干熄焦矩形焦罐大跨度底闸门结构设计

曹雨龙　蒋娟娟

摘 要：本文针对干熄焦矩形焦罐大跨度底闸门进行了结构的设计，且利用Solidworks软件对其进行了力学分析，证实筋板设计及布置满足使用要求。

关键词：干熄焦，矩形焦罐，大跨度，结构设计，静力分析

0引言

因装焦量的要求，焦罐的尺寸及底闸门的跨度必须相对应，以满足用户现场的需要。本文针对某种干熄焦矩形焦罐大跨度底闸门（如图1），该底闸门是由不锈钢板焊接而成，因其跨度较大，特对底闸门进行了结构的优化设计[1]。

1.结构设计

因底闸门跨度较大，需保证衬板的安装紧固（采用螺柱安装），由此在底闸门基本结构的基础上，将立板开孔，同时开孔处焊接小环板，以起到对立板的增强的作用，因上述小环板的存在，立板外侧的筋板需要改短，同时因跨度较大，筋板需布置合理，同时还应考虑重量问题，因此将立板间的筋板间断性改短，为确保设计的合理性及稳定性，特利用Solidworks软件对其进行了力学分析[2]。

2.静力分析

2.1几何模型建立

底闸门为整体对称结构，依据图纸建立了底闸门的1/2几何模型，采用Solidworks软件，未经任何简化而构建的，其几何模型如图1。底闸门内侧立板形状及筋板布置分别如图2及图3所示。

2.2有限元模型[3]

通过设置网格密度大小来进行网格划分，网格因子越大，花费时间越短，分析得到的结果偏差大，网格因子越小，花费时间越长，分析得到的结果越准确，但是对计算机硬件的要求较高。

底闸门为整体对称结构，为减少计算量，有限元分析时简化成1/2模型，并且底闸门的三个销轴中只有两端的起到支撑作用，在Solidworks中将其转化成有限元模型时只保留两端的销轴。利用软件的智能划分网格工具，将底闸门进行网格划分，网格划分后的有限元模型如图4所示。

2.3约束条件设定及变应力加载

根据现场实际使用情况，将底闸门本体与车架接触部分固定并且在两端销轴处添加铰链约束。

2.4静力分析结果

根据分析结果，可以看出，除局部应力超过70MPa外，其余绝大部分的应力值均在20MPa以下，不锈钢材质在300℃的条件下的许用应力为114MPa，根据分析，此底闸门的结构完全满足强度要求。并且底闸门的挠度最大为0.2mm，完全满足刚度要求[4]。

3.结论

根据底闸门的应力分析结果及位移变形结果，可以推断出此底闸门结构的设计满足强度及跨度要求，且此种结构满足了衬板的安装要求，也减少了大跨度底闸门的重量，便于筋板的焊接。据考查，现场使用情况良好。通过理论与实践均证明了此种底闸门结构的合理性及实用性，为以后大跨度底闸门的设计提供参考。

参考文献：

[1]徐穎，周华. 现代结构优化设计理论浅析[J].矿山机械. 2003（11）.

[2]张鑫.优化设计在机械设计中的应用浅析[J].工业设计.2016（02）