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管壳式换热器广泛应用于石油、化工、能源等工业领域,管板是该类换热器的重要承压结构部件。管板的合理设计对保证设备的安全性、节减材料及降低制造成本意义重大。目前依据标准计算的管板较厚,重量较大,而对于双管板换热器,也只是借助传统管板设计规范进行计算,其合理性值得商榷。鉴于此,本论文采用有限元数值分析方法对固定管板的力学性能进行了详细研究。首先,建立固定管板换热器管板的三维有限元分析模型,研究了不布管区大小、管板厚度、设备壳体厚度、管板边界结构等不同因素对管板强度和挠度的影响,发现不布管区大小对管板强度的影响非常大;管板与壳体连接结构采用过渡倒角形式或内凹角形式均可在一定程度上降低管板的最大应力强度和管板中心处的弯曲应力强度,但内凹角半径须限制在一定范围内。其次,基于GB151-2012(征求意见稿)和有限元数值分析方法,对一台双管板换热器的管板进行了设计计算,结果表明,有限元数值分析方法可实现外管板厚度的大量减薄;通过对双管板结构进行参数分析,发现相邻管板间距L对管板中心处的应力强度影响较大,而管板内外表面温差△T的变化将引起管板弯曲应力强度的较大波动。最后,基于VB编程语言及ANSYS有限元分析软件,开发了一套针对特定结构的固定管板换热器管板强度校核的分析计算软件,通过交互式界面可实现对管板的有限元数值分析计算,并自动生成应力分析报告。

关键词：固定管板换热器管板双管板厚度计算有限元分析计算软件

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