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原文传递橇装式LNG加气站管路系统的应力强度及振动谐响应的分析研究

论文题名：	橇装式LNG加气站管路系统的应力强度及振动谐响应的分析研究
关键词：	橇装式液化天然气加气站;管路系统;工艺流程设计;三维结构设计;应力强度;振动谐响应
摘要：	节能减排和低碳经济是当今世界人们最为关注的问题，天然气和天然气汽车是人们普遍认可的有效节能减排措施。橇装式液化天然气(Liquid Natural Gas，LNG)加气站将主要设备集成在一个整体底座上，具有占地面积小、建站成本低、移动搬运方便等优越性，愈来愈受到市场的亲睐。其管路系统由于集成化程度高、排布设计复杂，并且长期在-162℃的超低温和1.6 MPa内压环境下运行，对整个管路系统安全可靠性有重要的影响。本文以橇装式LNG加气站的管路系统为研究对象，进行工艺流程设计和三维结构设计，运用ANSYS有限元软件对管道系统的温度场、应力强度、模态和谐响应进行模拟和分析，获得以下主要结论和创新性成果: 　　(1)根据自增压卸车、潜液泵卸车、自增压和泵联合卸车、加液、调饱和、同时卸车和加液的功能需求，设计了单泵式管路系统的工艺流程，在此基础上建立了相应的三维模型，验证了橇装管路功能集成化和结构排布上的可行性。　　(2)建立了在6种不同运行工况下管路系统的有限元模型，模拟分析了其温度场分布规律，分析表明:在6种工况下，管路温度分布均匀，梯度变化平缓。　　(3)综合考虑管路温度场、管道内压、重力和随温度变化时管道材料自身的非线性，建立了6种工况的热，结构耦合应力分析模型，并且进行了强度试验。结果表明:最大应力位于储罐气相管三通和潜液泵进液管处，经综合轴向、径向和环向法和应力线性化法，判定强度合格，整体管路的强度符合设计要求;-162℃超低温导致的热应力是形成管道综合应力的决定性因素，而1.6MPa内压不是主要因素，低温环境中，管道主要沿轴线方向发生冷缩变形，并使得轴向应力增幅最大，管道按圆周截面方向也会发生一定收缩，但环向应力的增幅远不如轴向应力，低温环境对管道径向应力的影响最小;不同工况下的应力和形变情况表明，实际运行中涉及的管路越多，内压和低温对管道的作用会更加均匀，反而使得整体管路的应力和变形略有下降。　　(4)振动模态的分析结果表明:自由和约束模态下整体管路的前6阶固有频率范围是3～75Hz，避开了潜液泵的共振区，且振型以摆动和弯曲为主，没有扭转变形和异形突起;自由模态的固有频率远远小于约束模态，并且自由模态＜工况2＜工况4和5＜工况1、3和6，说明法兰处固定约束，本质是减少系统的自由度，会导致固有质量矩阵、固有阻尼矩阵和固有刚度矩阵的降阶，从而增大固有频率;由加液管和支管的位移频率-响应函数曲线可知，泵的转速越低，出口处激励越小，引发的位移响应就越弱，Z向动位移最大，X向和Y向分别次之，各向位移幅值都在安全范围内，可以有效克服启、停泵瞬时共振的危害。
作者：	陈珑彦
专业：	机械工程
导师：	张永康;鲁金忠
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文