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供热管道应力验算
供热管道应力验算1 一般规定1.1 管道的应力验算应采用应力分类法，并应符合下列规定：1 一次应力的当量应力不应大于钢材的许用应力；2 一次应力和二次应力的当量应力变化范围不应大于3倍钢材的许用应力；3 局部应力集中部位的一次应力、二次应力和峰值应力的当量应力变化幅度不应大于3倍钢材的许用应力。
1.2 进行管道应力计算时，计算参数应按下列规定取值：1 计算压力应取管道设计压力；2 工作循环最高温度应取供热管网设计供水温度；3 工作循环最低温度，对于全年运行的管道应取30℃，对于只在采暖期运行的管道应取10℃；4 计算安装温度应取安装时的最低温度；5 计算应力变化范围范围时，计算温差应采用工作循环最高温度与工作循环最低温度之差；6 计算轴向力时，计算温差应采用工作循环最高温度与计算安装温度之差。
1.3 保温管与土壤之间的单位长度摩擦力应按下式计算：⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯-+⨯⨯+=g D G D K F ρπσπμ2c v c 0421 （5.1.3-1）ϕsin 10-=K （5.1.3-2）式中：F ——单位长度摩擦力（N/m ）；μ——摩擦系数；c D ——外护管外径（m ）；v σ——管道中心线处土壤应力（Pa ）；G ——包括介质在内的保温管单位长度自重（N/m ）； ρ——土壤密度（kg/m 3），可取1800 kg/m 3； g ——重力加速度（m/s 2）； 0K ——土壤静压力系数；ϕ——回填土内摩擦角（°），砂土可取30°。
1.4 土壤应力应按下列公式计算：1 当管道中心线位于地下水位以上时的土壤应力：H g ⨯⨯=ρσv （5.1.4-1）式中：v σ——管道中心线处土壤应力（Pa ）ρ——土壤密度（kg/m 3），可取1800 kg/m 3； g ——重力加速度（m/s 2）；H ——管道中心线覆土深度（m ）； 2 当管道中心线位于地下水位以下时的土壤应力：()w sw w v H H g H g -⨯+⨯⨯=ρρσ （5.1.4-2）式中：sw ρ——地下水位线以下的土壤有效密度（kg/m 3），可取1000 kg/m 3；w H ——地下水位线深度（m ）。
管道的热应力计算
6、4、4波纹补偿器
横向型补偿器可吸收横向(径向)位移,主要有大 拉杆横向型、铰链横向型与万向铰链型
角向型可吸收角向位移,主要有单向角向型与 万向角向型
另外:单侧与双侧补偿;压力平衡型与压力不平 衡型;矩形与圆形
图6-7 轴向波纹补偿器使用情况 1-固定支架;2-波纹补偿器
轴向
6、4、4波纹补偿器
算方型补偿器得弹性力,确定对固定支架产生 得水平推力得大小; ⑷对方型补偿器进行应力验算。
6、4、1方型补偿器
6、4、1、1减刚系数:弯管刚度降低得系数
K h 1.65
弯管尺 寸系数
(当h≤1)
h
R
rp2
K 1 12h2 (当h＞ 1) 10 12h2
rp
Dw
2
6、4、1、2方型补偿器值得确定方法
⑴额定许用应力 。它取决于管材得强度特性,它 就是应力验算中最基本得一个许用应力值。常用钢 管额定许用应力见表6-2
⑵许用外载综合应力 w 。在热力管道强度计算中, 如只考虑外部荷载引起得综合应力,则不应大于规 定得许用外载综合应力值 。w
w 0.87
1.2
zs
2
zs
PDw s C 2s C
主要包括得应力有:
– ⑴由于管道内得流体压力(简称内压力)作用所产生 得应力;
– ⑵管道在外部荷载作用下所产生得应力。 – ⑶供热管道由于热胀与冷缩所产生得应力。
应力验算:计算供热管道在各种负荷得作用下所产生
得应力,校核其就是否超过管材得许用应力
许用应力分类:
许用应力分为:额定许用应力 [;外] 载许用综合应 力 ;许w 用合成应力 与许h 用补偿弯曲应力 等。 bw
管道的热应力计算
热力管道设计中的应力分析
热力管道设计中的应力分析摘要：在对热力管道的工程方案设计中，进行分析时要充分考虑管线中的应力变化，在对应力分析的过程中对可能存在的问题加以总结，最后给出了有关在热力管线工程设计中相应的处理对策，并对具体的对策进行了讨论与剖析。
关键词：热力管线；应力分析；压力引言热力管线工程设计中，主要的应力范围包括管线的内部和外面以及由于压力变化所导致的膨胀等，因此在热力管线工程设计中应力是相对地较为繁琐繁杂的，而在对应力分析进行参数测算时也需要充分考虑管线所遭受的不同外界环境产生的应力的影响，及其对热力管线的正常使用所产生的限定影响。
1管道应力分析在热管设计中，一般都会有很多分支结构，有些分支结构是由很多环形结构构成的，一般都是按照三维方向来设计的，所以在热管的应力分析中，首先要考虑到热管内部的走向，然后再根据三维设计来计算。
1.1管系荷载的确定管系所承担的荷载一般可分成四种：（1）第一类的热力管线工程设计中管网本身所承担的荷载与工作温度，热力管线在工作中所承担的压力与工作温度荷载是不同的，通过热力管线的参数测算后确定最不利的一组加以处理，避免以后由于上述问题妨碍了热力管线的正常工作[1]。
（2）第二类是管系的承载力，它的内容包括：管内承受的基本载荷，管自身的自重，管中的外力和内力，以及其它的载荷。
（3）第三类是管线内的温度应力膨胀和端点位置变化，热管线在架设和运营过程中受到管道的高温变化，从而使管线内热胀冷缩变化，由于在热力管线内受到高温荷载的状态下，管线边界和设备终端会因为高温的改变而产生偏移，所以需要对热力管线端点位置变化加以控制。
（4）第四类情况就是热管线设计中要避免产生偶然性负荷，当然还有由于气候因素，地质条件等各种因素的共同影响而对管线所形成的冲击力，但是这种负荷的产生一般都是偶然性的，而且概率也不会很大，所以一般情况下以上的这些问题都不会因为同时存在而对热力管线产生危害。
1.2荷载工况在计算热力管道的参数时，既要考虑到设备的安装和工作状况，又要在管道的安装中首先要考虑到在常温下进行。
直埋供热管道直管的应力分析
为均匀常数 ,管道受热位移 ,但土体未被破坏 。由于
热管变形使土体形成的空腔是暂时的 , 因此可以近
似认为管道周围土体是完全弹性的 。
(5) 分析弯头过渡段部分受到的内压 、埋土压 力 、热胀力 、土体与管道之间的摩擦力等外力 , 对弯 头所受的 α、β、n 向的外力归纳如下 。
分析直管段的受力情况可以看出 , 其受力基本
孟振虎 见本刊 2003 年第 3 期作者介绍 。 陈 俊 见本刊 2003 年第 3 期作者介绍 。 张小趁 讲师 ,1973 年生 ,2002 年毕业于焦作工学院工程力学专业 ,获硕士学位 ,现在成都理工大学从事计
算力学与土木工程科研与教学工作 。 李为卫 工程师 ,1965 年生 ,1988 年毕业于西安交通大学机械工程系焊接专业 ,现在中国石油天然气集团公
(2)
Eh
1 - μ2
1 r
w
+μ
5v 5β
= rqn
考虑到边界条件 β= 0 时 , v = 0 , w = 0 , 则直管
段 β向和 n 向的位移 v 和 w 为 :
v= -
q2β2 -
rEh
r2 qn (1 - μ2)β
Eh
(3)
w=
-
2 q2β
rEh
根据物理方程 ,利用式 (3) , 得到 α和β向的正
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第 22 卷第 12 期
油 气 储 运
·21 ·
西气东输管道弯管的国内外生产工艺对比
直管段 (柱壳) 属于形状较简单的曲面 , 其拉密 系数 (Lame ) 和 曲 率 可 以 利 用 第 一 基 本 形 I = A2 ( dα) 2 + B2 (dβ) 2 观察得出 : I = ( rdθ) 2 + ( d x) 2
直埋供热管道的应力分析及验算
强 度 破坏 是 指无 补 偿 管段 因管道 中各类 应 力 的综 合水 平 超 出其 允 许 的 当量应 力 水 平 而产 生 的断 裂或 爆 裂破 坏 。引起 强 度破 坏 的 原 因有塑 性 流动 、循环 塑 性 变形 、疲 劳破 坏 等。
３ ． １ ． １ 塑性 流 动 塑性 流 动是 指 ：由于 内压作 用 而 产生 的
一
条件 而产 生的 。 当应力 强度达 到甚 至超过屈 服 极 限时 ， 由于材料 进入 屈服 或静 力平衡 条件 得
不 到满足 ， 管道将 产生过 大变形 甚至 破坏 。 ２ ． ２ 二 次应 力 管道 由于热 胀 、冷 缩 等 变形 受 约 束而 产 生 的应力 属 于二 次 应力 。这 是 为 了满 足结 构 各 部 分之 间 的变 形 协调 而引 起 的应 力 。 当部 分 材 料超 过 屈 服极 限 时 ，由于 产生 小 量 的塑
区域供 热
２ ０ １ ３ ． ５期
直埋供热管道 的应ຫໍສະໝຸດ 分析及验算 中冶 东方 工程技 术 有 限公 司 白 云
【 摘 要】 本文分析 了直埋供热管道的应力 ， 重点介绍了管道的强度验算方式。 【 关键 词 】 直埋 供 热 管道 安 定性 分析
１ 引 言
显 著 的变形 ，但 循环 变 化 的峰 值应 力 也 会造 成 钢材 内部 结 构 的损 伤 ，导致 管 道 的局 部疲
— —
此 ．必 须保 证 管道 上 的 回填 土 达 到 足够 的埋 深， 以保证 稳 定性 。
３ ． ２ ． ２ 局部 失稳
钢 材 的弹性模 量 ， 取 １ ９ ． ６ ｘ ｌ Ｏ ４ ＭＰ ａ ； 线 性 膨 胀 系 数 ，取 １ １ ． ７ ４ ｘ ｌ Ｏ ￣ ｍ ／ 管道 内压 引起 的环 向应力 ， ＭＰ ａ 。
热力管道布置与应力计算分析2
（一）管道应力计算的方法管道应力计算的方法有：目测法、图表法、公式法和计算机分析方法。
目前，电厂内主要汽水管道的应力计算推荐采用计算机分析方法。
（二）对管系进行分析计算进行计算机应力计算时，要建立计算模型，编制节点。
其中包括：管道端点；管道约束点、支撑点、给定位移点；管道方向改变点、分支点；管径、壁厚改变点；存在条件变化点（温度、压力变化处）；定义边界条件（约束和附加位移）；管道材料改变处（包括刚度改变处，如刚性元件）；定义节点的荷载条件（保温材料重量、附加力等）。
1、初步计算输入原始数据进行计算，其过程和结果如下：利用计算机推荐工况；弹簧可由程序自动选取；计算结果分析；查看一次应力、二次应力的核算结果；查看冷态、热态位移；查看设备受力；查看支吊架受力（垂直荷载、水平荷载）；查看弹簧表。
2、应力分析反复修改直至计算结果满足标准规范要求。
计算结果不满足要求可能存在的问题，根据下列情况做相应修改：一次应力超标，缺少支架；二次应力超标，管道柔性不够或三通需加强；冷态位移过大，缺少支架；热态水平位移过大，缺少固定点或Π型；设备受力过大，管道柔性不够；固定、限位支架水平受力过大，固定、限位支架位置不当或管道柔性不够；支吊点垂直力过大，可考虑采用弹簧支吊架；弹簧荷载、位移范围选择不当，人为进行调整。
三、主蒸汽、主给水管道的设计从以上的论述，我们大致了解了热力管道设计时与管道布置、应力计算相关的内容，下面就具体的管道设计进行介绍。
（一）主蒸汽管道设计主蒸汽管道设计时，根据接口的位置，确定管道的大致走向。
管道布置应靠近锅炉钢梁、土建梁柱与平台，以方便支吊架的设置。
管道支吊架设置完成后，可使用三维管道软件生成应力计算原始程序，在此过程中要注意的是，需输入锅炉集汽集箱的热态附加位移、管道的冷紧口的设置、需显示力与力矩的接口设置等。
然后进行应力计算，根据计算结果调整管道的布置，其中包括：调整冷紧值以满足对设备接口（汽机主汽门、集汽集箱出口）处冷、热态的受力及力矩要求；在炉前立管设置刚性吊架以限制管道的位移，增加其稳定性；在母管上设置固定支架，以减少母管因太长而位移太大，影响其稳定性；在汽机进口管段上设置限位支架以减少接口处的力矩；为减小固定点的力与力矩增加Π型等。
管道应力计算
G1
2
G2
3
G3
判断
1.7E+09
固定墩设计 1 固定墩后背土压力折减系数 2 被动土压力 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 综合抵消系数 推力系数
固定墩底面与土壤产生的摩擦力 固定墩侧面与土壤产生的摩擦力 固定墩顶面与土壤产生的摩擦力
K Ep f1 f2 f3 Ea T Kp
与土壤特性和管道刚度有关的参数
Ip Ib C К Cm Z 按4.1.6选取 (DcC/(4EIp106))0.25 l1≥2.3/К 1/(1+KК Rcφ (Ip/Ib)) Atg (φ /2)/(2К 3Ip(1+Cm)) ［α E(t1-t2)-ν σ t］A10 (Z2+(2Z/Fmin)Na)0.5-Z
给定
0.6
主动土压力
供热管道对固定墩作用力
抗滑移系数
(KEp+f1+f2+f3)/(Ea+T)
1.4
满足要求
Kp≥1.3 判断 等径等壁厚管道各种布置方式的固定墩推力 l1 长管长度 给定 短管长度 过渡段最大长度 过渡段最小长度 l2 Lmax Lmin ψ η 给定 ［α E(t1-t0)-ν σ t］A10 /Fmin ［α E(t1-t0)-ν σ t］A106/Fmax l1/l2 按l1/l2查图E.0.3-1 l1/Lmin 按l1/Lmin查图E.0.3-2 1.l1≥l2≥Lmax,0.1·Na
n ν Di
t
给定 钢材 D0-2t PdDi/(2δ ) 按计算温度查表B.0.2 按计算温度查表B.0.2 按计算温度查表B.0.1 ［nσ s-(1-ν )σ t］/(α E) 热网计算工作温度 安装时当地的最低温度 t1-t0 π /4(D02-Di2) π ρ gμ max(H+Dc/2)Dc π ρ gμ
《供热工程》供热管道的应力计算与作用力计算
安定性分析方法
该理论进行应力分类，温度应力的强度条件为不出现循环塑 性变形的安定性条件
反映了钢材塑性变形和破坏的关系，充分利用了钢材的潜力 对于运行温度在85～150oC 的直埋管道，直管段一般可不设 置补偿器，也不预热
当固定支座设置在两个不同管径间的不平衡轴向力：
Pch PF1 F2
N
当固定支座设置计 对在波算有纹截管面堵补积板偿，的器对端，于头F套为筒、波补或纹偿有管器补弯，偿F器为的以有套效筒面补积偿，
管以及阀门的管器 近段外 似，套 以管 波内的 纹压内 半产径 波生为 高的直 为径 直轴计 径向算 计力的算：圆出面的积圆Pn面积PF
管道中因温度变化产生热胀变形，热胀变形不能完全释放， 产生了较大的轴向力和轴向应力，属于二次应力 如果二次应力超过了极限状态，管道只会产生有限的塑性交 形，但会造成钢管内部结构一定程度的损伤；循环往复的塑 性变形会使管道发生破损
15.3.2 直埋热水管道的荷载
土壤轴向摩擦力
轴向摩擦力的计算
F 管道g单位土H长土壤度壤密轴摩度D2向擦管，k 摩系顶kDg擦数覆／k力，土管m，与深道3N管度保/道，m护N保m层/护的m层外材径质，和m回填土类型有关
15.3.2 直埋热水管道的荷载
温度
管道工作循环最高温度(T1)取用室外供暖计算温度下的热网 计算供水温度
管道工作循环最低温度(T2)，对于全年运行的管网取30oC ； 对于只在供暖期运行的管网，取10 oC
计算安装温度(T0)，对于冷安装取安装时当地可能出现的最 低温度；对于预热安装取预热温度
L
L1