蒸汽储气罐的有限元应力分析

来源：河南瑞德机械制造有限公司浏览：580 发布日期：2019-11-01【大中小】

蒸汽储气罐的有限元应力分析

1 引言

蒸汽储气罐用以储存压缩气体，保证在正常或应急情况下，提供足量的气体。蒸汽储气罐具有建造结构简单、使用寿命长、对环境污染少、造价低等点，随着工业生产的发展，蒸汽储气罐在我国的应用越来越广泛。为了提高蒸汽储气罐的储存效率，人们总是尽可能提高蒸汽储气罐内气体的压力和容积，因此对蒸汽储气罐的结构进行全面的计算分析，为设计提供理论依据，具有重要的理论意义和工程实用价值。首先建立了蒸汽储气罐的三维模型，然后分别按照薄壳理论和有限元方法对蒸汽储气罐罐体结构的应力和变形进行了静力计算，并对计算结果比较，根据比较结果对罐体的构件截面尺寸提出了适当调整方案，化了罐体的结构。

2 蒸汽储气罐三维模型

蒸汽储气罐是一种钢制的压力容器，有球形和圆筒形两种。圆筒形蒸汽储气罐因其便于安装设置，所以被普遍采用。蒸汽储气罐结构比较简单，如图1 所示。包括进气口、排气口、安全阀和压力表等。随着高压高容积蒸汽储气罐的出现，高储存气体压力达到4.5MPa，大储存容积达到600m3 以上。

3 高压罐受力分析与理论计算

传统的高压储油罐设计是利用薄壳理论计算。但是由于目前蒸汽储气罐设计没有可供依据的设计规范，设计人员往往采用经验、类比方法进行设计计算，使得蒸汽储气罐的设计存在一些问题。高压气体造成泄露事例，材料是否浪费的问题无法控制。当圆筒形蒸汽储气罐的壁厚δ 远小于它的内直径D 时，称为薄壁圆筒。

4 蒸汽储气罐的有限元分析

4.1 有限元分析前处理

蒸汽储气罐的有限元计算分析是利用MSC.Marc 软件进行的。有限元分析的前处理包括网格划分、加载方式、边界约束条件、材料参数等。有限元模型网格划分得当与否直接影响计算速度和计算精度。由于蒸汽储气罐具有轴对称的特点，在不影响精度的前提下，为了减少计算量，按轴对称方法，对其进行研究，这样能减小模型规模，节约计算时间。

4.2 有限元结果分析

有限元分析结果能够以图形的方式直观显示，使人一目了然，了解结构那个部分受力较大，因此可以依据结果改进蒸汽储气罐的结构。蒸汽储气罐轴对称模型轴向应力图，如图4 所示。从图中可以看到，轴向大应力为125MPa，发生在内壁一侧。

5 结论

（1）利用薄壳理论计算的轴向应力与切向应力值与有限元分析的结果基本一致，说明蒸汽储气罐设计参数应依据这些因素考虑。

（2）Von Mises 应力理论计算结果数值与有限元结果相差8%。安全系数［n］＝ 470251 =1.87，符合结构安全要求。（3）蒸汽储气罐厚度为30，可以满足强度要求，这样蒸汽储气罐重量大概为25t，不但节约了材料，而且对于普通汽车的运输还是可以承受的。

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