夾套管封閉件結(jié)構(gòu)型式的探討

張建秀，劉軍旺，蔣培培，劉國(guó)振

（1.河北正元化工工程設(shè)計(jì)有限公司， 河北 石家莊 050061）

（2.河北陽(yáng)煤正元化工集團(tuán)有限公司， 河北 石家莊 050061）

夾套管一般是用來加熱或維持流體溫度的特殊管道，它的結(jié)構(gòu)是內(nèi)管走工藝介質(zhì)，外管套在內(nèi)管上，之間有一定的空間，用來走提供熱量的流體。外管封閉件主要分兩種結(jié)構(gòu)，有封閉環(huán)和封閉錐兩種，見圖1所示。本文運(yùn)用Ansys workbench軟件對(duì)兩種結(jié)構(gòu)在壓力載荷和壓力-溫度載荷作用下進(jìn)行分析比較。

圖1 外管封閉件

1 有限元模型的建立

主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)取自GB/T 151[1]附錄F表F.1，彈性模量及線膨脹系數(shù)取自GB/T150[2]附錄B表B.13和B.14，本文不再列出。夾套管結(jié)構(gòu)為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此建立了1/8模型。夾套管應(yīng)校核五種工況下的應(yīng)力強(qiáng)度，五種工況見表2。

表2 各計(jì)算工況

首先對(duì)夾套管兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行建立有限元模型[3]，封閉環(huán)結(jié)構(gòu)有限元模型見圖2，封閉錐有限元模型見圖3。

圖2 封閉環(huán)有限元模型

圖3 封閉錐有限元模型

載荷及邊界條件：

位移約束：內(nèi)管底部施加軸向位移約束和圓周方向約束，對(duì)稱面施加對(duì)稱約束[4]；壓力載荷：外管內(nèi)表面及內(nèi)管外表面施加壓力載荷；溫度載荷：內(nèi)管內(nèi)表面施加內(nèi)管工作溫度；外管內(nèi)表面及內(nèi)管外表面施加外管工作溫度；保溫層外表面施加環(huán)境溫度和空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)[4]。

2 有限元分析結(jié)果

本文主要探討外管封閉件的結(jié)構(gòu)形式，因此僅計(jì)算工況一、工況三和工況四。

2.1 溫度場(chǎng)分析結(jié)果

按上述溫度場(chǎng)條件分別對(duì)兩種結(jié)構(gòu)施加溫度場(chǎng)條件，然后求解，圖4為兩種結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)云圖。……