Расчет газоходов в ЛОГОС: учет температур и опор

Проектирование энергетического оборудования требует особого внимания к системам отвода дымовых газов. Газоходы котельных установок, печей и промышленных агрегатов представляют собой сложные тонкостенные конструкции большого сечения, работающие в экстремальных температурных режимах. В отличие от классических напорных трубопроводов, газоходы подвержены специфическим видам нагружения: значительным температурным расширениям, риску потери устойчивости оболочек, вибрациям от работы тягодутьевых машин и необходимости компенсации больших перемещений.

Ключевыми элементами, обеспечивающими работоспособность таких систем, являются компенсаторы (линзовые, сильфонные, тканевые) и сложная система опор и подвесок. Ошибка в расчете жесткости опор или недоучет трения в скользящих направляющих может привести к заклиниванию системы, разрушению сварных швов или аварийному смятию компенсаторов.

Отечественная CAE-система «ЛОГОС» предлагает комплексное решение для расчета как специализированных высокотемпературных газоходов, так и стандартных трубопроводных систем. В связке модулей ЛОГОС Прочность и ЛОГОС Тепло реализованы инструменты, позволяющие моделировать реальную физику работы этих конструкций: от нелинейных контактных взаимодействий в опорах до учета ползучести материалов при высоких температурах.

Тепловой расчет в ЛОГОС Тепло

На первом этапе в модуле ЛОГОС Тепло строится детальная тепловая модель газохода и проводится тепловой расчет.

Результатом этого этапа является трехмерное поле температур, которое точно описывает, как нагревается каждый миллиметр конструкции: от горячей внутренней поверхности до холодной наружной обшивки.

Импорт температурного поля в ЛОГОС Прочность

Ключевое преимущество платформы «ЛОГОС» — единое информационное пространство. Температурное поле из теплового расчета передается в прочностную модель без потери точности. Даже если тепловая и прочностная сетки различаются по плотности система автоматически интерполирует температуры на узлы прочностной модели.

В ЛОГОС Прочность есть возможность задавать таблицы зависимостей механических свойств от температуры.

При запуске прочностного расчета каждый конечный элемент «знает» свою температуру и использует соответствующие ей свойства материала.

Расчет термоупругих напряжений и деформаций

В модуле ЛОГОС Прочность решается задача термоупругости (или термопластичности, если допускаются необратимые деформации).

В результате такой связки пользователь получает возможность анализировать:

• Реальные температурные расширения;
• Напряжения от температурного градиента по толщине стенки;
• Влияние на работу опор и компенсаторов.

Использование связки ЛОГОС Тепло + ЛОГОС Прочность для расчета газоходов переводит проектирование из разряда «оценочных прикидок» в категорию высокоточных инженерных расчетов. Инженер может:

• Гарантировать герметичность сварных швов за счет учета реальных температурных полей;
• Правильно подобрать типы и количество компенсаторов, исходя из точных значений тепловых удлинений;
• Оптимизировать конструкцию опор, избегая как чрезмерного закрепления, так и недостаточной фиксации;
• Снизить металлоемкость конструкции, убирая избыточные усиления там, где температурные напряжения невелики, и усиливая критические узлы.

Результат термопрочностного анализа в ЛОГОС Прочность