回转窑是水泥熟料干法和湿法生产线的核心设备,是水泥厂的生命之柱、动力之源,保证其安全高效的生产是`提高水泥厂经济效益的关键。回转窑主要由筒体、耐火砖、大齿圈、挡轮、滚圈与托轮等结构组成,大齿圈是主要的传动装置,滚圈与托轮组合是主要的承载装置,挡轮是防止筒体发生跳动的装置。水泥熟料在生产过程中,当窑温上升到一定程度时,筒体和耐火砖之间由于热应力和冲击载荷等原因将会产生过大的变形,导致回转窑内部相邻耐火砖之间彼此挤压,当挤压应力大于耐火砖的强度时,就会造成耐火砖表面变形和损坏。考虑到巨额的维修成本和停机造成的重大经济损失,对大型水泥回转窑进行热-结构耦合的复杂力学行为开展深入的研究是十分必要的。本文以Φ2.75×50.95m水泥回转窑为研究对象,主要做了如下的工作:(1)分析并总结了国内外对回转窑筒体力学性能和余热回收装置的研究现状及不足之处,指出了温度对回转窑力学性能的重要影响,并建议对回转窑筒体表面大量辐射能进行回收利用。(2)利用ANSYS软件建立了回转窑筒体及其支承结构的有限元模型,对筒体等结构采用了分段网格划分的方式,并借助MESH200单元划分网格使有限元模型单元更加规则,在不考虑温度的情况下对回转窑整体模型进行了结构分析;对承载装置滚圈-托轮组合单独建立了接触分析,计算了滚圈与托轮间的接触应力。(3)对回转窑筒体及其支承结构进行了热-结构耦合分析,得到了最大等效应力为252MPa,发生在第一档支承与第二档支承之间的筒体区域,与回转窑静力分析得到的最大等效应力32.6MPa比较,增加了219.4MPa,说明了热应力才是引起筒体变形的主要原因,在回转窑应力分析时不能忽略。(4)设计了一种用于回转窑筒体表面的真空集热器实验模型,该装置采用循环的冷水系统吸收窑体表面的热量,利用辐射传热在真空中效率最高的特点给窑体表面降温的同时升高水温供人洗浴。着重介绍了该装置的设计思路,技术创新点及设计原则,并对该模型进行了稳定性校核,计算了该余热回收装置的回收率可达62.9%,效率可观。