MSC.software2007论文集：薄板烘丝机热交换装置热应力分析

   1 概述
  
   烘丝机是卷烟制丝生产线上的关键设备,用于对切丝后的烤烟、薄片、晾晒烟及香料烟的叶丝或梗丝进行干燥去湿工艺性处理。滚筒薄板烘丝机主要由筒体、筒内散热板以及管路系统组成，其关键部件散热板由板材成型、焊接而成。使用中通过控制薄板间隙间的蒸汽压力来改变筒内温度，从而控制烟丝水分波动。其优点是加热效率高、温度响应快、易于控制。
  
   但在使用中常出现焊接处开裂，导致液漏，严重影响生产。由于其工作状态复杂，在滚筒旋转的同时，散热装置还受蒸汽压力和蒸汽温度的影响，常规方法很难对结构做出合理的评价，得出改进意见。本文通过有限元法，运用 MSC Patran/Nastran 分析了散热板在使用过程中的热应力，找出薄弱点，对结构加以改进，使其满足更高的要求。
  
   2 有限元模型的建立
  
   图 1 为滚筒薄板烘丝机简图，只显示了筒体和散热装置，因为模型在长度方向的尺寸较大，有 9200mm，而其它方向尺寸较小，散热板弧长为 220mm，而气道宽度仅为 38mm，板厚度仅为 1.5mm，关键部分的细小特征也比较多，如进出气口以及气道的连接位置等；建立完整的模型将使得模型规模很大，将需要更长的建模以及计算时间，现有的硬件条件还无法满足这样的要求。本文采用整体简化和局部细化两步对模型进行分析。由于设备在运行过程中的旋转速度为11r/min，转速很低，故在分析计算中忽略了旋转对结构的影响。
  

   2.1 网格划分
  
   鉴于散热板长度方向很长，将其简化为平面应变问题，取出一个截面对其建模和分析，采用四节点四边形平面单元；对进出气口的局部进行详细分析，采用八节点实体单元，单元数和节点数如表 1 所示，模型如图 2：