基于ANSYS的蒸压釜罐口结构设计

齿 圈法 兰 （ 下法 兰 ） 采用 对 接 焊 结 构 ，在 齿 圈法 兰 （ 法兰） ｇ ｍ密 封槽 放置 横 卧 的 Ｙ 形 密封 圈 ， 下 ｉ Ｈ 上下 法兰 靠 Ｙ形 密封 圈唇 部 密封 。 自动 式结 构 ， 半 靠 手 柄达 到夹 紧和 松 开 的 目的 。
设计 参数 和材 料 如下 ：简 体 内径 ２ ０ ０ ０ｍｍ，
蒸 压 釜 是 一 种 特 殊 压 力 容 器 ，它 广 泛 适 用 于 加 气 混 凝 土 砌 块 、 混 凝 土 管 桩 、灰 砂 砖 、煤 灰砖 、 微 孔 硅 酸 钙 板 、 保 温 石 棉 板 、 高 强 度 石 膏 等 建 筑 材 料 的 蒸 压 养 护 ，还 广 泛 适 用 于 橡 胶 制 品 、 木 材 干 燥 和 防 腐 处 理 、 重 金 属 冶 炼 、耐 火 砖 侵 油 渗 煤 、符 合 玻 璃 蒸 养 、 化 纤 产 品高 压 处理 、 食 品 罐 头 高温 高 压 处 理 、纸 浆 蒸 煮 、 电 缆 硫 化 、 渔 网定 型 以及 化 工 、 医 药 、 航 空 航 天
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《 电技 术 》２ １ 第 ５期 机 ００年
特 种 设 备 及 检验 检 测
结构 突变 导致产 生边 缘应 力 。根据 板壳 理论 ，在
１ 接 触模 型 ． ２ 有关 文献 资料 显示 ，在 无载 荷 作用 的初始 接
１ 有 限元分析模 型
本 设计 中的硅 酸 盐水 泥 制 品用 的蒸 压釜 如 图
１ 所示 ，由球 冠形 封头 、齿 圈法兰（ 法兰 ） 下 、罐 Hale Waihona Puke Baidu ： ３
法兰 ｆ 上法 兰 １ 、Ｙ 形 密封 圈 、简体 、丝杆 、开盖
起 吊装 置和 安全 连 锁装 置 等组 成 。球 冠形 封 头与
强 度 评 定 ，表 明基 于 Ａ ＹＳ的 蒸压 釜 罐 口结 构 设 计 方 法 的合 理 性 。 ＮＳ 关 键 词 ：Ａ ＹＳ ＮＳ ；接 触 单 元 ；蒸 压 釜 ；结 构 设计 中 图 分 类 号 ：Ｔ ５ ． Ｑ０２４ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １７ －４ ０ （０ ００ 一 ｌ７ ３ ６ ２ ８ １２ １）５ ２ —０
图 １ 蒸 压 釜 罐 口结 构
１ 球 冠 形封 头 ；２ 齿 圈法 兰 （ ． ． 下法 兰 ） ； ３ 罐 口法 兰 （ 法兰 ） ． 形密 封 圈；５ ． 上 ；４Ｙ ．简体
１１ 实 体模 型 ． 齿啮 式快 开 装置 在 其 圆周方 向加工 出偶 数 的 均 布 的齿 ，据 此 结构 的 周期 对称 性 ，其 受力 和 变 形 可 归结 为广 义轴 对 称 问题 ，因此 以纵 向截 取 齿
数值 模 拟齿 的接 触 过程 ，建立 有 限元 分析 模 型 ， 探讨 基 于有 限元 分 析获 得 更合 理 结构 的齿 啮式 快
开压 力容 器 设计 体会 。
中面及 与 之相 邻 的齿 间 隙 中面所 包含 的实体 作 为
研究对象建立实体模型 ，如 图 ２所示。在罐 口法 兰（ 上法 兰 ） 简体 接 合 部 ， 因为 壁 厚尺 寸 过 渡 ， 与
特 种设备及 检验检测
《 机电技术》２ １ ０ ０年第 ５期
基 于 ＡＮ Ｙ Ｓ Ｓ的蒸 压 釜罐 口结 构 设 计
吴 汝 杨
（ 福建信息职业技 术学院机 电系 ，福建 福 州 ３ ０ ０ ） ５０ ３ 摘 要 ：建立 ＡＮＳ ＹＳ模型 ，采用面． 面接触单元模拟 蒸压 釜罐 口的接触过程 ， 对 蒸压釜罐 １结构强度进行 了应力 ： ３
ＨＧ ０ ８ —９ ８ 《 制 化 工 容 器 强 度 计 算 规 定 》 ２ ５２ １９ 钢 外 ， 尚无 统 一 的 国家 强 制 性 设 计 标 准 。为 此 ，
国 内外 开 展 了大 量 的研 究 工 作 。这 些 研 究 大 致
也分两类 ：一类对上 、下法兰分开单独研 究 ， 假 设 齿 间 接 触 边 界 条 件 己知 ；另 一 类 将 上 、 下 法 兰 连 在 一起 作 为整 体 分析 。 本 文 以某 公 司 ２ ０ 年一 款 带球 形封 头 的齿 ０３ 啮式 快 开压 力容 器 的设 计 为例 ，通 过 接触 单元 来
工 业 等 需压 力 蒸 养 生产 工 艺 过 程 的 生 产 项 目。
其 釜 盖 结 构 是 关 键 结构 ， 属 齿 啮式 快 开 结 构 。 由于 物 料 频 繁进 出 罐 口，罐 口装 置 开 关 应迅 速 ， 故 在 罐 口圆 周 方 向制 造 出 均 布 的偶 数 轮 齿 ，通 过 蜗 轮 蜗 杆 机 构 在 与 轴 线 垂 直 方 向 的旋 合 和 退 开 ， 以达 到 快速 开合 的 目的 。 蒸 压 釜 工 作 时 开合 频度 高 ，其过 程 是旋 合 、 升压 、蒸 养 、降压 、退 开 的循环 动 作 ，这对 蒸 压 釜 的罐 口强度 和疲 劳提 出较 高 的要求 。 由于在 设 计理 论 、选材 过 程 、制造 工 艺 、使 用 环境 等方 面
设 计压 力 １ ３ＭＰ ， １ 齿 ，设计 温度 ２ ０ ， ． ａ ８个 ４ ０℃ 由于每 ２ ２小时 开罐 一次 ，按 １ 设 计年 限 ，故 ５年 压 力循 环 次数 约 为 ６ ０ ０ ０次 ， 质 为水蒸 气 ，齿 圈 介 法兰（ 下法 兰 ） 罐 口法 兰（ 法 兰 ） 质 为 １ Ｍｎ Ｉ 、 上 材 ６ Ｉ
级锻 件 。
的不足 ，导致 此 类压 力 容器 的事故 频 发 ，约 占我
国压力 容 器爆 炸事 故 的三 分之 一 ，且后 果严 重 。 蒸 压 釜 从 类 别 上 可 以分 为 Ｉ 和 Ｉ类 ， 典 类 Ｉ 型 的 罐 口形 式 是 带 球 形 封 头 的 齿 啮 式 快 开 装
置 ， 广 泛 用 于 中 、 低 压 压 力 容 器 。 目 前 除