大型方形臥式真空罐的強度研究

2012-05-27 由美雁 東北大學機械工程與自動化學院

  本文針對大型方形臥式真空罐進行設計及強度分析,設計出罐內壁長15 m,寬5 m,高6.5 m的大型方罐,方罐罐口和罐門的法蘭采用方管直接焊接成法蘭的新型形式,利用有限元方法分析所設計的真空罐的強度,得到真空罐受力后的變形和應力,結果表明設計合理可行。

  在變壓器中有大部分固體絕緣材料,絕緣材料中含水量的大小直接影響其性能,變壓器的等級越高要求其含水量越低,真空干燥設備就是在變壓器生產過程中去除水分的關鍵真空設備。本文要干燥的變壓器稱之為“雙百萬”變壓器,其工作電壓為100 萬伏,變電容量為100 萬千伏安,為國內最大的變壓器。由于變壓器的電壓等級高,容量大,絕緣元件也越厚大,對其真空干燥處理也要求很高, 就需要設計出相應大型的真空罐, 本文設計的真空罐是目前國內最大的臥式方型真空罐,其厚度問題、加強筋加強方式、罐口法蘭都需要重點設計,罐體大,其強度和變形也格外重要,本文對設計完的真空罐進行有限元分析, 通過反復試算和修改設計方案, 得出符合強度和剛度要求的真空罐結構。

1、方形臥式真空罐的設計

1.1、罐體

  根據變壓器的生產干燥要求設計真空罐為方形臥式形式,真空罐內壁尺寸為長15 m,寬5 m,高6.5 m,壁厚為0.012 m,在真空罐的外壁設有間隔一定距離的加強筋,加強筋采用工字鋼形式,為節省鋼材,罐高度和寬度方向采用的工字鋼型號不同,工字鋼加強筋為橫筋即垂直于罐體軸向。在罐體軸向設有扁鋼形式的縱向加強筋。罐體示意圖見圖1 所示。

1.2、罐門

  真空罐設有單邊的罐門,罐門可以開啟。罐門底部設有軌道可以平移打開罐門,罐門和真空罐的罐口采用方管焊接而成的新型法蘭形式,這種法蘭形式在國內還是首次應用在真空罐上,目的是減少焊接變形,增加真空罐的密封性。罐門外壁也分布橫、縱向加強筋。罐門法蘭示意圖見圖2 所示。罐門示意圖見圖3 所示。

大型方形臥式真空罐的強度研究

大型方形臥式真空罐的強度研究

 。1)通過對所設計的真空罐結構進行多次有限元分析計算,得出合理布置加強筋的位置和數量,可有效提高真空罐的強度和剛度。

 。2)對真空罐的門口法蘭采用新型的方管焊接形式,可有效的減少焊接變形的影響。

 。3)對于真空罐的有限元分析通過使用不同單元的分析比較得出可使用殼單元進行分析,減少建模和計算的工作量。

 。4)分析真空罐的應力結果后,要對其上的應力分布進行應力評定,并進行校核,可確保所設計的大型真空罐結構合理,其應力分布滿足強度的要求。

 。5)在本課題組完成這個大型真空罐的設計和分析后,又接到一個長16 m、寬5.5 m、高7 m的真空罐設計任務,本文的設計與分析為下一個真空罐的研究奠定了基礎。