特大口径流量标定装置中的稳压罐结构的改进分析

　　1 引言

　　上海ABB工程有限公司仪器仪表部，主要从事电磁流量计、涡街流量计、压力传感器等的研发与生产。公司目前有4套流量标定装置，其中大流量标定装置能够标定从DN700到DN2400范围内不同口径不同压力等级的电磁流量计。由于对电磁流量计的口径和精度等级等的要求比较高，该装置中采用了变频器+稳压罐稳压的方法来稳定系统的流场。本文中将对稳压罐的特殊结构设计进行强度的分析，结合有限元分析的方法来进行研究。

　　2 稳压罐的结构分析

　　2.1 理论计算

　　根据GB150-1998计算得到相应的管道壁厚。稳压罐的直管段部分采用18mm厚度的Q345C冷轧碳钢板，根据相应的的标准进行设计计算。

　　在0.4MPa的设计压力条件下，考虑0.05MPa的水静压，稳压罐的直管段应力：

　　式中：考虑1mm的腐蚀余量和0.3mm的钢板负偏差，直管段有效厚度：16.7mm，[σ]t设计温度条件下材料的需用应力，170MPa。

　　参照GB150-1998对5m的盲板厚度进行计算：

　　厚度计算公式如下：

　　式中：

　　δp为计算厚度，mm;

　　Dc为计算直径，mm，取5000mm;

　　K为结构特征系数，取0.44;

　　Pc为计算压力：Mpa， 取0.45MPa;

　　[ σ ]t为设计温度条件下材料的需用应力，157MPa;

　　Φ为焊接接头系数，取0.85。

　　将所有参数带入计算公式，计算结果为：

　　从以上计算结果中不难看出，稳压罐的直管段膜应力较低，整体强度余量较大。而按计算值的盲板原材料很难在市场上进行采购并进行加工制作，结合当时的市场情况，罐体两侧盲板的总造价将达超过51万元人民币。并且两侧盲板的总重量达到了近24t。由于计算壁厚值很大，综合考虑制造成本、安全性等多种因素，必须对该盲板进行优化设计。在不影响强度的前提条件下，采用合理的方法来对其壁厚进行减薄处理。

　　在常规的工程实践中，通常是采用了在板上加加强筋的办法来提高其强度，同时在两侧盲板间设置拉筋，对该稳压罐体的侧盲板设计，也将采用该简单可行的办法，但是如果是在增加加强筋板后直接进行理论计算，这将带来比较大的工作量并很难得到理想结果。所以在这里采用有限元分析的方法并结合ANSYS软件的应用，来对其两侧盲板的强度进行分析，从而得到最优的结构设计方案。

　　2.2 稳压罐体的有限元分析

　　根据实际工程经验，盲板厚度取18mm，加筋规格为30×400mm，拉筋横截面积为48 000mm2，盲板和加强筋及拉筋材料为Q345C。加筋采用横竖正交各十一道，自直径往外的距离为400、800、1200、1600、2000mm。设计压力为4kg，即0.4MPa，考虑0.05MPa的水静压，计算压力取0.45MPa。在模型制作过程中，此处选取稳压罐的一个侧盲板来进行分析，并采用有罐体中间加拉筋进行设计(即采用拉筋的方式来连接两侧板)。采用ANSYS作弹塑性分析，由结构和载荷的对称性，取其四分之一作为分析模型，计算模型如图1所示，该模型计算单位N,mm，对整个模型采用solid95单元对其进行网格划分。