论文总字数：13518字

摘 要

旋转补偿器通常在高温和高压环境下工作，因此旋转补偿器的关键部分必须在稳态设计条件下进行耐受应力测试。本主题使用Abaqus6.10结构分析软件，根据对称性取旋转补偿器1/12建立有限元模型，分析了旋转补偿器预紧密封结构的强度，并根据实际预紧接触压力对螺栓的预紧力进行了优化。主要结论如下：

(1) 当螺栓数量为12时，1825N的轴向预载荷被施加到单个螺栓上以形成达到设计要求的预紧密封接触压力0.5-1.0MPa，且结构最大应力部位强度校核结果达到要求。

(2) 当内压达到30MPa，接触压力为33.25MPa，操作密封比压无法达到介质压力的3倍，因此，工况下保证不了良好的密封，还需优化改进。

(3) 对旋转补偿器各部件应力进行评价。当温度在350℃下时最高应力出现在异径管小端内表面处，应力达到141.4MPa，不能满足要求。

关键词：ABAQUS6.10 旋转补偿器 有限元模型 强度校核

Strength Check of High pressure self-sealing rotary compensator

ABSTRACT

The rotating compensator usually works in high temperature and high pressure environment, so the key parts of the rotating compensator need stress strength check under the steady design condition.This topic using called Abaqus6.10 structure analysis software, according to the asymmetry one over twelve to establish finite element model of the rotating compensator for rotating compensator pre tight sealing structure strength analysis, and according to the actual needs of its tight sealing contact stress of bolt pre-tightening force, the optimization calculation.The main conclusions are as follows:

1. When the number of bolts is 12, for a single bolt axial pre-tightening force of 1825 n, can be formed to meet the design requirements of tight sealing contact pressure, 0.5 to 1.0 MPa, the maximum stress position and structure strength check results meet the requirements.
2. When the internal pressure reaches 30MPa and the contact pressure is 33.25mpa, the operating seal pressure cannot reach three times the medium pressure. Therefore, a good seal cannot be guaranteed under the working condition, and it needs to be optimized and improved.
3. The stress of each component of the rotary compensator was evaluated.When the temperature is under 350 ℃ maximum stress appears in reducing GuanXiaoDuan inner surface, the stress at 141.4 MPa, can not meet the requirements.

Key Words: ABAQUS6.10 Rotary compensator Finite element model Strength check

目录

摘 要 1

ABSTRACT 2

第一章 绪论 3

1.1课题研究的意义与背景 1

1.2旋转补偿器的工作原理 1

1.3耐高压自密封旋转补偿器原理及优点 2

1.4耐高压自密封旋转补偿器的应用 4

1.5补偿器操作体积的计算 5

1.6课题研究内容及技术路线 6

第二章 有限元模型的建立与分析 7

第二章 有限元模型的建立与分析 7

2.1概述 7

2.2工作依据 7

2.3主要研究内容 7

2.4预紧密封结构分析 7

2.4.1.1 有限元模型简化 7

2.4.1.2几何建模及单元划分 7

2.4.2材料参数 10

2.4.3载荷及约束 10

2.5单体旋转补偿器关键部位的强度校核 11

2.5.1有限元模型 11

2.5.2材料参数 13

2.5.3载荷及约束 14

第三章 有限元计算结果及分析 14

3.1优化螺栓预紧力 14

3.2优化预紧力作用下的应力计算结果 16

3.3计算结果 19

3.4密封性能 19

3.4.1密封性能分析 20

3.4.2应力强度分析评价 21

3.5耐高压自密封旋转补偿器的经济分析 21

第四章 结论与建议 23

4.1结论 24

4.2建议 24

参考文献 25

第一章 绪论

1.1课题研究的意义与背景

热管道在使用过程中，由于传输介质和外部环境温度的变化，将发生热膨胀和冷收缩。如果热膨胀和收缩受到限制，管道壁将产生巨大的热应力。当热应力限制管道材料的强度时，管道将被损坏。为了保证管道在运行过程中的安全与稳定，必须补偿管道的热膨胀和不必要的热应力^[1]。摘要为了吸收供热管道的热位移，减少压力，减少对管道配件和支撑结构的受力，需要在管道上安装补偿器。尤其是蒸汽加热管道^[2-3]。补偿器是蒸汽管道的关键组成部分，在保证蒸汽加热管道^[4]的长期正常运行中起着重要的作用。目前，蒸汽加热管道通常采用自然补偿模式，每一段长度（通常为50-60米），使用弯头四和短直管形成一个方形补偿器。使用弯头和管道的弹性变形，使其喜欢热位移。由于间隔小，一个项目需要大量的管道和弯头^[5-7]。

在以前的蒸汽管设计中，管道的热膨胀和收缩通常由管道的自然平衡和波纹管的平衡吸收。 由于管架上管线数量的复杂性，波纹管的自然平衡和平衡所产生的压力，推力高压下的弹力产生大的推力，这会干扰管道的安全运行 系统。 解决这个问题的方法是增加土壤结构的大小和固体柱的大小^[8]。近10年来，为了克服在实际应用过程中，方形补偿器、套筒式补偿器、球形补偿器和波纹管补偿器等传统补偿器存在的使用压力低、补偿量很小的问题，行业发展演变出了旋转补偿器^[9]。本新实用型补偿器补偿量大，安装方便，压降小，无需维护，长期运行时节省运行成本^[10]，被投入广泛应用。从实验结果和实际应用情况来看，自密封旋转补偿器补偿是目前最可靠的管道补偿技术^[11]。但在南通、苏州等蒸汽管道的使用现场，出现了气体泄漏甚至是补偿器爆裂的严重情况。而且有关文献指出旋转补偿器的整体功率和强度性能较少^[12]。鉴于以上情况，本文采用Abaqus6.10完成高压自密封旋转补偿器的仿真工作^[13]，并通过实验验证对仿真结果进行分析。

请支付后下载全文，论文总字数：13518字