毕业设计（论文）-油气水三相分离器的设计

设计全套设计图纸加V信153893706或扣3346389411题目名称：油气水三相分离器的设计题目类型：学生姓名：院(系)：专业班级：指导教师：辅导教师：时间：至目录毕业设计（论文）任务书 Ⅰ毕业设计开题报告 Ⅱ指导教师审查意见 Ⅲ评阅教师评语 Ⅳ答辩会议记录及成绩评定 ⅤTOC\o"1-3"\h\u21393摘要 基于ANSYS有限元分析的强度校核

基于ANSYS有限元分析的强度校核设计压力压力容器设计规范GB150设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。容器装有泄放装置时，一般以容器的设计压力作为容器超压限度的起始压力。需要时，可用容器的最大允许工作压力作为容器超压限度的起始压力。采用最大允许工作压力时，应对容器的水压试验、气压试验和气密性试验相应的取1.25倍、1.15倍和1.00倍的最大允许工作压力值，并在图样和铭牌中注明。由于本设计中并无实际样本进行实验，故直接采用表2中常见介质的设计压力、腐蚀裕量、单位容积充装量。介质设计压力MPa罐体腐蚀裕量≥mm单位容积充装量（t/m3）液氨2.1620.52液氯1.6241.2液态二氧化硫0.9841.2丙烯2.16l0.43丙烷1.77l0.42液化石油气(50℃饱和蒸气压大于1.62MPa)2.16l0.42液化石油气(其余情况)1.7710.42正丁烷0.79l0.51异丁烷0.7910.49丁烯、异丁烯0.7910.5丁二烯0.7910.55表2常见介质的设计属性所以可知，在本设计中设计压力可定为2.16，罐体腐蚀裕量为1，单位容积充装量为0.42。容器的应力分析传统的压力容器标准与规范，一般属于“常规设计”，以弹性失效准则为理论基础，由材料力学方法或经验得到较为简单的适合于工程应用的计算公式，求出容器在载荷作用下的最大主应力，将其限制在许用值以内，即可确认容器的壁厚。对容器局部区域的应力、高应力区的应力不做精细计算，以具体的结构形式限制，在计算公式中引入适当的系数或降低许用应力等方法予以控制，这是一种以弹性失效准则为基础，按最大主应力理论，以长期实践经验为依据而建立的一类标准[23]。塑性理论指出，由于弹性应力分析求得的各类名义应力对结构破坏的危险性是不同的，随着工艺条件的苛刻和容器的大型化，常规设计标准已经不能满足要求，尤其是在应力集中区域。若不考虑应力集中而只按照简化公式进行设计，不是为安全而过分浪费材料就是安全系数不够。基于各方面的考虑，产生了“分析设计”这种理念。采用以极限载荷、安定载荷和疲劳寿命为界限的“塑性失效”与“弹性失效”相结合的“弹塑性失效”准则，要求对容器所需部位的应力做详细的分析，根据产生应力的原因及应力是否有自限性，分为三类共五种，即一次总体薄膜应力（Pm）、一次局部薄膜应力（Pc）、一次弯曲应力（Pb）、二次应力（Q）和峰值应力（F）。对于压力容器的应力分析，重要的是得到应力沿壁厚的分布规律及大小，可采用沿壁厚方向的“校核线”来代替校核截面。而基于弹性力学理论的有限元分析方法，是一种对结构进行离散化后再求解的方法，为了获得所选“校核线”上的应力分布规律及大小，就必须对节点上的应力值进行后处理，即应力分类，根据对所选“校核线”上的应力进行分类，得出各类应力的值，若满足强度要求，则所设计容器是安全的。在压力容器的应力分析设计中，压力容器部件设计所关心的是应力沿壁厚的分布规律及大小，可采用沿壁厚方向的“校核线”来代替校核截面，由于该压力容器为轴对称结构，本设计仅考虑对贮罐上半部即手孔一封头，一筒体进行几分析设计。从上述分析可知，要完成压力容器的应力分析设计，首先采用自底向上的方法建立有限元的几何模型，划分网格、施加载荷并完成有限元分析，然后进入后处理，沿容器壁厚定义路径，将相关的应力计算结果映射到路径，利用ANSYS的应力线性化原理，对路径上的应力结果进行分类处理，根据材料的许用应力强度来评定应力的分类处理结果。应力分析结果图10基于ANSYS的对分离器进行应力分析结果图从结果模拟图10中可以看出，最大应力强度出现在过渡段与球壳连接处，最大应力强度值为260.594。结构在内压作用下产生了一定的变形，迫使筒体段在X方向产生位移，球壳在Y方向有了一定的变形。所以根据此计算出来的最大应力强度值可以将分离器的主要材料初定为Q345R。50时材料为Q345R厚度为15的钢板抗拉强度为510～640[24]。故经过强度校核可知若使用Q345R材料，该筒体即符合要求。ANSYS命令流见附录1。总结结论本文依据课题需要对分离器设计理论进行了研究并对油气水卧式三相分离器进行了初步尺寸设计，在此基础上，使用先进的计算分析软件ANSYS对分离器的内部应力分布情况进行了分析研究。主要结论如下：1)依照分离器尺寸设计理论设计所得分离器油水可以达到分层的效果。气液分离能够达到设计要求；油水的分离效果则与设计要求稍有差距。对于初步设计所得的分离器，还需要安装聚结构件等促进油水两相的分离。2)对于入口流速较大的情况，有必要在入口部分添加构件用于减小其对流场的冲击，并在沉降分离部分添加对气体具有整流作用的构件，保证液滴沉降的顺利进行，对于出口流速较大或出口情况不明的情形下，则应在出口前采取措施防止涡流的产生。展望本文对三相分离器进行了初步设计及有限元分析研究，但在设计过程中忽略了一些次要的或者目前无法解决的因素，因此，对于三相分离器的研究还有很大的可以完善的地方：1)设计过程中，认为液滴为标准球形颗粒，并忽略了液滴之间相互作用的复杂情况，如果能够将这些因素考虑进计算中，可能会提高分离器设计的精度。2)由于本设计未经实际检验，在无实际数据的情况下，许多参数按常规取值，这样取值所得的结果是否完全合理还需要进一步验证。附录1基于ANSYS的应力分析命令流

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致谢毕业设计已经接近了尾声，这也意味着我的大学生活就要结束了，学生活一晃而过，回首走过的岁月，心中倍感充实，当我写完这篇毕业论文的时候，有一种如释重负的感觉，感慨良多。

首先，我要特别感谢我的指导老师张慢来老师。做设计的过程是艰辛的，但是在我的努力之下还是完成了。在这个过程中张老师给了我很大的的帮助，没有他的尽心指导和严格的要求，我也不会顺利完成这次设计。每次遇到难题，我最先做的就是向张老师寻求帮助，而张老师每次不管忙或闲，总会抽空和我面谈，然后一起商量解决的办法。徐老师平日里工作繁多，但我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，后期论文格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。这几个月以来，张老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀，在此谨向张老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

其次，还要感谢这四年来教我知识的每位老师们，毕业论文能够顺利完成，你们也都有很大的功劳。最后，要向这四年大学生活期间所有帮助过我的同学们以及各位朋友们说一声谢谢。附录1基于ANSYS的应力分析命令流

附录1基于ANSYS的应力分析命令流/GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1/REPLOT,RESIZEWPSTYLE,,,,,,,,0WPSTYLE,,,,,,,,0*SET,r1,2250*SET,r2,2250*SET,t1,17*SET,t2,15*SET,lc,12000*SET,l,1*SET,p,2.16*SET,e,2e5*SET,nu,0.3*SET,nt,5*SET,ns,30*SET,nc,30*SET,nl,5*SET,ra,0.6/PREP7ET,1,PLANE82KEYOPT,1,3,1KEYOPT,1,5,0KEYOPT,1,6,0MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,EMPDATA,PRXY,1,,nuCYL4,,,R2,0,R2+t2,90BLC4,R1,0,t1,-Lc+Lwprot,0,-90wpoff,0,0,LASEL,S,LOC,X,0,R2+t2FLST,2,2,5,ORDE,2FITEM,2,1FITEM,2,-2ASBW,P51XADELE,4,,,1FLST,2,4,3FITEM,2,8FITEM,2,7FITEM,2,9FITEM,2,10A,P51XSAVE,'tt1','db','E:\ANSY\'FLST,5,4,4,ORDE,4FITEM,5,2FITEM,5,5FITEM,5,7FITEM,5,11CM,_Y,LINELSEL,,,,P51XCM,_Y1,LINECMSEL,,_YLESIZE,_Y1,,,nt,,,,,1FLST,5,1,4,ORDE,1FITEM,5,8CM,_Y,LINELSEL,,,,P51XCM,_Y1,LINECMSEL,,_YLESIZE,_Y1,,,nc,1/ra,,,,1FLST,5,1,4,ORDE,1FITEM,5,6CM,_Y,LINELSEL,,,,P51XCM,_Y1,LINECMSEL,,_YLESIZE,_Y1,,,nc,ra,,,,1FLST,5,2,4,ORDE,2FITEM,5,9FITEM,5,-10CM,_Y,LINELSEL,,,,P51XCM,_Y1,LINECMSEL,,_YLESIZE,_Y1,,,ns,ra,,,,1FLST,5,2,4,ORDE,2FITEM,5,1FITEM,5,3CM,_Y,LINELSEL,,,,P51XCM,_Y1,LINECMSEL,,_YLESIZE,_Y1,,,nl,ra,,,,1ALLSEL,ALLFLST,5,3,5,ORDE,2FITEM,5,1FITEM,5,-3CM,_Y,AREAASEL,,,,P51XCM,_Y1,AREACHKMSH,'AREA'CMSEL,S,_YMSHKEY,1AMESH,_Y1MSHKEY,0CMDELE,_YCMDELE,_Y1CMDELE,_Y2/AUTO,