制冷装置蒸发器异型管板的设计分析

摘要

某制冷装置用蒸发器管板，由于管板结构的特殊性，无法采用国内管壳式换热器标准GB 151-1999《管壳式换热器》进行分析设计，鉴于其蒸发器结构设计参数的特定性，参照国外蒸发器管板结构设计计算方法，企业制定了《制冷装置用压力容器部分元件的设计计算》企业标准，用于该蒸发器管板的设计计算。本文采用有限元分析软件ANSYS，建立了包括筒体、换热管和1/2管板在内的三维有限元计算模型，对蒸发器异型管板的稳态温度场和热应力场进行了有限元分析，采用热传导计算方法，得出比较完整的蒸发器温度场，并计算出了相应的热应力。通过使用实体单元，较真实地模拟了蒸发器管板的受力情况，为分析和评定蒸发器管板的应力强度奠定基础。本文针对蒸发器设计操作7种工况，全面分析了管板的应力强度，依据JB 4732-95《钢制压力容器一分析设计标准》对蒸发器管板进行了应力强度校核。校核结果表明，各工况下管板各项应力均远小于许用值。由此表明，该企业标准设计方法的保守性，可进一步对管板进行优化设计。本文最后讨论了蒸发器管板布管结构、稳态温度场及热应力场对管板应力强度的影响。