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板式换热器疲劳分析方法以及学生解决措施

来源:宏宇换热设备 浏览: 发布日期:2021-08-16 16:12:29


板式换热器发展一直被广泛研究应用于中国石油、化工、机械、核工业、航天等各个不同行业。板式换热器板片各种板片之间形成薄矩形通道,通过板片进行热量交换。板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。板式换热器由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。螺旋板式换热器一种新型换热器,传热效率好,运行稳定性高,可多台共同工作。螺旋板式换热器是一种高效换热器设备,适用汽-汽、汽-液、液-液,对液传热。由于板式换热器在承压状态下学习工作,并且所处理的介质多为高温或易燃易爆,一旦企业发生安全事故,将会对社会人们的生命和财产管理造成影响不可估量的损失。

随着石油化工等工业的快速发展,许多板式换热器需要承受频繁的启停、压力波动、温度变化等交变负荷,容器内的应力随时间呈周期性或不规则变化。大规模生产和高参数(高压、高温、低温)也使高强度材料广泛应用于板式换热器。

一、循环的基本特性

以单向应力状态为例,主应力随时间的变化规律如图1所示。符号σmax和σmin表示循环的最大和最小应力,循环特性表示为r=σmin/σmax。任何应力循环都可以看作是恒定平均应力σm=0.5(σmax+σmin)和应力幅σa=0.5(σmax-σmin)叠加的结果,按对称循环变化。

二、设计疲劳曲线

JB 4732-1995(确认)《钢制板式换热器—分析研究设计技术标准》提供的设计工作疲劳强度曲线(S-N曲线)是基于一个光滑试件疲劳相关数据,考虑了平均水平应力、温度、环境等影响,对应力幅取2的安全风险系数,疲劳使用寿命取20(数据时间分散度2×尺寸主要因素2.5×表面粗糙度及环境管理因素4)的安全需要系数可以得到的。

疲劳曲线的设计应注意:

结合疲劳强度弱系数后,可进行焊接部件或其他缺口的疲劳评估。

安全裕度是由安全系数确定的,是固定的,而不是用统计方法,即失效概率未知;

S-N曲线是以物质为基础的,每种物质对应一条曲线。

影响疲劳寿命的因素

平均应力的影响:

疲劳曲线是在循环经济特性r=-1的情况下可以得出的,而实际教学工作中的板式换热器很少在对称循环载荷下工作,因此就存在这样一个企业平均水平应力对疲劳寿命的影响社会问题。

平均应力对疲劳寿命的影响是一个非常复杂的问题。

标准中提供给设计者的S-N疲劳曲线考虑了平均应力的影响。疲劳分析中如何考虑静应力?

标准中明确“只需进行考虑由规定的运动发展循环所引起的应力,而无需通过考虑在循环中不变化的任何工作载荷或温度控制状态所产生的应力,因为没有它们是平均水平应力,而平均有效应力的最大问题可能造成影响已包含在疲劳研究设计需求曲线中”。因此,在使用S-N曲线时,只需我们要用不同应力的波动部分和许用应力幅相比较,而不必去考虑在循环中不变的应力。