硫化罐封头法兰刚度的有限元分析
第44卷第6期 当 代 化 工 Vol.44，No.6 2015年6月 Contemporary Chemical Industry June，2015
收稿日期： 2015-01-08 作者简介： 赵常铭（1990-），男，辽宁葫芦岛人，硕士研究生，2015年毕业于沈阳化工大学化工过程机械专业，研究方向：压力容器安全性能
的研究。E-mail：980224769@https://www.360docs.net/doc/d212279539.html,。
硫化罐封头法兰刚度的有限元分析
赵常铭, 金志浩, 汤方丽, 代立鹏
（沈阳化工大学，辽宁 沈阳 110142）
摘 要：根据ASME 标准，法兰刚度变化可由法兰转角反映。对某硫化罐进行分析，利用ANSYS 有限元软件进行有限元计算，对封头法兰端面定义路径并由路径上点位移换算成路径转角。通过改变尺寸参数，最终得到封头法兰端面不同位置刚度变化规律并指出硫化罐端盖部分易发生泄漏位置。 关 键 词：硫化罐；齿啮式快开结构；法兰刚度；有限元
中图分类号：TQ 050.2 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）06-1309-03
Finite Element Analysis of the Stiffness of Vulcanizing Boiler Head Flange
ZHAO Chang-ming ， JIN Zhi-hao ，TANG Fang-li ，DAI Li-peng
(Shenyang University of Chemical Technology, Liaoning Shenyang 110142, China )
Abstract : According to the ASME standard, the change of stiffness of flange can be reflected by the flange deflection angle. In this paper, the finite element computation of a vulcanizing boiler was carried out by using the finite element software ANSYS, the path on the end of head flange was defined, and point displacement on the path was converted into a path deflection angle. By changing the size parameter, change rule of rigidity of the end of head flange in different position was obtained, and the easy leakage location was pointed out.
Key words : Vulcanizing boiler; Tooth-locked quick closure institution; Tlange rigidity; Tinite element
硫化罐广泛应用于橡胶制品的硫化，是橡胶工业的重要生产设备，由于大多橡胶制品的硫化过程均为间歇式操作，故硫化罐端盖一般采用齿啮式快开结构。齿啮式快开结构是在外力作用下，将盖门旋转一定角度，达到快开功能的一种装置。由于该结构形状特殊、受力复杂，目前为止我国尚未出台通用的齿啮式快开装置设计标准，通常是根据经验
设计，然后进行应力分析和强度校核[1]
。这样的结果较保守，造成了材料浪费，为此，国内外研究人
员对该结构的应力分布情况进行了大量研究[2-4]
.随着ANSYS 软件的广泛应用，工程设计人员通过优化设计方法能够得到结构尺寸更加合理且满足强度要求的齿啮式快开压力容器。但是，设计人员在设计过程中通常只认识到强度失效的重要性，而齿啮式快开结构法兰刚度是否失效往往被忽视，因此可能存在由于刚度失效而引起泄漏失效的危险。
本文以某硫化罐为例，利用ANSYS 软件的APDL 语言进行参数化建模，通过改变封头、筒体法兰的法兰环高度，依次进行有限元分析，以得出硫化罐封头法兰端面的刚度变化规律。
1
硫化罐端盖快开结构
硫化罐主要由端盖、罐体、驱动装置、安全联
锁机构等部件组成。本文将重点研究硫化罐端盖快
开结构，硫化罐的端盖主要由封头法兰、罐体法兰组成。本文研究对象硫化罐基本设计参数为：公称
直径DN=2 000 mm，设计压力
P
=1.0 MPa，封头、
罐体法兰材料为
16MnⅡ，筒体及封头材料
Q345R.
其结构简图见图
1。
图1 硫化罐端盖结构简图
Fig.1 The size diagram of the vulcanizing boiler end closure
2 有限元模型
本文采用APDL 语言参数化建模，实现了模型的自动生成与网格自动划分并施加约束条件。 2.1 有限元模型建立
由于模型较大，为了节省计算资源，将模型处