[发明专利]换热管的大口径管简化模型有限元计算方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种用于电站或化工设备领域；具体涉及一种换热管的大口径管简化模型有限元计算方法。

背景技术：

管板式换热器是通过换热管两侧流体的温度差进行换热，从而达到加热一侧流体的目的一种设备。

目前，直径稍大的管板式换热器换热管的数量都能达到千根以上，较大直径换热器的换热管数量甚至能达到数千根。现阶段，对换热器管板的计算一般采用忽略换热管的刚性实心圆平板模型。此模型的局限性较大，对于热应力、柔性管板及斜锥壳等结构均不适用，只能通过有限元方法进行分析。对于千根以上换热管的有限元模型，计算量极其庞大，即便在大型机上，一次计算的时间也得以月为单位，计算费用较高且周期过长。

发明内容：

本发明的目的是提供一种新型的换热器管板，其强度计算过程中换热管采用大口径管简化模型通过校核时修正系数的引入，在保证设备安全可靠的前提下，大幅减少计算时间，降低计算费用，提高设计效率。

 上述的目的通过以下的技术方案实现：

 一种换热器管板，其组成包括：管板主体，所述的管板主体上的换热管的大口径管，采用简化模型有限元计算方法计算获得结构尺寸，首先选取锅炉换热管为2级等效模型进行计算，得到锅炉换热管的等效换热管根数为9；等效锅炉换热管的每根换热管横截面积Am=A/9=126375 mm2；选取等效锅炉换热管的换热管内径为200mm可求得等效锅炉换热管的换热管外径为448mm；利用模型的对称性建立1/4整体模型，对模型进行网格划分，等效后锅炉换热管为9根换热管的外表面积之比为47；等效后锅炉换热管为9根换热管的内表面积之比为96；等效后锅炉换热管外表面对流换热系数47；等效后锅炉换热管内表面对流换热系数96；模型热载荷边界条件的添加，计算得等效后锅炉换热管所受拉力为10317KN，每根锅炉换热管等效根数为4310/9=478.9，取二级等效模型的压力修正系数0.7的修正后轴向应力为81.62*0.7=57.134，实际锅炉换热管的轴向应力为57.93MPa。

一种所述的换热器管板强度计算过程中换热管采用大口径管简化模型有限元计算方法，所述的计算方法分为六步，第一步建立简化的有限元计算模型，换热管通过多级数的等效；第二步根据有限元计算模型确定a级模型换热管的根数；第三步根据a级模型换热管的根数确定a级布置换热管的根数，第四步确定等效后换热管的截面积之和等于等效前换热管的截面积之和；第五步将各级换热管之间交错布置；第六步使不同级数的等效对应不同的修正系数0.20～1.09。

所述的换热器管板强度计算过程中换热管采用大口径管简化模型有限元计算方法，所述的a级模型换热管的根数包括1-n级模型换热管的根数,所述的1级模型换热管的根数为1，所述的2级模型换热管的根数为9，所述的3级模型换热管的根数为25，所述的n级模型换热管的根数为(2n-1)²。

所述的换热器管板强度计算过程中换热管采用大口径管简化模型有限元计算方法，所述的a级布置换热管的根数包括1-n级布置换热管的根数,所述的第1级布置换热管的根数为1，所述的第2级布置换热管的根数为8，所述的第3级布置换热管的根数为16，所述的第n级布置换热管的根数为8(n-1) (n>1)。

所述的换热器管板强度计算过程中换热管采用大口径管简化模型有限元计算方法，所述的多级等效或类似的等效方式，根据工况采用不同的等效级数。

所述的换热器管板强度计算过程中换热管采用大口径管简化模型有限元计算方法，所述的限元计算模型包括1-8级，所述的1级模型的修正系数为0.20～5.00；所述的2级模型的修正系数为0.25～4.03；所述的3级模型的修正系数为0.31～3.24；所述的4级模型的修正系数为0.38～2.61；所述的5级模型的修正系数为0.48～2.11；所述的6级模型的修正系数为0.59～1.69；所述的7级模型的修正系数为0.73～1.37；所述的8级模型的修正系数为0.91～1.09；所述的修正系数是对有限元分析结果采用修正系数进行修正。

有益效果：

1.本发明的换热器管板强度计算过程中换热管采用大口径管简化模型有限元计算方法，换热管的大口径管模型简化，大幅减少计算时间，降低计算费用，提高设计效率，得出的官半结构数据符合国家节能降耗的要求。