卡箍式快开结构的设计与疲劳分析

文中设计的高压卡箍式快开结构与多层包扎筒体相连接,属于径向自紧式密封结构,具有优良密封效果。在对其进行常规计算并初步确定主体结构尺寸后,运用有限元软件ANSYS建立了相关的静力计算模型,计算了设计工况下卡箍式快开结构各部件的应力。采用线性处理方法,按照JB 4732—1995(2005年确认),对上平盖、卡箍、筒体端部各个危险截面处进行了应力强度评定和疲劳分析。经计算合格后,确定了卡箍式快开结构各部位的结构尺寸,使其同时满足结构静强度和疲劳强度的要求。     

承受管道载荷的切向接管有限元分析

由于承受管道载荷的压力容器切向接管结构无法按照常规的设计方法进行开孔补强计算,文中以1台带切向接管的压力容器为例,对筒体与切向接管连接区域进行三维有限元分析,得到了筒体与接管连接区域详细的应力分布。应力分布云图表明：在连接区域产生明显的应力集中,应力强度最大值发生在筒体与接管连接处的外侧,是该结构失效的危险区域。根据JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》（2005年确认版）的规定,对该连接区域进行了强度评定,评定结果表明该设备的结构尺寸完全满足强度要求,为进行详细工程设计提供了理论依据。     

发夹式换热器异形法兰及封头的设计

发夹式换热器后端壳程连接处常采用异形法兰和封头的结构,标准中并未列出相关结构设计和计算方法,给设计带来很多困难。文中结合一台壳程压力7.3 MPa并伴有温度疲劳载荷作用的发夹式换热器,首先对其异形法兰和封头进行结构优化设计,再利用规则设计方法确定结构的初步尺寸,最终按GB/T 151—2014确定计算工况后进行有限元应力校核。结果表明,规则设计方法计算出的结构应力偏低;尤其对异形封头,因异形法兰对其影响,其结构尺寸必须通过有限元分析进行校核。     

温度波动对螺栓法兰连接系统垫片应力的影响

温度波动会造成螺栓法兰连接系统中垫片应力松弛,从而影响其密封性能。文章以DN80法兰接头为研究对象,通过ABAQUS软件建立了三维有限元模型,分析了温度波动对垫片应力的变化,研究了垫片与螺栓载荷变化的机理。结果表明,螺栓法兰连接系统在温度变化时存在着一定的温度滞后现象;当温度波动时,垫片应力随温度的降低而减小,随温度的升高而增大,波动结束后垫片表现出“内紧外松”的应力分布现象。在这一过程中,垫片的热膨胀与温度场的滞后性是垫片应力变化的主要因素。研究结果为螺栓法兰连接系统的进一步优化和改进提供了有力支持。     

基于ABAQUS的八角垫密封法兰效果评价

为分析八角垫密封法兰机理以及对密封过程中法兰结构强度和密封性能等进行研究,采用ABAQUS建立有限元模型对其真实预紧过程进行模拟。结果表明:八角垫密封面上应力非均匀分布,在内侧两密封面上靠近上下倒角处应力值最大并最先发生屈服,同时该部位接触应力最大,因此是密封的主要作用部位;按Waters法求得的最小螺柱预紧力预紧时有效密封长度较短,为增强密封效果,宜进一步增大螺柱预紧力;施加最大螺柱预紧力时,法兰结构强度和刚度均能满足要求,且有较大安全裕量,表明法兰相对螺柱较"安全"。     

基于FEM的承受附加载荷的法兰连接安全评价

在考虑垫片力学性能的非线性和非保守的基础上,提出了承受附加载荷高温螺栓法兰连接结构的有限元分析方法。运用APDL和UIDL,开发了基于ANSYS环境的法兰连接结构强度和紧密性分析模块,实现了连接系统的参数化建模及程序化计算。提出了基于紧密性的承受附加载荷螺栓法兰连接的安全评价方法,并以某铂重整装置接管法兰连接为对象,验证了有限元分析和安全评价方法的可行性,确定了该连接的安全操作条件。     

法兰接头预紧过程中垫片应力场数值模拟分析

螺栓法兰接头安装过程中的螺栓弹性交互作用会造成各螺栓预紧载荷不均匀,从而影响其密封性能。文中考虑垫片压缩回弹曲线的非线性和迟滞性,建立了DN80的法兰接头三维有限元模型。以ASME PCC-1标准中螺栓传统星形预紧方式为例,分析了预紧过程中螺栓载荷及垫片应力的变化。结果表明:即使按照标准中规定的螺栓加载方式,预紧后螺栓载荷仍有较大的分散性;螺栓载荷的分散性会造成垫片接触应力沿周向分布不均匀;垫片应力最小值出现在6#和7#螺栓之间,其大小仅为目标应力的74.3%,表明法兰接头最容易在此处发生泄漏。     

低温环境下管道法兰连接的应力分析

文中在考虑温度作用的前提下,对低温管道中的法兰进行了不同螺栓强度等级和螺栓预紧力下的"拉伸+弯曲"组合工况的有限元分析。研究表明:法兰最大应力出现在螺栓上,螺栓的预紧力和强度等级的降低都将对法兰应力分布产生重要的影响。同时,文中也给出了法兰外侧的位移随螺栓预紧力和强度等级的变化规律。最后,通过现场测试验证了数值模拟的准确性。该研究结果可以为输油管线法兰连接的预紧力设定提供参考。     

用于清管器收发球筒上的新型快开门

介绍了一种适用于大口径、高压力管道用清管器收发球筒上的快开门机构。该快开门机构称为锁带嵌入式快开盲板,由直接承压部件（法兰型筒体及盲板盖）及其上的快速锁带收紧装置、安全卸压装置、特殊形式的密封圈及连接盲板盖与筒体的可微调转臂构成。该装置设计合理、动作灵活、操作简单、安全可靠,目前已少量生产并投入运行。     

用于清管器收发球简上的新型快开门

介绍了一种适用于大口径、高压力管道用清管器收发球筒上的快开门机构.该快开门机构称为锁带嵌入式快开盲板.由直接承压部件(法兰型筒体及盲板盖)及其上的快速锁带收紧装置、安全卸压装置、特殊形式的密封圈及连接盲板盖与筒体的可微调转臂构成.该装置设计合理、动作灵活、操作简单、安全可靠,目前已少量生产并投入运行.     

基于法兰联接系统松弛特性的多锥面法兰研究

文中针对现有普通法兰联接系统的应力松弛特性问题,设计了一种新型多锥面法兰,通过对法兰联接系统结构上的改进,去掉了原有法兰连接系统的垫片,明显减少了法兰连接系统的应力松弛,并通过法兰多锥面配合联接和法兰螺纹联接,增强了法兰联接的联接刚度,进一步减小了法兰连接系统的蠕变松弛,改进了法兰联接性能。实验测定和实际应用证明：该新型多锥面法兰可以有效减小法兰联接系统的应力松弛,防止法兰联接失效。     

弯头与直管连接截面及边缘区应力分析

以弯头与直管连接结构边缘区及连接截面为主要研究对象,应用有限元方法建立弯头与直管连接结构数值计算模型,通过与ASME中的弯管应力计算公式进行比较,验证模拟结果的准确性。在此基础上分析结构在内压、弯矩以及2种载荷共同作用下的边缘区和连接截面应力分布特点和规律,提出了连接截面应力计算方法,并证明公式计算结果的可靠性,可用于弯头与直管连接结构安全评定时,计算含面型缺陷的连接面的应力。     

三通内拐角椭圆裂纹应力强度因子分析

应力强度因子K1是缺陷结构安全评定参数,三通内拐角椭圆裂纹应力强度因子计算十分复杂。用ANSYS软件建立内压载荷下三通内拐角椭圆裂纹有限元模型,计算了不同几何结构参数下裂纹的应力强度因子K1,拟合了裂纹前缘的形状因子F计算公式。结果表明：内压下三通内拐角椭圆裂纹前缘形状因子最大值出现在主管或支管表面位置;三通主管壁厚增加,形状因子F减小;内压下椭圆裂纹有扩展为圆形裂纹的趋势。     

基于有限元法的4000 m3丙烷球罐力学特性分析

通过有限元方法对4000m~3丙烷球罐进行力学特性研究,重点分析了球罐整体结构在不同工况下的整体受力情况,并通过应力分类和强度评定,对危险部位进行强度校核。与常规设计方法对比,基于有限元法的球罐整体受力分析,能够得到更全面的球罐应力分布,并通过应力评定,对薄弱点进行了更详细的分析。     

天然气缓冲罐焊接裂纹的安全评定

根据BS7910-99<焊接结构缺陷验收评定方法指南>和<压力容器缺陷评定>,对一台天然气缓冲罐筒体焊缝中的裂纹进行了安全性评定.首先,通过超声波和X射线探伤确定了4条焊接裂纹的位置,然后根据缺陷规则化原则对焊接裂纹进行了规则化处理,得出等效裂纹值.在计算焊接裂纹应力并对比材料性能数据的前提下,以Lr为横坐标δr为纵坐标绘制了平面缺陷筛选评定失效评定图,发现所有的点均在安全区内,并且有一定的安全余量.由此评定得出,在正常操作条件下,该缓冲罐是安全的.但考虑到裂纹可能继续扩展,建议尽快更新或返修.     

薄管板换热器电测试验研究

对薄管板换热器进行了电测,绘制了压力为1－5MPa壳程的应力和叠加相应法兰力矩下的综合应力,提出了对于中低压下的贴面式薄管板换热器必须考虑兰力矩的影响,指出了贴面式薄板强度设计的关键是非布管区。     

挤压三通的强度评定

在有限元计算的基础上,用分析设计的方法对挤压三通进行强度评定。并确定了工程上用压力面积法进行挤压三通强度计算时的安全系数。     

车辆载荷碾压作用下管道的安全性测试与分析

通过对重车碾压的土层压力进行试验,总结计算出了车辆载荷引起土层应力的分布规律,综合土层应力的分布规律、土层参数和钢材参数,建立了重车碾压对管道应力影响的有限元分析模型,提出了应力在土壤中沿深度方向变化的计算公式,通过静载和动载分析,计算出了管道安全的最低埋设深度,对埋深大于1．5m且管道上覆土层均匀密实的管道,由车辆载荷而导致的管道附加应力与管道强度及管道内气压相比,不会危及管道安全,也不会造成管道的疲劳破坏。     

锁环式快开盲板原理和故障分析

快开盲板一般由筒体、法兰、勾圈或卡箍、短节、安全连锁机构、开闭机构、转臂等部件构成。为了解决盲板开启困难、密封处渗漏等常见问题,从锁环式快开盲板的密封结构、工作原理和主要零部件作用入手,结合生产实际过程中典型案例,分析故障原因,提出解决措施,保障了站场安全平稳运行。     

环向集中力作用管道的变分法受力分析

轴向压入式管道连接是基于材料在过盈配合作用下产生弹塑性变形的基本原理实现相互连接或密封的技术。文中根据设计的管接头,建立其结构的力学模型。利用变分法原理计算管接头在受到环向集中力作用时管道的径向位移,并与弹性力学中薄壁圆筒受环向集中力时简化计算公式的计算数据进行比较。数据对比表明：利用Rayleigh－Ritz变分法计算圆筒模型的管道变形时,其数据经过校正后满足密封性能要求,具有工程实用性。