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              板式換熱器疲勞分析方法以及學生解決措施

              來源:宏宇換熱設備 瀏覽: 發布日期:2021-08-16 16:12:29


              板式換熱器發展一直被廣泛研究應用于中國石油、化工、機械、核工業、航天等各個不同行業。板式換熱器板片各種板片之間形成薄矩形通道,通過板片進行熱量交換。板式換熱器是液—液、液—汽進行熱交換的理想設備。板式換熱器由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種高效換熱器。螺旋板式換熱器一種新型換熱器,傳熱效率好,運行穩定性高,可多臺共同工作。螺旋板式換熱器是一種高效換熱器設備,適用汽-汽、汽-液、液-液,對液傳熱。由于板式換熱器在承壓狀態下學習工作,并且所處理的介質多為高溫或易燃易爆,一旦企業發生安全事故,將會對社會人們的生命和財產管理造成影響不可估量的損失。

              隨著石油化工等工業的快速發展,許多板式換熱器需要承受頻繁的啟停、壓力波動、溫度變化等交變負荷,容器內的應力隨時間呈周期性或不規則變化。大規模生產和高參數(高壓、高溫、低溫)也使高強度材料廣泛應用于板式換熱器。

              一、循環的基本特性

              以單向應力狀態為例,主應力隨時間的變化規律如圖1所示。符號σmax和σmin表示循環的最大和最小應力,循環特性表示為r=σmin/σmax。任何應力循環都可以看作是恒定平均應力σm=0.5(σmax+σmin)和應力幅σa=0.5(σmax-σmin)疊加的結果,按對稱循環變化。

              二、設計疲勞曲線

              JB 4732-1995(確認)《鋼制板式換熱器—分析研究設計技術標準》提供的設計工作疲勞強度曲線(S-N曲線)是基于一個光滑試件疲勞相關數據,考慮了平均水平應力、溫度、環境等影響,對應力幅取2的安全風險系數,疲勞使用壽命取20(數據時間分散度2×尺寸主要因素2.5×表面粗糙度及環境管理因素4)的安全需要系數可以得到的。

              疲勞曲線的設計應注意:

              結合疲勞強度弱系數后,可進行焊接部件或其他缺口的疲勞評估。

              安全裕度是由安全系數確定的,是固定的,而不是用統計方法,即失效概率未知;

              S-N曲線是以物質為基礎的,每種物質對應一條曲線。

              影響疲勞壽命的因素

              平均應力的影響:

              疲勞曲線是在循環經濟特性r=-1的情況下可以得出的,而實際教學工作中的板式換熱器很少在對稱循環載荷下工作,因此就存在這樣一個企業平均水平應力對疲勞壽命的影響社會問題。

              平均應力對疲勞壽命的影響是一個非常復雜的問題。

              標準中提供給設計者的S-N疲勞曲線考慮了平均應力的影響。疲勞分析中如何考慮靜應力?

              標準中明確“只需進行考慮由規定的運動發展循環所引起的應力,而無需通過考慮在循環中不變化的任何工作載荷或溫度控制狀態所產生的應力,因為沒有它們是平均水平應力,而平均有效應力的最大問題可能造成影響已包含在疲勞研究設計需求曲線中”。因此,在使用S-N曲線時,只需我們要用不同應力的波動部分和許用應力幅相比較,而不必去考慮在循環中不變的應力。


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