气化炉壳体翻转辅具结构分析计算

设计与计算CFHI TECHNOLOGY10.396/j.ssn.1673- 3355.2015.05.002气化炉壳体翻转辅具结构分析计算孔小东'摘要:以气化炉在厂内制造中翻转吊装为研究对象，设计翻转辅具，并对翻转辅具的设计结构进行有限元分析，确保设备翻转吊装过程中的安全性，解决大型容器在厂房翻转吊装的困难。关键词:气化炉壳体;翻转辅具;强度分析中图分类号: TCHII4 文献标识码: A文章编号: 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气化炉壳体组件:高18.035 m、直径03.52翻转过程中的受力情况，特别是最大变形量、剪切m、重量164582kg。其内构件要在制造厂试装,应力和压应力的最大值及综合应力最大值的分布区需要将壳体直立并落放在地坑内以进行后序的安装域。对此，笔者用Solidwork2012为翻转辅具建模,工作。由于厂房天车受自身结构和最大起升高度限用ANSYS Workbench14分析翻转辅具在翻转中受制，再加上气化炉壳体重量和表面零部件的干涉,力状况，找出最大变形部位和应力分布区域，各应在厂房内无法实现翻转直立;而采用大型汽车吊，变值，从而为气化炉壳体翻转方案和翻转辅具给出吊装费用一次就得5万元左右，气化炉共4台，每较为全面的安全性评价。-台需要从平放到直立再到平放两次翻转，该项目翻转结束就得40万左右，费用太高。通过对该项2气化炉壳体翻转辅具结构设计目生产制造过程的了解，并对本厂-天车起吊能力的2.1 翻转辅具设计评估，经过反复研究和修改，最终设计出天车用气化炉壳体翻转辅具，并根据所制定气化炉壳体翻转翻转辅设计为结构件，通过钢板下料、取形、方案，对翻转辅具结构进行强度校核。最终，安焊接组合后加工而形成一个整体。 翻转辅具具有弧全、高效地完成了气化炉壳体的翻转工作，现在已形结构，把合到气化炉进出料口的法兰表面，借助将该辅具用到其它容器的吊装翻转生产过程中。400t翻转吊梁,实现气化炉壳体从平放到直立的正、反方向翻转。1翻转辅具设计及计算重点翻转辅具主要组成部份:弧形板、主板、支撑板、支撑圈、支撑弧板;支撑圈主要用来定位和承气化炉壳体翻转是通过高跨22m400t天车和载翻转过程中产生的剪切应力:支撑弧板是翻转辅专用400t翻转吊梁及翻转辅具实现90°翻转。由具的重要零件，负责承担容器的全部重量,并通过于气化炉壳体较重，在翻转过程中翻转辅具各部位弧形板起到翻转作用。主板和支撑板用于对翻转辅受力变化很大，而采用手工计算不能得到各部位在中国煤化工1.中国第一重型机械股份公司核电石化事业部工程师，辽宁大连116113MHCNM HG2015年第5期(总167期) _5rz.s@chi.comCFHI一重技术设计与计算具的连接、定形和辅助支撑，使辅具能承载点融合，确保几何模型中有共享的边，这个功能加180 000 kg以内的超大吨位容器，且不会产生变强了对大型壳模型划分网格的稳定性和效率。笔者形;针对各零件的不同作用而选用不同材料的目地利用ANSYS Workbench14 网格划分的亮点之一，既是为了节约成本，同时也是为了提高结构的强度多域法(MuliZone) 对翻转辅具分多个面进行多域和稳定性，保证在翻转过程中，翻转辅具各部件不扫掠，共划分了202907个节点，185 095个单元，会发生屈服、变形或断裂(见图1)。单元边长10mm，最终生成高质量的六面体网格。3.2受力分析， 施加载荷与位移约束载荷与位移约束决定了模拟工况与实际工况的近似程度。正确地施加载荷与位移约束是得到正确计算结果的前提条件,也是结构分析技术应用到工程领域中的一个 关键环节。(1) 不同状态下的受力分析首先对气化炉壳体在正、反90°翻转过程中的1-弧形板; 2- 主板; 3-支撑板; 4-支撑圈; 5-支撑弧板。状态进行受力分析，找出翻转辅具受最大载荷和最图1翻转辅具模型大应力、剪切应力时所处的翻转位置和结构部位。2.2翻转辅具的优点在直立时(见图2)，400t天车副钩下降的最通过采用翻转辅具，解决了超重、超高、超大初瞬间，翻转辅具受到气化炉壳体垂直向下的重直径压力容器整体翻转的难题，在翻转过程中能保力，翻转辅具与地面的接触面积也非常小，这时翻证容器表面的零件不产生损坏，同时克服了场地的转辅具所受到的气化炉壳体的全部重力作用，对翻限制。吊装更加规范，安全性高，可操作性强。翻转辅具结构的破坏性应最大。而在翻转过程中，为转辅具设计的支撑圈可以防止螺栓在翻转过程中受了保证连接螺栓不受剪切力,在设计翻转辅具时增到剪切应力，并起到定位的作用。通过螺栓将翻转加了支撑圈，以起到定位作用和承担翻转时产生的辅具与气化炉壳体连接，防止在起吊和翻转过程中剪切力。在翻转过程中气化炉壳体的重量主要由辅具发生脱落和滑移;配合专用400t吊梁，杜绝400t翻转吊梁和翻转辅具的支撑弧形部分承担，了钢丝绳对容器的勒伤，使整个翻转中钢丝绳在吊只有在接近90°设置时，支撑圈所受到的力最大，梁的滑轮内自由转运，避免钢丝绳的磨损。通过天承担壳体-半的重量。我们针对这两种受力状态，车升降和小车运行，实现压力容器的正、反方向对翻转辅具的结构进行强度分析。分别是翻转前的90°翻转和直立、卧放，安全方便、操作快捷。瞬间和接近90°时翻转辅具所受的各项应力，并建立载荷与位移约束。3对翻转辅具结构分析3.1建模及 网格划分利用SolidWorks12对翻转辅具建模，在进行结构分析时，- - 方面要全面准确地描述模型，另一方面也要兼顾计算效率。因此，在建模时忽略不影响强度的细节，进行适当的等效，将用于翻转辅具本体起吊的四个吊耳去除，对模型进行简化处理。若在结构分析过程中，发现等效简化不合理的情况，将遵循以下原则进行适当的结构调整:①严格遵循原设计结构;②真实反映应力分布特征。建模后将模型导人ANSYS Workbench14中进行网格划分。ANSYS Workbench14的网格连接新中国煤化工增加了允许用户不改变几何形状就可以把相邻的节YHCNMHG62015167期)CFHI设计与计算CFHI TECHNOLOGY(2) 最大载荷时的边界条件结构分析，得到翻转辅具在不同状态时各部位置的翻转辅具处于图2状态时所受力最大，由此得变形量及变形方向，以及所受到各应力值的大小，模型的载荷及位移边界条件(见图3)。 设弧形板从而对设计结构进行优化，确保系统的刚度。与地面接触部位的100mm宽度处采用固定约束,经计算，翻转辅具在最大载荷状态时，位移最对翻转辅具的主板与气化炉壳体连接面施加1.8x大值: 0.547 69 mm，所受到的综合应力最大值:10°N力，此时的约束、载荷与实际工作状态相符201.92 MPa。在翻转到90°时，综合应力最大值:合,也是翻转辅具承载最大时的受力状态。V图5翻转辅具最大载荷时应力云图图3翻转辅具 最大载荷时边界条件AN(3) 翻转辅具90°时的边界条件气化炉壳体翻转到90°时,翻转辅具所受载荷是通过支撑圈传导到翻转辅具弧形板和支架上面，结构最薄弱处也正是支撑圈(见图4)。下图6翻转辅具90°时应力云图190.64 MPa (见图5、图6)。最终得到的安全系数: [σ ]=O-=1.7。结论:翻转辅具在受到最大载荷时有1.7 倍的安全系数，由于实际气化炉壳体理论值是净重图4翻转辅具 90°时边界条件气化炉壳体在翻转到90时，它一半重量作用164 582 kg,所以翻转辅具能够完成翻转操作。在翻转辅具的支撑圈上,并传导到弧形板和支撑弧4结语板及主板上，本文对该状态进行受力分析，并施加载荷和位移约束，在支撑圈外圆与气化炉进出料口通过上述结构分析、强度计算，判定翻转辅具的法兰内臂接触300mm宽的面.上施加9.0x10*N的结构设计、强度、刚度通过效核，可以应用到实力，对弧形板最外端300 mm宽处进行约束，经过际工作中。计算得到翻转辅具在90°时的结构强度、刚度的计由于该气化炉壳体翻转辅具设计结构紧凑，操算结果。作方便，安全性高，适合用于大型容器的翻转操3.3结论分析作，而且材料结构选用合理，有效降低成本。因翻转辅具属于结构件，设计时应保证刚度、强此，该方案可以用于其它类似产品的翻转辅具设度和稳定性的基础上还要求重量轻，成本低，翻转计。而采用ANSYS Workbench14结构分析和手工无卡阻。在过去的设计中，只能计算强度有足够的验算相结合，提高材料选用的安全性，使设计者能冗余即可，而刚度这个关系到系统能否正常工作的更好地了解辅具设计结构各项应力的分布区域、位关键指标却往往被忽视。通过ANSYS Workbench14移矢量，合理确定结构和选材方案。收稿日期: 2015-09-18中国煤化工MHCNMH G2015年第5期(总167期) _7rz.s@chi.comCFHI