1、高压电器筒体法兰螺栓连接对筒体强度影响分析 1 1.1. 绪论绪论 1.1 承压容器的现状及发展趋势 承压容器是以流程性材料(气体、液体、粉粒体等)的压力为基本载荷、应用 广泛且有潜在泄漏和爆炸危险的特种设备,如锅炉、压力容器(含气瓶)、压力管 道等。承压设备是石油化工、天然气化工和煤化工等过程工业的关键设备。没有 安全可靠的承压设备,就不可能有先进的过程工业。此外,一些高新技术领域,如 航空航天技术、能源技术、先进防御技术等,也离不开承压设备。因此,开展承压 设备研究对国家安全、 经济发展、 人民生命财产安全和社会稳定都具有重要意义。 随着科学技术的飞速发展，压力容器的发展也出现了新的发展趋
2、势。 1. 大型化 与小型承压设备相比,大型承压设备不但生产效率高,而且具有制造成本 低、占地面积小、运行和维修费用低等优点。大型承压设备的投资大,介质 的储存量大,一旦发生泄漏、爆炸等事故,会造成人员伤亡、重大经济损失和 严重的环境污染,因此要求确保大型承压设备长周期、长寿命地安全可靠运 行。 2. 在高新技术中的应用越来越广 信息技术、生物和现代农业技术、新材料、先进制造与自动化技术、能 源技术和资源环境技术是国家高技术研究发展计划(863 计划)确定的 6 个高 技术领域。这些研究领域大都与承压设备学科有着紧密的关系。现以氢能和 超临界流体技术为例加 3. 标准全球化 为使承压设备安全可
3、靠地运行,承压设备设计、制造、检验必须满足安 全技术规范的要求。为促进承压设备在欧盟范围内的自由贸易,消除贸易技 术壁垒,尽可能在最广泛的工业领域内实施统一的技术法规，在相互标准认 可的基础上,实现承压设备产品的全球自由贸易。 4. 防止突发爆炸事故对承压设备提出更高的要求 近年来,刑事犯罪呈现出动态化、组织化、职业化和智能化的发展趋势。 为了防止突发性爆炸事故，给压力容器的设计制造提出了新的要求。 5. 安全可靠性要求越来越高 高压电器筒体法兰螺栓连接对筒体强度影响分析 2 承压设备大多数是大型化连续生产,停产会造成巨大经济损失。此外,承 压设备的服役条件千差万别,有高温、低温、深冷;有超高
4、压、高压、中压、 低压和真空等;有强酸、强碱、剧毒、易燃和易爆介质,因而一旦发生泄漏或 爆炸事故,不仅造成经济损失,而且会造成严重的环境污染。 1.2 承压容器螺栓连接的质量要求 承压容器与其它金属构件常采用螺栓连接,由于材料挤压强度不同,结构在 承受较大载荷时,连接部位螺孔处的材料会发生挤压破坏,是该结构的主要破坏 模式。 评价螺栓连接质量在制造业中是很重要的问题，大多数企业都在装配工序后 利用指示式扭矩扳手以抽检的方式对相关的螺纹副进行拧紧扭矩测试， 以评价螺 栓连接的质量，其间出现各种各样的情况是很正常的现象，但前提是执行的方法 必须正确，这是处理问题、解决问题的基础。 在这类螺纹副联接
5、中，拧紧扭矩、螺栓的轴向预紧力及扭矩系数三者之间相 互关联此消彼长。摩擦系数的减小导致了扭矩系数变小，在拧紧扭矩保持不变的 情况下，必然将引起螺栓轴向预紧力的增大。连接螺栓的断裂是因作用在其上的 拉力轴向预紧力过大，超出了材料抗拉的强度造成的。 若把摩擦系数视为常数，对于一个确定的螺栓轴向预紧力，它与拧紧力矩在 理论上呈线性关系，但当轴向预紧力超过屈服点之后，随着拧紧力的增大，预紧 力的增量将减少，甚至出现下降，因此，螺栓轴向预紧力与拧紧力之间的关系只 有在螺栓预紧进入屈服状态之前才是线性的。 事实上，在采用扭矩法这一拧紧工艺时，考虑到扭矩控制精度、摩擦系数散 差、紧固件机械性能波动和制造精度
6、等影响因素，螺栓轴向预紧力的最大值通常 只设计在其屈服极限的 70%以下，也就是说，螺栓连接是工作在材料的弹性区域 内，因此，替代试验的对比测试值并不能说明扭矩法工况下拧紧力矩与螺栓轴向 预紧力间的真实比例关系，但还是指出了明确的趋势，而且提供了一种修正装配 工艺后直截地评价改进效果的方法，以便于企业实施。 要用实验方法测出真实状态下的摩擦系数值或螺栓受到的轴向拉力数值， 在 一般企业中不太可能，另外由于螺栓连接处在传递载荷、连接件的形态和边界条 高压电器筒体法兰螺栓连接对筒体强度影响分析 3 件等方面都比较复杂，用解析方法求解是难以胜任的,需要采用数值方法特别是 可用有限元法来求解。 本文以高压电器筒体的法兰螺栓连接为研究对象,应用 ANSYS 有限元软件分 别建立了高压电器筒体和法兰与螺栓连接的有限元模型,在高压电器筒体最高使 用压力及螺栓预紧力等载荷条件下对螺栓连接的结构强度进行数值模拟,给出了 数值计算结果并对结果进行了分析,并在此条件下对高压电器筒体进行了疲劳分 析。 1.3 ANSYS 软件介绍 ANSYS 公司的 ANSYS 软件是融结构、热、流体、电磁
