。

公稱直徑DFX/NFY/NFZ/NMX/(N．m)MY/(N．m)MZ/(N．m)接管進出口32mm11341511-1511124-14395

3 結果及分析

計算結果如圖4所示。

圖4 塔節計算結果

由結果可知：

(1)接管所受到的最大應力出現在接管與筒體連接的根部，此結果與接管的實際應力分布是一致的；

(2)補強圈的存在確實起到了分擔應力的結果，使接管區域的局部應力降低。

(本文文獻格式：齊恩伍.基于ANSYS的填料塔夾套接管的應力分析[J].山東化工，2017，46(12)：115，117.)

2017-04-13

TQ05

A

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