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袋式除尘装置的功能改良

2016-12-29 13:34:57来源:中国除尘设备网浏览:评论:0

  近年来,袋式除尘技术有了长足的进步,主机、滤料、自动控制和应用技术的水平都有很大提高,使得袋式除尘器对于烟气的高温、高湿、高浓度、微细粉尘、吸湿性粉尘、易燃易爆粉尘等不利工况条件有了更强的适应性,并且在加强清灰提高效率、降低消耗、减少故障、方便维修方面达到一个新的高度。

  传统设计方法可能偏于保守,本文采用一种新颖的设计理念对传统设计方法进行改进。首先利用软件对袋式除尘器重要部件进行有限元分析,如果分析结果证明传统设计确实是保守的,就对所分析的部件进行优化,使其结构更加简单、省材。

  1 Pro/ENGINEER软件介绍Pro/Engineer软件是美国PTC (Parametric Technology Corporation,参数技术公司)公司推出的工程设计软件,简称Pro/E。其功能强大,参数化特征造型使其占据的三维设计领域的软件市场份额越来越大,尤其在我国的CAD/CAM研究所和工厂得到了广泛应用。它的技术特点就是参数化管理,所有的算法都是矢量化的,三维与二维图形元素间具有关联性,是目前不可多得的计算机辅助设计软件。

  Pro/E经过了99、2000i、Wild fire、Wild fire2.0、……、Wild fire5.0等版本的不断升级,也随着该公司对其他相关技术公司的合并进程,很多新功能引入进来,因此使Pro/E的强大功能对所有产品开发者都具有高度的可用性。从“拖动操作”到“智能制图”,简化并精练了用户对Pro/E的体验过程,简洁而直观的工作流程把常规操作中鼠标移动距离和菜单打开次数大大减少了,并且把行业中功能最强大、最高效的工具应用到用户所有的设计任务中。

  Pro/E还引用了行为建模功能:一种全面的、目标驱动的设计工具,能让工程师通过捕捉的设计要求和目标,来最佳地驱动产品的开发过程,也包括了一些在整个装配过程中评估行为的功能。在装配零件时,设计人员可以快速简单地把零件装配起来,然后评估真实的产品将如何动作。

  2 ANSYS Workbench软件介绍ANSYS Workbench Environment(AWE)作为新一代多物理场协同CAE仿真环境,其独特的产品构架和众多支撑性产品模块为产品整机、多场耦合分析提供了非常优秀的系统级解决方案。它包含的3个主要模块:几何建模模块(Design Modeler)、有限元分析模块(Design Simulation)和优化设计模块(DesignXplorer)将设计、仿真、优化集成于一体,可便于设计人员随时进入不同功能模块之间进行双线参数互动调用,使与仿真相关的人、部门、技术及数据在统一环境中协同工作。具体来讲,AWE具有的主要特色如下:沼强大的装配体自动分析功能。沼自动化网格划分功能。沼协同的多物理场分析环境及行业化定制功能。沼快捷的优化工具DesignXplorer。下面仅以外侧板为例来说明这种设计方法。

  3壳体外侧板的有限元分析多数袋式除尘器是在负压状态下运行的,所以其侧板需要承受一定的外压,其次,由于除尘器高度很高,需要承受风载荷,最后侧板还要承受其上方的所有部件的重量。因此侧板需要有足够的强度。此外,工程实践经验得出:由于内部压力的变化,侧板会发生周期性鼓胀和凹陷,当鼓胀和凹陷变形较大时会震颤发出很大的噪音,甚至有失稳的危险。所以,为确定所设计的侧板有足够的强度和刚度,对其进行有限元分析,为了减少钢耗量,对其钢板厚度和加强筋的数量进行了优化。在多数结构设计中,滤袋室外侧板采用了传统的角钢加筋板,由多块单元板焊接而成。因此可以将外侧板简化成一个小室的外侧板,处理速度提高,节省了大量运算时间。考虑到外侧板强度和刚度主要受板厚和加强筋数量影响,所以将板厚和加强筋的数量设为参数,进行参数化建模。

  3.1模型的建立在确定侧板几何尺寸,同时给出外部约束条件后,利用ANSYS Workbench的Design Modeler Geometry模块进行建模。

  3.2参数的建立将钢板的厚度t和加强筋的数量n(这里的n为阵列的个数,由于在此软件中阵列个数不包括原始特征,所以n为实际加强筋数量减1)设为参数,如图2a。在参数管理器的Parameter/Dimension Assignments中把加强筋的间距设为关联参数。

  3.3外侧板的有限元分析将建好的模型及参数导入到Design Simulation模块中,首先输入模型材料信息,侧板采用的材料为Q235,弹性模量为2×10 11 Pa,泊松比为0.3,密度为7850kg/m 3。然后设置网格形状和大小,采用六面体网格,网格大小为80mm。对模型进行网格化。

  设置模型的约束:由于外侧板左右两侧分别与下端板和下分隔板焊接,几乎不发生变形,因此将外侧板的左右两个端面设为固定约束;外侧板的上下端面分别与喷吹箱的箱板和底梁焊接,变形也几乎为零,所以将上下两端面也设为固定约束;焊接撑杆处的变形很小,可忽略,设为固定约束。

  设置载荷:用Pro/E中分析功能计算出滤袋室上方部件的总质量,总重。这些载荷由滤袋室的内外侧板、下端板和下分隔板共同承受。计算出它们的上端面总面积,由公式(1)计算出模型上端面所受的压力:P 1=G S total(1)由于袋式除尘器运行时处于负压状态,所以模型外侧受到压力。袋式除尘器的压力是根据器前和器后装置和风机的静压及其位置而定。必须按照袋式除尘器正常使用的压力来确定外壳的设计耐压力。袋式除尘器壳体的设计耐压力虽然也按正常运转时的静压计算,但是应考虑到一旦出现误操作所出现的风机最高静压。同时需加入风荷载,风荷载的计算公式为:ω=μgμzω0=-0.3756kPa(2)式中:ω―――风荷载标准值,kPaμg―――风荷载体型系数μg=-0.48+0.03×H B!H为总高度,B为垂直于风向墙面宽度。袋式除尘器的总高度稍小于20m,为方便计算H取20m。

  B取模型宽度6248mm。计算出μg=-0.576。μz―――风压延高度变化系数1.63ω0―――本地基本风压,天津0.4由于实际情况中还存在一些复杂的环境因素,风荷载ω取500Pa。

  模型外侧所受的压力P 2可由公式(3)计算。P 2=P+ω(3)设置分析类型:选择结构静力学分析,设定求解参数为应力和变形。进行求解得出分析结果……可知,最大应力出现在加强筋与槽钢框架焊接的地方,应力值为114.36MPa。中间两块单元板焊接的地方应力也较大。材料许用应力按140MPa。可知,最大变形出现在靠近上端面的两块单元板的中间部位,法向挠度为2.9639mm。与允许变形量相比可知,模型设计是非常保守的。因此,可对外侧板进行优化设计,减小加强筋规格和数量,从而减少钢耗,获得经济、高效的袋式除尘器。

  4外侧板的优化

  外侧板的有限元分析都说明传统设计往往偏于保守,传统设计中的部件大有结构优化的空间,下面说明结构优化的方法与步骤。

  在Design Simulation模块中,将模型的质量和应力设为目标函数。将模型导入到DesignXplorer模块中。对参数范围进行设定,加强筋数量n的优化范围设为40%,即在6~14范围内优化,钢板厚度t的优化范围设为50%,即在2~6mm范围内优化。点击Run进行优化。优化结束后,进入Goal Driven Optimization界面对目标函数进行设制。质量设为尽可能小,应力设为小于140MPa,变形设为小于25mm。单击生成,生成结果。

  当质量最小且应力和变形都在允许范围内时,n的值为6.04,t的值为2.02mm,由于n和t的值只能取整数所以取n=7,t=3mm,所以加强筋的数量为8(加强筋数量等于阵列数量加1),钢板厚度为3mm。优化前后对比。可知,虽然优化后的最大变形和最大应力都大于优化前,但仍符合要求。质量减少了大约35%,钢耗量大幅度减少。实例中,外侧板不仅强度和刚度满足要求,而且质量可减轻35%,大大节省了材料,降低了设计成本。结果证明此方法是行之有效的。

  5结语

  鉴于目前国际、国内袋式除尘器设计领域新技术的发展趋势,我们针对袋式除尘器的结构特点,分析袋式除尘器的基本原理,探索了一套袋式除尘器设计思路和方法,改进了袋式除尘器结构设计方法,对于规范设计制造过程、节约投资、提高设计效率、保证设计质量具有积极的作用。

 

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