蒸压釜典型结构的有限元分析与优化研究

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蒸压釜是一类应用于多个领域的大型蒸养设备,但是由于结构和工艺条件特殊等原因,蒸压釜在生产过程中时常出现事故,给人民生命财产安全带来极大的隐患。其中多支座结构、齿啮式快开结构和安全联锁装置是出现事故较多的位置。为此工程科研人员曾对其进行大量研究,也取得了一定的成果,但是仍存在一些尚未解决的问题。比如,多支座结构设计方面一直以来也没有一个完整的设计方法;对于蒸压釜结构中的齿啮式快开结构部分往往忽视刚度校核;由于安全联锁装置结构庞杂、元件较多,加之人为误操作导致事故频发,急需进行对安全联锁装置的风险评估。鉴于此,本文针对蒸压釜主体结构中的多支座结构、齿啮式快开结构进行力学研究,从安全评价角度对蒸压釜进行整体的风险评估。  本文以满足强度、稳定性和疲劳三方面校核为约束条件,综合考虑了影响支座结构设计的四方面主要因素进行研究。利用有限元方法进行大规模研究计算,得到了一套完整的蒸压釜多支座结构设计方法。其中通过对材料、设计压力、设备内径、筒体长度四方面因素的研究,本文主要解决了支座数量选择问题,建立了蒸压釜多支座数量选择方法和壁厚补偿方法。本文的研究成果为蒸压釜支座数量的确定提供了理论依据,弥补了这一领域的空白。  本文利用有限元计算方法分别从强度、刚度、疲劳三个角度对蒸压釜齿啮式快开结构进行全面的力学评定。本文研究了快开结构不同啮合状态、不同齿形结构对快开结构力学性能的影响,研究结果表明径向错动和周向错动会使快开结构的各项力学性能明显恶化;本文对齿数和齿宽的研究表明,增加齿数和增加齿宽对结构的力学性能则有着明显的改善。本文的研究结果充分说明了保证釜齿完全啮合的重要性和定期矫正法兰圆度的必要性,同时也对齿形结构给出了合理化建议。  本文采用故障类型和影响分析法结合风险矩阵对蒸压釜整体存在的风险进行评估,评估过程中综合考虑到从加工设计、安装制造、维护运行及操作等各个环节的失效形式,并对其发生机理和应对措施进行分析。形成了一套针对蒸压釜的全面风险评估方法。为蒸压釜的风险防范、事故处理预案制定提供理论依据。
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