0、引言
回转圆筒式烘干机是对大量物料进行烘干最常用的设备，具有运转可靠、操作弹性大、处理能力大以及适应性强等特点，广泛应用于食品、饲料、化工、医药、矿山、冶金和建材等行业，富通新能源生产销售
滚筒烘干机、
气流式烘干机等干燥烘干机械设备。
回转圆筒式烘干机的设计计算多采用文献[1]和文献[2]的方法，对模型进行简化、烘干机强度和刚度的计算，其结果多为近似值，不直观，也不能显示各部件及局部的强度和刚度。随着计算机技术的飞速发展及有限元软件的日趋成熟，利用计算机对大型复杂设备进行设计和校核已成为发展趋势。
ANSYS软件是集结构、热、流体、电磁场、声场和耦合场分析于一体，由美国ANSYS公司开发研制的大型通用有限元分析软件，现已通过美国核安全局及20种专业技术协会的认证，第一个通过了我国压力容器标准化技术委员会认证并在国务院17个部委推广使用。用户涵盖了机械、能源、电子、水利、土木建筑、交通运输、航空航天、生物医学、教学科研等领域。
1、回转圆筒式烘干机的结构
本文所分析的回转圆筒式烘干机（如图1所示）主要部件有换热管、支撑板、支撑板坐换环、滚圈、滚圈垫板、齿圈、齿圈肋板、加强圈、管箱支棍、简体以及管箱等。
1.1烘干机的基本几何参数
总长/mm: 23310
内径/mm: 3800
壁厚/mm: 17
进料端盖厚/mm: 45
出料端盖厚/mm: 40
管板厚/mm: 40
支撑板厚/mm: 20
齿圈肋板厚/mm: 20
坐环/mm: 50×50
热管根数／根：168
模型整体倾角：2/100
换热管具规格如表1所示。
1.2 烘干机的基本操作参数
进料温度／℃：88
出料温度／℃：135
蒸汽温度／℃：183
蒸汽压力／MPa:1
1.3材料选择
烘干机简体、换热管、支撑板、进料端盖、滚圈垫板、坐环、加强圈、管箱等部件的材料为316L，肋板材料为16MnR，齿圈材料为ZG45，滚圈材料为SCM440。所有材料的材料属性如表2所示。
2、模型简化和有限元模型的建立
2.1整体模型
为准确模拟烘干机的实际结构，本分析采用按实际尺寸建立的整体分析模型。为减小解题规模，除滚圈、齿圈和滚圈垫块用实体单元模拟外．，其余全部采用梁或壳单元模拟，管板采用传统规范里被削弱了的当量板，同时建立了只有管箱和换热管的局部实体有限元模型。整体模型如图2所示，部分有限元模型如图3-图5所示。
2.2单元类型选取及有限元网格划分
在有限元模型中，分别采用ANSYS中的SHELL63壳单元（主要用于模拟烘干机简体）、BEAM189梁单元（用于模拟换热管及管箱的支撑杆）和SOLID45体单元（用于模拟滚圈、齿圈等）；在传热分析中，采用了与结构计算相对应的热单元为SOLID70体单元。为保证计算结果的准确性，划分网格时应保证单元在任何两个方向上的尺寸比例不超过1：7�；滞窈�，烘干机整体结构共有55636个单元，其中SHELL63单元14896个，BEAM189单元36708个，SOLID45单元4032个，结点总数为93612。
2.3约束方式
烘干机左右两个滚圈的底部各有一对与铅垂线分别成280约束方式，还各有一对与铅垂线成28。的支撑托轮，烘干机左滚圈的右边有一个挡轮。两对支撑托轮对整个烘干机起到主要的支撑和约束作用，挡轮起防止烘干机轴向滑动的作用。因此，在进行烘干机的结构分析时，分别在两个滚圈与托轮接触处约束垂直位移和一侧的水平位移、挡轮与滚圈接触处约束轴向位移，在这样的约束可能会造成计算结果在约束的位置出现局部应力集中，与实际应力分布有些差异，但不会影响烘干机的整体计算结果。
2.4载荷条件
烘干机所受的载荷有自身质量、物料质量、蒸汽压力及温度。对于温度载荷，本文仅考虑烘干机在正常工作情况下的温度分布，因此对烘干机换热管和管箱的温度场进行了稳态热分析（包括热对流和热传导），并对各种载荷共同作用下的强度和刚度分别进行了计算。这些载荷工况组合为：
1)空载工况，烘干机仅受到自身的质量作用；
2)机械载荷工况及烘干机受自身的质量、120%的正常操作量的物料与内压载荷作用；
3)设计工况，烘干机受自身的质量、120%的正常操作量的物料、内压及温度载荷作用；
4)事故工况，烘干机受自身的质量、200%的正常操作量的物料、内压及温度载荷作用。
以下对4种工况简称工况l、工况2、工况3和工况4。
对烘干机出口端管板及换热管温度场进行分析时，壳程介质温度为135℃，对流换热系数取a=200W／m2．℃，管程蒸汽温度为183℃，对流换热系数a= 50W/m2．℃，管箱和筒体外部有较厚的保温层，计算时按绝热条件近似处理。
3、计算结果与分析
有限元计算分两步进行：首先计算烘干机的温度场，对管箱（如图3所示）和所有换热管的局部实体单元模型做稳态热分析，得到换热管和管板（见图6所示）的金属壁温分布。图6为温度沿管板厚度的分布曲线，图7和图8为计算得到的换热管和管箱的温度分布云图。然后，将计算结果作为温度载荷加到主要由梁、壳单元组成的整体模型中，进行结构热应力计算以及整体模型在各种组合载荷工况的计算。计算结果见表3所示，部分云图如图9-图12所示。
由表3可见，烘干机在工况2下的最大应力强度为53. 4MPa，同工况1相比，这是由于管箱受到1MPa的内压造成的，中心最大挠度为1.284mm：工况3下的最大应力强度为284MPa；工况4下的最大应力强度为243MPa，其最大应力强度值均发生在支撑板上。将工况3和工况4与工况1和工况2进行对比发现，存在温度载荷时，烘干机的局部应力强度远大于只有机械载荷作用时的应力强度，而这一局部的温度应力主要是由不同材料线膨胀系数的差异所引起的，而机械载荷（即使是过载的事故条件下）对结构整体应力的影响并不显著。
4、结论
1)对4种载荷工况计算结果的比较可以看出，工况4为最危险工况。
2)对各种载荷引起的应力状态和应力水平的对比显示，温度应力对烘干机强度的影响最大，因此采取一定的保温措施将有利于提高烘干效率和结构强度。
3)烘干机主要材料316L在设计温度(135℃)下的许用应力强度为117. 3MPa，计算机械载荷工况下的最大应力强度53. 2MPa< 117. 3Mpa。由于温度引起的应力属二次应力，根据文献，其最大应力强度可用3倍的许用应力强度控制，即可满足243MPa<3×117. 3=351. 9MPa，因此，该烘干机满足强度条件。
4)计算表明，该烘干机的整体位移小于文献[2]规定的要求，即最大相对挠度小于0. 3mnl／m，满足刚度条件。
相关烘干机产品：
1、
滚筒烘干机
2、
气流式烘干机
