旋风分离器顶部出口加筋平盖应力分析与强度评定

栾德玉¹，李龙斌¹，王松松¹，王风磊²，郭祥忠²，李 沂²

(1. 青岛科技大学机电工程学院，山东 青岛 266061）

(2. 青岛畅隆电力设备有限公司，山东 青岛 266700)

作者简介：栾德玉（1964—），男，教授，博士，主要从事过程设备数值模拟和优化设计， qddy05@163.com.

摘要：采用有限元分析软件ANSYS Workbench，对旋风分离器顶部平盖受力进行研究，分析比较了无筋板与设置三角形筋板和矩形筋板的应力分布和变形特征，通过线处理法对应力进行均匀化和当量线性化处理，依据标准JB 4732—1995进行应力分析与强度评定。分析结果表明：设置筋板后平盖的应力集中程度和变形量显著降低；在筋板厚度和面积相同的前提下，以矩形筋板和三角形筋板为例，改变筋板形状能将筋板等效应力降低27%、变形量降低35%，同时能降低薄膜应力和一次加二次应力，有效提高平盖的安全性，可为平盖设计提供参考和依据。

关键词：旋风分离器；加筋平盖；有限元；应力分析；强度评定

中图分类号：TQ053.2   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)12-0011-05

旋风分离器是一种气固体系或液固体系的分离设备，广泛应用于制药和石油化工等行业。平盖是旋风分离器常用的封头形式，在内压及外载的作用下，接管连接处易出现应力集中现象，导致工业事故的发生。因此，对旋风分离器顶部的平盖结构进行应力分析与强度评定，是旋风分离器安全运行的重要保障。

目前，从平盖的受力分析研究成果来看^［1-5］，研究主要集中在平盖开孔的补强计算方面，对旋风分离器平盖整体受力的研究比较少。帅勃列^［6］对筋板结构为一字形、工字形、井字形和辐射形的平盖受力进行了比较分析，结果表明，具有辐射形筋板的平盖结构受力最好，所需平盖厚度最薄；钟焕杰^［7］用拓扑优化的方法，将平盖的筋板布局转化为拓扑优化结果中的材料痕迹分布问题，并依据材料痕迹分布情况设置加强筋的位置；程新宇等^［8］运用ANSYS Workbench对压力容器接管处的应力分布进行了探究。本文应用有限元软件，对平盖整体结构的应力分布进行研究，在筋板面积和厚度相同的情况下，对比分析无筋板以及设置等面积的矩形筋板和三角形筋板时的平盖受力特征和变形情况，根据JB 4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》对平盖进行强度评定，以期为平盖优化设计提供理论参考。