Оптимизация конструкции компенсационной опоры установки каталитического крекинга (2010 г.)

В нефтехимической промышленности  каталитический крекинг является одним из важнейших шагов в процессе расщепления больших молекул углеводорода на меньшие, более полезные компоненты для бензина и топлива для реактивных двигателей.

Установка каталитического крекинга состоит из реактора и регенератора, соединенных между собой трубопроводом. Рессоры необходимы для уменьшения перегрузок, действующих на штуцера.

Вся конструкция имеет 9 рессор, каждая из которых стоит из подвеса, цилиндра с отверстиями и прокладки между стеной и цилиндром.

Целью оптимизации было минимизировать массу наиболее загруженной рессоры изменением нескольких параметров цилиндра, подвеса и прокладки.

По ГОСТу прочность этой конструкции должна быть оценена по двум критериям:

1. Максимальное значение среднего мембранного напряжения (?_m) должно быть менее 162 МПа;

2. Максимальное значение среднего мембранного напряжения, сложенного с напряжением изгиба (?_m+?_b), должно быть менее 211 МПа.

Поэтому интенсивности напряжений в области нагружения не рассматривались. Напряжения ?_m и ?_b были рассчитаны методом линеаризации напряжения по толщине, которая была выполнена для областей с наибольшей интенсивностью напряжений.

Чтобы удовлетворить требованиям к общей площади отверстий, начальная модель для проверки была выбрана методом CSP (удовлетворения граничным условиям). Для оптимизации был применен алгоритм MOGA-II.

Масса рессоры новой конфигурации в 2,9 раза меньше, чем масса рессоры начальной конфигурации (рис. 1).

Рисунок 1. Начальная и оптимальная конфигурации

Сравнение распределения напряжений в начальной и оптимальной конфигурациях показывает, что оптимальная рессора гораздо ближе к равнопрочной конструкции (рис. 2) и у нее меньше областей напряжений низкой интенсивности.

Рисунок 2. Интенсивность напряжений в начальной и оптимальной конфигурациях

Детальный анализ показывает, что толщина, длина цилиндра и размер прокладки оказывают наибольшее влияние на массу (рис. 3).

Рисунок 3. Значение каждой переменной на всю модель