羰基镍合成反应釜螺旋叶片强度与结构研究

摘要

论文在全面论述国内外羰基镍生产工艺的基础上，根据我国镍资源和羰基化原材料的特点，指出中压羰基法精炼镍是我国精炼镍工艺的发展方向之一。中压羰基镍合成反应釜是合成工艺必不可少的关键设备，而反应釜内置螺旋叶片的结构不仅关系到反应釜中羰基镍的合成速度和合成质量，而且在一定程度上决定了反应釜的使用寿命，因此对反应釜内置螺旋叶片进行研究具有十分重要的工程运用意义。 本文首先研究了反应介质在新型羰基镍反应釜内的运动状况，通过分析固体介质在自身重力、离心力、反应釜体摩擦力和螺旋叶片提升力的综合作用下达到的动态平衡，推导出了螺旋叶片在反应釜一定的工作转速、介质填充率情况下的受力模型。在此基础上运用有限元分析软件ANSYS，并使用APDL语言建立了螺旋叶片的参数化三维有限元模型，对螺旋叶片进行了结构静力学分析和应力场应力的分布研究。研究结果表明：螺旋叶片的原始结构设计参数完全符合强度的要求。 论文同时还对螺旋叶片裂纹产生的原因和扩展的规律进行了较为深入的分析，运用断裂力学的理论和方法计算了由初始裂纹扩展到临界值所需要的循环次数，预测了螺旋叶片的疲劳断裂寿命，并绘制了螺旋叶片S-N疲劳曲线。 为了优化螺旋叶片的结构参数，论文还设计了一个五因素四水平的正交试验，分别研究了螺旋叶片厚度、螺距、叶片高度、扇形角、焊脚高这五个参数对螺旋叶片所受最大等效应力的影响，为螺旋叶片的设计选择提供可靠的理论依据。并根据许用应力和设计寿命的限制，计算推导出了优化后的螺旋叶片结构设计参数。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1概述

1.2羰基法精炼镍技术原理

1.3国内外羰基镍合成工艺现状概述

1.3.1常压羰基法

1.3.2中压羰基法

1.3.3高压羰基法

1.3.4羰基镍二期工程中压生产工艺的可行性

1.4课题研究背景

1.4.1反应釜结构形式对羰基镍合成反应速度的影响

1.4.2新型反应釜的主要结构和工作原理

1.5本论文的研究内容、意义和创新点

第二章新型反应釜内反应介质的运动分析和受力研究

2.1螺旋叶片搅拌原理

2.2新型反应釜内反应介质运动过程分析

2.3反应介质所受力矩的计算

2.4螺旋叶片所受力矩的计算

2.5螺旋叶片有效工作条件

2.6影响固体介质运动规律的主要因素

2.6.1叶片高度

2.6.2反应釜转速

2.6.3螺旋升角

2.6.4反应介质粒度

2.7本章小结

第三章螺旋叶片有限元建模

3.1有限单元法基本原理

3.2 ANSYS有限元模型生成方法简介

3.3螺旋叶片有限元模型的建立与载荷加载

3.3.1使用APDL语言建立螺旋叶片几何模型

3.3.2螺旋叶片有限元分析单元与刚度矩阵

3.3.3螺旋叶片极限载荷

3.3.4螺旋叶片约束条件

3.4本章总结

第四章螺旋叶片应力场有限元分析

4.1螺旋叶片静力分析

4.1.1螺旋叶片材料性能

4.1.2螺旋叶片有限元静力求解分析

4.2螺旋叶片热应力分析

4.3螺旋叶片应力强度校核

4.3.1第四强度理论概述

4.3.2螺旋叶片应力分类与强度评定

4.4本章总结

第五章螺旋叶片疲劳断裂寿命预测

5.1疲劳概述

5.1.1螺旋叶片产生低应力疲劳断裂的原因

5.1.2磨损对螺旋叶片疲劳寿命的影响

5.1.3疲劳设计过程的注意事项

5.2疲劳寿命估算方法的研究

5.2.1传统疲劳寿命估算方法

5.2.2断裂力学估算方法

5.3螺旋叶片断裂寿命预测

5.3.1寿命估算基本过程

5.3.2螺旋叶片疲劳寿命估算

5.4本章小结

第六章基于正交试验的螺旋叶片结构优化设计

6.1引言

6.2正交试验的理论基础

6.2.1正交试验的基本概念

6.2.2正交试验的特点

6.3螺旋叶片结构参数正交试验表的设计

6.3.1进行螺旋叶片参数正交试验

6.3.2螺旋叶片正交试验结果分析

6.4螺旋叶片结构参数推荐值

6.5本章小结

第七章结论

参考文献

附录

致谢

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