某大型LNG低温槽车用低温储罐设计分析及传热问题研究

发布时间：2017-04-11 09:01

  本文关键词：某大型LNG低温槽车用低温储罐设计分析及传热问题研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：以企业需求为背景,对国内某大型LNG低温槽车用低温储罐进行设计分析。虽然目前低温储罐采用传统的常规设计积累了大量的实践经验,并且相对简单易行,但是由于这种设计方法是基于整体规则设计,在低温罐车轻量化发展要求下没有考虑局部应力分布情况。因此需要在保证安全运行的前提下,对储罐局部进行应力评定及优化设计。论文首先介绍了相关原则及标准,并选用HDS9404GDY型低温液体运输半挂车用低温储罐,对其结构设计进行简单说明,同时根据GB150-2011,整理出了传统设计流程,其顺序为:低温储罐罐体容积计算、内容器强度校核、外壳壁厚校核、外壳加强圈设计、超压泄放装置设计、支承设计、重心位置和轴荷分配、罐车的质心高度及列车最大侧向稳定角等设计计算及校核。通过对传统设计流程分析,指出其设计优缺点,进而对不足进行优化,使其更满足工程实际需求。其次以某大型LNG低温槽车用低温储罐为研究对象,在分析结构与承载特点的基础上,针对实际使用过程中的启动、制动、颠簸等多种工况,采用有限元方法分析该类储罐总体及局部的应力强度分布,得出:(1)当前结构设计初步满足各强度指标要求,基本能适应不同运输工况的要求,结构较为合理可靠;(2)根据各运输工况下的应力强度结果知,多种工况下的滑动端内容器底部支承部位应力最高,尤其是遭遇颠簸时,其线性化后的局部薄膜应力非常接近应力许用值,较为危险。因此,从安全角度考虑,建议对该位置内容器上加强圈的间距缩小或者在保持距离不变的情况下将加强圈厚度进一步增大;(3)低温储罐的应力强度分布表明,在支承及加强结构局部不同程度存在着应力分布的突变,这意味着内外容器罐体的应力集中,对应产生了不同程度的峰值应力,而峰值应力是产生疲劳破坏的主因,因此制造过程对连接焊缝的质量、焊缝与罐体的圆滑过渡应特别注意,尽量避免某些重要焊缝(如罐体与支座的连接缝)焊肉不饱满(凹陷)、表面粗糙、焊后不打磨等现象;(4)从工程设计角度看,薄壁壳体的最理想承载状态是膜应力状态,但必须的支承、加强等结构,导致局部区域的应力集中。因此边界连接要尽量采用光滑连接,如采用切向支承,避免法向支承等。此外,各种加强构件与罐体的连接应尽量减小罐体处的应力集中,因此加强圈、防波板等与罐体的连接一般应采用间断的焊接方式或螺栓连接的方式。同时将根据应力评定结果对传统设计结构进行优化,指导加工工艺、焊接工艺优化改进,以满足工程实际需求。再次以企业需求为目标,对热力及静态蒸发量进行计算。结果表明同样规格的真空粉末绝热和高真空多层绝热,其传热量,高真空多层绝热约为真空粉末绝热的一半,可以看出高真空多层绝热储罐其绝热效果明显优于真空粉末绝热储罐。LNG日蒸发率小于0.139%/d,转化为LNG日蒸发率小于0.217%/d,设计满足工程需求,经过测试,其LNG日蒸发率为0.145%/d,说明绝热结构设计合理。综上所述,采用传统设计与应力评定的方法相结合的方法,指导企业设计,加工,制造,更能切合实际,满足实际工程需求,进而可以将该方法推广到整个行业中,对推动行业发展及设计水平提高都十分有益。
【关键词】：LNG低温槽车 低温储罐 传热 设计分析
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE972
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究的背景10-11
• 1.2 国内外研究概况11-13
• 1.2.1 低温槽车组成11-12
• 1.2.2 国内外槽车发展概况12
• 1.2.3 国内外槽车用低温储罐研究概况12-13
• 1.3 研究的目的和意义13-14
• 1.4 研究内容14
• 1.5 研究思路14
• 1.6 本章小结14-16
• 第2章 大型低温槽车用低温储罐传统设计流程16-20
• 2.1 大型低温槽车用低温储罐传统设计16-18
• 2.1.1 设计原则及标准16
• 2.1.2 主要技术参数16-17
• 2.1.3 储罐结构说明17-18
• 2.2 传统设计18-19
• 2.2.1 传统设计流程18-19
• 2.2.2 传统设计优缺点分析19
• 2.3 本章小结19-20
• 第3章 大型低温槽车用低温储罐强度分析及应力评定20-44
• 3.1 设计参数20-22
• 3.2 分析依据22
• 3.3 计算及评定条件22-23
• 3.3.1 分析计算条件22-23
• 3.3.2 材料性能数据23
• 3.4 有限元应力分析23-40
• 3.4.1 有限单元法简介23-25
• 3.4.2 三维结构模型25
• 3.4.3 有限元力学模型25-40
• 3.5 有限元强度评定40-43
• 3.5.1 应力强度评定40-42
• 3.5.2 疲劳强度评定42-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第4章 大型低温槽车用低温储罐热力计算测试分析44-56
• 4.1 低温储罐传热44-51
• 4.1.1 通过筒体（多层绝热体）的传热研究44-50
• 4.1.2 支撑与管道的传热50-51
• 4.2 热力及静态蒸发量计算51-53
• 4.2.1 多层传入热量Q151
• 4.2.2 支承传入热量Q251
• 4.2.3 管路传入热量Q351-52
• 4.2.4 传热分配比52-53
• 4.2.5 静态蒸发率计算53
• 4.3 性能测试53-56
• 结论56-58
• 参考文献58-60
• 附录60-78
• 攻读工程硕士学位期间所发表的学术论文78-80
• 致谢80

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本文编号：298731