大型方形卧式真空罐的强度研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com) 东北大学机械工程与自动化学院 作者:由美雁

  本文针对大型方形卧式真空罐进行设计及强度分析,设计出罐内壁长15 m,宽5 m,高6.5 m的大型方罐,方罐罐口和罐门的法兰采用方管直接焊接成法兰的新型形式,利用有限元方法分析所设计的真空罐的强度,得到真空罐受力后的变形和应力,结果表明设计合理可行。

  在变压器中有大部分固体绝缘材料,绝缘材料中含水量的大小直接影响其性能,变压器的等级越高要求其含水量越低,真空干燥设备就是在变压器生产过程中去除水分的关键真空设备。本文要干燥的变压器称之为“双百万”变压器,其工作电压为100 万伏,变电容量为100 万千伏安,为国内最大的变压器。由于变压器的电压等级高,容量大,绝缘元件也越厚大,对其真空干燥处理也要求很高, 就需要设计出相应大型的真空罐, 本文设计的真空罐是目前国内最大的卧式方型真空罐,其厚度问题、加强筋加强方式、罐口法兰都需要重点设计,罐体大,其强度和变形也格外重要,本文对设计完的真空罐进行有限元分析, 通过反复试算和修改设计方案, 得出符合强度和刚度要求的真空罐结构。

1、方形卧式真空罐的设计

1.1、罐体

  根据变压器的生产干燥要求设计真空罐为方形卧式形式,真空罐内壁尺寸为长15 m,宽5 m,高6.5 m,壁厚为0.012 m,在真空罐的外壁设有间隔一定距离的加强筋,加强筋采用工字钢形式,为节省钢材,罐高度和宽度方向采用的工字钢型号不同,工字钢加强筋为横筋即垂直于罐体轴向。在罐体轴向设有扁钢形式的纵向加强筋。罐体示意图见图1 所示。

1.2、罐门

  真空罐设有单边的罐门,罐门可以开启。罐门底部设有轨道可以平移打开罐门,罐门和真空罐的罐口采用方管焊接而成的新型法兰形式,这种法兰形式在国内还是首次应用在真空罐上,目的是减少焊接变形,增加真空罐的密封性。罐门外壁也分布横、纵向加强筋。罐门法兰示意图见图2 所示。罐门示意图见图3 所示。

大型方形卧式真空罐的强度研究

大型方形卧式真空罐的强度研究

  (1)通过对所设计的真空罐结构进行多次有限元分析计算,得出合理布置加强筋的位置和数量,可有效提高真空罐的强度和刚度。

  (2)对真空罐的门口法兰采用新型的方管焊接形式,可有效的减少焊接变形的影响。

  (3)对于真空罐的有限元分析通过使用不同单元的分析比较得出可使用壳单元进行分析,减少建模和计算的工作量。

  (4)分析真空罐的应力结果后,要对其上的应力分布进行应力评定,并进行校核,可确保所设计的大型真空罐结构合理,其应力分布满足强度的要求。

  (5)在本课题组完成这个大型真空罐的设计和分析后,又接到一个长16 m、宽5.5 m、高7 m的真空罐设计任务,本文的设计与分析为下一个真空罐的研究奠定了基础。

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