氣化爐殼體翻轉輔具結構分析計算

設計與計算CFHI TECHNOLOGY10.396/j.ssn.1673- 3355.2015.05.002氣化爐殼體翻轉輔具結構分析計算孔小東'摘要:以氣化爐在廠(chǎng)內制造中翻轉吊裝為研究對象，設計翻轉輔具，并對翻轉輔具的設計結構進(jìn)行有限元分析，確保設備翻轉吊裝過(guò)程中的安全性，解決大型容器在廠(chǎng)房翻轉吊裝的困難。關(guān)鍵詞:氣化爐殼體;翻轉輔具;強度分析中圖分類(lèi)號: TCHII4 文獻標識碼: A文章編號: 1673-3355 (2015) 05-0002-03Structural Analysis and Calculation on Turning Tool for Gasifier Shells Kong XiaodongAbstract: A turming tool has been designed for the handling of gasifiers during manufacture in shop. Finite element analysisto the structure of the turning tool ensures the safety in order to overcome the difculty of turning and lifting large vessels inshop.Key words: gassifer shell; turning tool; strength analysis氣化爐殼體組件:高18.035 m、直徑03.52翻轉過(guò)程中的受力情況，特別是最大變形量、剪切m、重量164582kg。其內構件要在制造廠(chǎng)試裝,應力和壓應力的最大值及綜合應力最大值的分布區需要將殼體直立并落放在地坑內以進(jìn)行后序的安裝域。對此，筆者用Solidwork2012為翻轉輔具建模,工作。由于廠(chǎng)房天車(chē)受自身結構和最大起升高度限用ANSYS Workbench14分析翻轉輔具在翻轉中受制，再加上氣化爐殼體重量和表面零部件的干涉,力狀況，找出最大變形部位和應力分布區域，各應在廠(chǎng)房?jì)葻o(wú)法實(shí)現翻轉直立;而采用大型汽車(chē)吊，變值，從而為氣化爐殼體翻轉方案和翻轉輔具給出吊裝費用一次就得5萬(wàn)元左右，氣化爐共4臺，每較為全面的安全性評價(jià)。-臺需要從平放到直立再到平放兩次翻轉，該項目翻轉結束就得40萬(wàn)左右，費用太高。通過(guò)對該項2氣化爐殼體翻轉輔具結構設計目生產(chǎn)制造過(guò)程的了解，并對本廠(chǎng)-天車(chē)起吊能力的2.1 翻轉輔具設計評估，經(jīng)過(guò)反復研究和修改，最終設計出天車(chē)用氣化爐殼體翻轉輔具，并根據所制定氣化爐殼體翻轉翻轉輔設計為結構件，通過(guò)鋼板下料、取形、方案，對翻轉輔具結構進(jìn)行強度校核。最終，安焊接組合后加工而形成一個(gè)整體。 翻轉輔具具有弧全、高效地完成了氣化爐殼體的翻轉工作，現在已形結構，把合到氣化爐進(jìn)出料口的法蘭表面，借助將該輔具用到其它容器的吊裝翻轉生產(chǎn)過(guò)程中。400t翻轉吊梁,實(shí)現氣化爐殼體從平放到直立的正、反方向翻轉。1翻轉輔具設計及計算重點(diǎn)翻轉輔具主要組成部份:弧形板、主板、支撐板、支撐圈、支撐弧板;支撐圈主要用來(lái)定位和承氣化爐殼體翻轉是通過(guò)高跨22m400t天車(chē)和載翻轉過(guò)程中產(chǎn)生的剪切應力:支撐弧板是翻轉輔專(zhuān)用400t翻轉吊梁及翻轉輔具實(shí)現90°翻轉。由具的重要零件，負責承擔容器的全部重量,并通過(guò)于氣化爐殼體較重，在翻轉過(guò)程中翻轉輔具各部位弧形板起到翻轉作用。主板和支撐板用于對翻轉輔受力變化很大，而采用手工計算不能得到各部位在中國煤化工1.中國第一重型機械股份公司核電石化事業(yè)部工程師，遼寧大連116113MHCNM HG2015年第5期(總167期) _5rz.s@chi.comCFHI一重技術(shù)設計與計算具的連接、定形和輔助支撐，使輔具能承載點(diǎn)融合，確保幾何模型中有共享的邊，這個(gè)功能加180 000 kg以?xún)鹊某髧嵨蝗萜?，且不?huì )產(chǎn)生變強了對大型殼模型劃分網(wǎng)格的穩定性和效率。筆者形;針對各零件的不同作用而選用不同材料的目地利用ANSYS Workbench14 網(wǎng)格劃分的亮點(diǎn)之一，既是為了節約成本，同時(shí)也是為了提高結構的強度多域法(MuliZone) 對翻轉輔具分多個(gè)面進(jìn)行多域和穩定性，保證在翻轉過(guò)程中，翻轉輔具各部件不掃掠，共劃分了202907個(gè)節點(diǎn)，185 095個(gè)單元，會(huì )發(fā)生屈服、變形或斷裂(見(jiàn)圖1)。單元邊長(cháng)10mm，最終生成高質(zhì)量的六面體網(wǎng)格。3.2受力分析， 施加載荷與位移約束載荷與位移約束決定了模擬工況與實(shí)際工況的近似程度。正確地施加載荷與位移約束是得到正確計算結果的前提條件,也是結構分析技術(shù)應用到工程領(lǐng)域中的一個(gè) 關(guān)鍵環(huán)節。(1) 不同狀態(tài)下的受力分析首先對氣化爐殼體在正、反90°翻轉過(guò)程中的1-弧形板; 2- 主板; 3-支撐板; 4-支撐圈; 5-支撐弧板。狀態(tài)進(jìn)行受力分析，找出翻轉輔具受最大載荷和最圖1翻轉輔具模型大應力、剪切應力時(shí)所處的翻轉位置和結構部位。2.2翻轉輔具的優(yōu)點(diǎn)在直立時(shí)(見(jiàn)圖2)，400t天車(chē)副鉤下降的最通過(guò)采用翻轉輔具，解決了超重、超高、超大初瞬間，翻轉輔具受到氣化爐殼體垂直向下的重直徑壓力容器整體翻轉的難題，在翻轉過(guò)程中能保力，翻轉輔具與地面的接觸面積也非常小，這時(shí)翻證容器表面的零件不產(chǎn)生損壞，同時(shí)克服了場(chǎng)地的轉輔具所受到的氣化爐殼體的全部重力作用，對翻限制。吊裝更加規范，安全性高，可操作性強。翻轉輔具結構的破壞性應最大。而在翻轉過(guò)程中，為轉輔具設計的支撐圈可以防止螺栓在翻轉過(guò)程中受了保證連接螺栓不受剪切力,在設計翻轉輔具時(shí)增到剪切應力，并起到定位的作用。通過(guò)螺栓將翻轉加了支撐圈，以起到定位作用和承擔翻轉時(shí)產(chǎn)生的輔具與氣化爐殼體連接，防止在起吊和翻轉過(guò)程中剪切力。在翻轉過(guò)程中氣化爐殼體的重量主要由輔具發(fā)生脫落和滑移;配合專(zhuān)用400t吊梁，杜絕400t翻轉吊梁和翻轉輔具的支撐弧形部分承擔，了鋼絲繩對容器的勒傷，使整個(gè)翻轉中鋼絲繩在吊只有在接近90°設置時(shí)，支撐圈所受到的力最大，梁的滑輪內自由轉運，避免鋼絲繩的磨損。通過(guò)天承擔殼體-半的重量。我們針對這兩種受力狀態(tài)，車(chē)升降和小車(chē)運行，實(shí)現壓力容器的正、反方向對翻轉輔具的結構進(jìn)行強度分析。分別是翻轉前的90°翻轉和直立、臥放，安全方便、操作快捷。瞬間和接近90°時(shí)翻轉輔具所受的各項應力，并建立載荷與位移約束。3對翻轉輔具結構分析3.1建模及 網(wǎng)格劃分利用SolidWorks12對翻轉輔具建模，在進(jìn)行結構分析時(shí)，- - 方面要全面準確地描述模型，另一方面也要兼顧計算效率。因此，在建模時(shí)忽略不影響強度的細節，進(jìn)行適當的等效，將用于翻轉輔具本體起吊的四個(gè)吊耳去除，對模型進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。若在結構分析過(guò)程中，發(fā)現等效簡(jiǎn)化不合理的情況，將遵循以下原則進(jìn)行適當的結構調整:①?lài)栏褡裱O計結構;②真實(shí)反映應力分布特征。建模后將模型導人ANSYS Workbench14中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。ANSYS Workbench14的網(wǎng)格連接新中國煤化工增加了允許用戶(hù)不改變幾何形狀就可以把相鄰的節YHCNMHG62015167期)CFHI設計與計算CFHI TECHNOLOGY(2) 最大載荷時(shí)的邊界條件結構分析，得到翻轉輔具在不同狀態(tài)時(shí)各部位置的翻轉輔具處于圖2狀態(tài)時(shí)所受力最大，由此得變形量及變形方向，以及所受到各應力值的大小，模型的載荷及位移邊界條件(見(jiàn)圖3)。 設弧形板從而對設計結構進(jìn)行優(yōu)化，確保系統的剛度。與地面接觸部位的100mm寬度處采用固定約束,經(jīng)計算，翻轉輔具在最大載荷狀態(tài)時(shí)，位移最對翻轉輔具的主板與氣化爐殼體連接面施加1.8x大值: 0.547 69 mm，所受到的綜合應力最大值:10°N力，此時(shí)的約束、載荷與實(shí)際工作狀態(tài)相符201.92 MPa。在翻轉到90°時(shí)，綜合應力最大值:合,也是翻轉輔具承載最大時(shí)的受力狀態(tài)。V圖5翻轉輔具最大載荷時(shí)應力云圖圖3翻轉輔具 最大載荷時(shí)邊界條件AN(3) 翻轉輔具90°時(shí)的邊界條件氣化爐殼體翻轉到90°時(shí),翻轉輔具所受載荷是通過(guò)支撐圈傳導到翻轉輔具弧形板和支架上面，結構最薄弱處也正是支撐圈(見(jiàn)圖4)。下圖6翻轉輔具90°時(shí)應力云圖190.64 MPa (見(jiàn)圖5、圖6)。最終得到的安全系數: [σ ]=O-=1.7。結論:翻轉輔具在受到最大載荷時(shí)有1.7 倍的安全系數，由于實(shí)際氣化爐殼體理論值是凈重圖4翻轉輔具 90°時(shí)邊界條件氣化爐殼體在翻轉到90時(shí)，它一半重量作用164 582 kg,所以翻轉輔具能夠完成翻轉操作。在翻轉輔具的支撐圈上,并傳導到弧形板和支撐弧4結語(yǔ)板及主板上，本文對該狀態(tài)進(jìn)行受力分析，并施加載荷和位移約束，在支撐圈外圓與氣化爐進(jìn)出料口通過(guò)上述結構分析、強度計算，判定翻轉輔具的法蘭內臂接觸300mm寬的面.上施加9.0x10*N的結構設計、強度、剛度通過(guò)效核，可以應用到實(shí)力，對弧形板最外端300 mm寬處進(jìn)行約束，經(jīng)過(guò)際工作中。計算得到翻轉輔具在90°時(shí)的結構強度、剛度的計由于該氣化爐殼體翻轉輔具設計結構緊湊，操算結果。作方便，安全性高，適合用于大型容器的翻轉操3.3結論分析作，而且材料結構選用合理，有效降低成本。因翻轉輔具屬于結構件，設計時(shí)應保證剛度、強此，該方案可以用于其它類(lèi)似產(chǎn)品的翻轉輔具設度和穩定性的基礎上還要求重量輕，成本低，翻轉計。而采用ANSYS Workbench14結構分析和手工無(wú)卡阻。在過(guò)去的設計中，只能計算強度有足夠的驗算相結合，提高材料選用的安全性，使設計者能冗余即可，而剛度這個(gè)關(guān)系到系統能否正常工作的更好地了解輔具設計結構各項應力的分布區域、位關(guān)鍵指標卻往往被忽視。通過(guò)ANSYS Workbench14移矢量，合理確定結構和選材方案。收稿日期: 2015-09-18中國煤化工MHCNMH G2015年第5期(總167期) _7rz.s@chi.comCFHI