新型薄内筒型钢带啮合错绕压力容器的力学分析

发布时间：2020-10-29 09:58

　　 压力容器是典型的由板,壳组合而成的焊接结构,在工业各个领域应用广泛。在压力容器中,承受高压的容器在设计和制造时要比一般承压容器的要求更加严格,工业上一般将设计压力在10～100MPa之间的压力容器称为高压容器,这些压力容器器壁较厚,通常为50～400mm,因而一般也被称为高压厚壁容器,它们在化工,炼油,轻工,冶金,能源电站,煤化工,重型机械,宇航工程,石油开采,及海洋工程等部门有广泛的应用,如氨合成塔,尿素合成塔,石油加氢反应器,核反应堆压力壳,煤液化反应器,水压机蓄能器及液氢液氧高压容器等都是这些生产部门和科研部门应用广泛,结构庞大,制造困难,价格昂贵及使用中存在潜在爆炸,燃烧和中毒等严重的关键设备。因此,在充分保证安全的前提下,最大限度地提高其经济性,便成为高压容器设计、选择结构形式的决定因素。 本文首先分析了现有高压容器结构特点和制造技术,在此基础上介绍了一种新型绕带式容器结构:即薄内筒型钢带啮合错绕容器结构。该结构与传统绕带结构(如德国型槽绕带和中国扁平绕带)的区别是采用了一种新型两槽型钢带,即两槽扁“山”字形钢带和两槽扁“S”型钢带。将其以较小角度交错缠绕在约1/4总壁厚的薄内筒上。层与层之间是平整的,钢带层通过凹槽和凸缘之间的啮合扣合来承受轴向载荷,使容器的环向、轴向强度都得到了很好的保证,而且制造也比较方便。 本文对该新型结构的承载能力和制造技术做了全面分析,包括对绕带筒体的承力状况的分析,推导和完善了组合筒体的应力计算公式,并且使用ANSYS有限元软件对两种型钢带组成的钢带层分别进行了数值模拟分析、对比分析。此外,本文也重点介绍了新型绕带容器钢带的制造、缠绕技术,钢带绕层首末端部的处理以及简体的开孔接管等问题。 通过本文的研究证明,新型绕带容器具有受力状态合理、安全性能可靠、制造成本较低等特点,并且适合绕制各种类型的压力容器,为开创一种安全经济合理的新型压力容器和管道结构及其制造技术提供了理论依据,具有一定的理论价值和实际工程意义。
【学位单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TH49
【部分图文】：

每个筒节上均开有安全孔，这种小孔可使层间空隙中的气体在工作时因温度升高而排出。当内筒发生泄漏时，泄漏介质可通过小孔排出，起到报警作用。多层包扎式容器的典型结构如图1一1所示:于于律一于一于一州往往往往往往往往往往往往往往往往往往往往厂厂厂厂厂 厂 厂 厂厂 -----睦 睦口 口口口 口 口[’ ---{{{去走走 ....................臼，.....~..，，， .....〔〔二…… … … … … … …厂厂 111111111111111111111111111111111111111111111广““， ，，J‘‘一~一J..‘‘一-一d.‘--，一 一 一筒节(最大长度阳仪如m)臂报孔塾塾塾l‘‘林扮，」卜更朴一，」卜‘于勺 勺 :::::巨习阵二刁崖攀 攀孟 孟孟蕊国性基三习巨弓 弓到到到盯刃一~，r~~.-~~

smm厚的成卷钢板，将其头部搭焊于内筒上，然后连续螺旋形缠绕在内筒上，达到所需的厚度时便停止绕制并将薄板割断再焊接在内筒上。其特点是机械化程度高，但深环焊缝仍难避免。如图1一2所示:保护板楔形板图1一2多层卷板式容器截面图Fig.l一 2Sectionalviewofmulti一 layerrolledPlatevessel图1一3螺旋包扎式容器截面图Fig.l一 3Seetionalviewofweld一 shrunksPiralvessel(4)螺旋包扎式:螺旋包扎式是多层包扎式的一种改进。如图1一3所示，螺旋包扎式结构采用一块楔形板与填补板作为包扎的第一层，楔形板一端为层板厚度的两倍，然后逐渐减薄至与层板厚度相同。这样楔形板与填补板组成的第一层就具有一个与层板厚相同的相等的台阶，于是第二层层板可与此台阶相接，并逐层螺旋状包扎。包扎最后一层，也可用方向相反的楔形板收尾，或者焊缝过渡办法收尾以保持各处壁厚均匀。螺旋包扎式的层板，可采用同一尺寸，统一下料，因而材料利用率较高。焊接量大和筒节之间的深厚焊缝是其主要问题。三、缠绕式筒体结构现有的结构有钢丝、薄板、扁平钢带和型槽钢带等整体缠绕式容器，虽然各具优

l一端部法兰2一斜面焊缝3一薄内筒4一钢带绕层5一外保护套6一端部法兰7一底封头图2一2新型型钢带啮合绕带容器结构示意图Fig·2一 2DiagrammatiesketehofnewPressurevesselswiththinirmer shelleross一 heliealwoundshaPed一steel一一一--一分一理一二滚滚于于夕粉i子件丫坏召自一厂_少/仁今分傲产丫·二{乡答扮分分斑斑沙李分一冬扮…价一 一图2一3两槽扁Fig·2一 3General“山”图2摊两槽扁“S”型钢带扣合示意图Vle、V“山型钢带扣合示意图 ofloekedsteelstriPwith，，shaPeFig.2一 4GeneralviewofloekedsteelstriPwith“S，，shaPe(2)新型绕带容器的绕带法兰式结构图2一5为容器端部为钢带缠绕式法兰结构，在端部法兰顶部要堆焊一层以保证连接强度。两种结构形式的可行性还有待于试验的验证，这里暂不加以讨论。顶堆焊缝内筒/顶堆焊缝内筒「。_卜恻1卿扮—一岭、、撇…公之…，点亭川……………………………一”‘喇砰甲_l_州只比川_土一一一一一一|川卜日日曰日曰川日洲洲洲︸阴
【参考文献】

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本文编号：2860742