烧结机主排气管道补偿量有限元分析

薛宁

（中冶长天国际工程有限责任公司 湖南长沙 410000）

烧结机主排气管道补偿量有限元分析

薛宁

（中冶长天国际工程有限责任公司 湖南长沙 410000）

本文针对烧结机主排气管道（厂房外）补偿器的补偿量进行分析，建立了三维实体模型，并利用有限元软件进行结构热耦合分析，确定了补偿器轴向和径向位移，为工程设计提供了理论依据。

主排气管；补偿量；有限元

引言

主排气管道（厂房外）分脱硫系和非脱硫系，脱硫系和非脱硫系主排气管道结构对称，分别含有2个补偿器，支撑架上部设置一个补偿器，支撑架下部设置一个补偿器，由于2个补偿器设备相同，而上部补偿器的伸缩量要求相对较大，故本文针对单个主排气管道的上部补偿器的补偿量进行分析计算，获得补偿器轴向和横向补偿值，以校核补偿器设备是否满足工况要求。

1 结构材料物理特性

材料采用Q235，其物理特性如下：弹性模量：2.06×105MPa泊松比：0.3，密度：7850kg/m3，线性膨胀系数 1.2×10-5/℃。

2 三维实体建模

利用三维Inventor软件对主排汽管道（单系列）进行建模，管道壁厚12mm，省去了管道环形加强筋，如图1所示，图1中上部缺口为补偿器所在安装位置，管道中部2个支座为主排汽管道支撑架活动座和固定座，上部为活动座，下部为固定座。

图1 三维实体模型

3 有限元模型及边界条件

（1）利用ansys软件对主排汽管道三维实体模型进行有限元划分，单元数量189182个，如图2所示。

图2 主排汽管道有限元模型

（2）边界条件为：

①烟气温度150℃；如图3所示。

②管道顶端断面固定约束，补偿器与管道上部接口端面为自由约束，补偿器与管道下部接口端面为自由约束，管道自由支座底面为滑动支承约束，管道固定支座底面为固定约束。

③整体受重力载荷。

④风载（考虑沿海地区A级风载）。

图3 温度加载

4 热力学与结构静力学耦合分析

分析计算主排汽管道在工况温度下（150℃），受自身重力及风载情况下，补偿器安装端面位移情况。计算结果如图4～6所示，上半部轴向向下位移14.5mm，下半部轴向向上位移22.9mm，补偿器轴向补偿量为37.4mm，横向位移最大位移差为6.5mm。

图4 上半部轴向向下位移（14.5mm）

图5 上半部轴向向下位移（22.9mm）

5 结论与分析

图6 横向位移

本文利用Ansys软件对主排气管道（厂房外）上部补偿器伸缩量进行分析仿真，仿真结果为补偿器轴向伸缩量为37mm，横向伸缩量为6.5mm，此值均小于补偿器设备允许的补偿值（轴向100mm，径向35mm），综合分析认为补偿器设备选型能够满足实际工况需要。

[1]陈国华.地基差异沉降下埋地管道的有限元分析与试验研究[J].安全与环境学报，2010，10（3）：175～179.

[2]于雅泽.直埋热水供热管道有限元模型的建立[J].煤气与热力，2009，29（1）：08～09.

[3]李秀锋，冯现洪.含在线管汇的深水海底管道热膨胀计算[J].海洋工程装备与技术，2015，2（1）：28～30.

TF321

A

1004-7344（2016）08-0233-02

2016-2-16

薛宁（1982-），男，中级，硕士，主要从事机械设计制造工作。