压力管道计算
加劲环截面积 有效截面积 截面惯性矩
β
B1
0.0168
0.022805
单支面积
0.022805
b、应力验算 M1
4.292838144
N1 51.8888028
4.82E-04 双支面积
β 0.710
0.724577943 0.907
截面惯性矩
0.028204668
计算见截面 几何性质计
算软件
K1
0
-0.2387324
67
-0.2645964
90
-0.25
90
0.25
113
0.26459637
180
0.23873241
支承环M的σθ4
ZR1
0.2
K2 0.318 0.124 0.000 0.000 -0.124 -0.318
ZR2
K1+B1*K2
TR
0.044327599 58.95837564
64959.03 63441.41 62468.14 62468.14 61494.87 59977.25
计算
工程应用取值 5
16~40 205 225
16~25 325 390
225000
单位Mpa
40~100 195 215
25~36
315 375
数
计算结果
水头
焊缝
壁厚
乘数 1.25
系数 0.9
180
-0.1112066 0.068309886 -389.548539 -77843.1287
轴向应力σx
σx1 -6707.538564
σx3
69175.676
内壁取正值
管外壁取负 值
-m/3.14*r^2* δ
2490.89032
σx2计算表
计算断面θ
σx2(kPa)
0
2490.89032
67
mm 0.015
是否满足 稳定要求
不满足
计算结果
临界波数
临界压力
5
265.895103
是否满足2倍大气压值
是否
重新计算
满足条件
否
加劲环间距 8
含附件材料 伸缩节水
重量系数
头
1.1
45
填料摩擦系数 0.3
支墩摩擦 系数
0.1
套管径差
取两倍的壁厚
环重心至内壁 0.15 b 0.106
环重心至钢 管中心距离
材质
<16
计算结果
16Mn
345
管径
15MnT
5.006
利用材料屈 服强度
二、管壁厚度 计算
a、按内水压力 初步计算
参
钢管内径 跨中总水头 钢材屈服强度 钢材材质
m
m
5
45
工程计算取值 0.015
b1、稳定要求管壁厚度
kpa
99000
Q235
工程采用壁厚
18
40
mm
数 强度 折算系数 0.44
不满足
b2、稳定要求最小管壁厚度
c、不设加劲 环，外压稳定 计算
钢材弹模
壁厚
kpa
mm
2.06E+08
18
10
mm
满足要求
内径 m
5.000
临界压力 19.222272
抗外压稳定 安全系数 2
c、设加劲环， 外压稳定计算
参
钢管平均半径 钢材弹模
壁厚
2.509
2.06E+08
0.018
计算过程
1+n2*l2/3.142/r2
-0.1440604 0.125626419 -499.2984 -99774.343
-1.443E-16 0.25
35.9116257 7176.187348
σθ4（kPa)
90
1.4433E-16 -0.25 -35.9116257 -7176.18735
113
0.14406037 -0.125626419 499.2983999 99774.34298
σθ2
σx1
7102.908686 -6707.539
钢管内壁应力 66914.5847 钢管外壁应力 92335.95833 最大应力值
允许应力
111375 是否满足条件 满足条件
4、支承环及其 旁管壁 a、支承环截面 尺寸
肋高
0.4
肋宽 0.036
支承板宽 0.400
支承板厚
管壁等效翼 缘
0.018 0.165760553
-0.236
σθ4（kPa)
管外壁
外环壁
70837.24708 -91854.892
-90794.65211 117733.725
6530.330487 -8467.9011
+
-6530.330487 8467.90107
-
90794.65211 -117733.72
-70837.24708 91854.8918
171859.6046
最大应力
叛断发
管外壁 管外环 生部位
171860
135391 171860
计算时 自行查 看最大 应力发 生部位
支承环截面积 有效截面积 截面惯性矩
β
B1
0.022248 0.03541538 1.00E-03
单支面积
0.028215 双支面积
b、环向应力
水压力σθ2 23440.8927
kPa
0.619053078 0.889
截面惯性矩
0.03541538
计算见截面 几何性质计
算软件
支承环TR的σθ3
计算断面θ
0.018
每米钢重 24.415
水、管 法向分力
1330.060
镇墩间钢管 总跨数
6
填料摩擦力 支墩钢管摩阻 填料长度
419.052432 665.030
0.2
40
钢管自重 轴线分力 721.905 总轴向力 -1903.339
1、跨中断面 (计算点θ度管 壁外缘应力最 大）
a、环向应力
b、轴应力
973.26839
90
0.00000
+
90
0.00000
-
113
-973.26839
180
-2490.89032
c、强度校核
c1、轴力产生应 力
相当应力计算 表
计算断面θ
∑σθ (2)+(3)
∑σx (1)+(2)
σ（kPa) 管内外壁 环外壁
0
25105.6602 -4216.648 27457.90 25105.66
允许应力 3、加劲环及其 旁管壁 a、加劲环截面 尺寸
肋高
0.3
σθ1 σx1 σx2
M σ 111375
肋宽 0.036
64161.385 -6707.539 -2490.801 -886.671 69220.452 满足条件
σx -9198.34
上翼板宽 0.3
上翼板厚 0.018
管壁等效翼 缘
两端固结 c、强度校核
允许应力
σθ1 σx1 σx1
M σ 111375
61533.225 -6707.539 -1245.550
443.389 65870.848 满足条件
σx -7953.09
2、支承环旁膜 应力区边缘断 面(θ=180度， 剪应力τxθ=0)
a、环向应力
b、轴应力
两端固结 c、强度校核
-0.15399601 -204.823963
-0.25 -332.515053
0.25 332.5150528
0.153996008 204.8239633
-0.0443276 -58.9583756
0.182
ZR3
计算断面θ
0 67 90
K3
K4
MR
管内壁
0.11120661 -0.068309886 389.5485394 77843.12866
5.3支承环抗外 压稳定分析
p1
3928.06
p2
396.993847
95942.907 -73137.234 20582.222 26299.564 120019.020 -49061.122
最大应力
是否满足 满足条件
是否满足 满足条件
-66749.2316 135391.1424 5583.990178 41297.79514 -88509.3571 113631.0169 171859.6046
压力管道计算
一、管径计算
SD144-85水 电站压力钢 管设计规范
1、经济流速
参数
设计流量 经济流速
88
5
2、经验公式
参数
设计流量 经济流速
88
--
3、彭德舒公式
参数 设计流量 设计水头
88
45
计算结果 管径 4.732
计算结果 管径 4.792
材质 Q215 Q235
工程应用取值
5
钢材材料力 学性能 <16 215 235
0
126402.59 74039.51 135391.1424
0
55016.551 87998.5 5583.990178
0
54386.042 91900.08 41297.79514
0
111756.55 171859.6 -88509.3571
压力管道水力计算
3 按照终点流量要求，确定各段流量 4 以经济流速确定各段管径 5 取标准管径后，计算流速和摩阻 6 按长管计算各段水头损失hw
1
z2 2
3
z1
J
z3
7 按串联管道计算起点到控制点的总水头损失。
285井 站 ： 282、 283、 284
安县
罗浮山温泉 秀水
24
塔水站
花街镇 93
Φ 159× 6,L34Km
压力管道水力计算
压力管道计算原理
有压管道：管道被水充满，管道周界各点受到液体压强作用，
其断面各点压强，一般不等于大气压强。
管壁
管壁
液体
液体自由面
有压管道
无压管道
工程中，常用各种有压管道输送液体，如水电站压力引水 钢管；水库有压泄洪隧洞或泄水管；供给的水泵装置系统及 管网；输送石油的管道。
管道按布置分
第一类问题的计算步骤
（1）已知qV、l、d 、、 Δ ，求hf；
qV、l、d 计算Re
计算
计算 hf
第二类问题的计算步骤
（2）已知hf 、 l、 d 、 、 Δ ，求qV； 假设
由hf计算 v 、Re
= New
计算New
N
Y
校核 New
由hf计算 v 、 qV
第三类问题的计算步骤
（3）已知hf 、 qV 、l、、 Δ ，求d。 hf qV l Δ
377井 站 ： 377 378井 站 ： 378
164井 站 ： 164、 Q47 256井 站 ： Q 73-1、 Q 73-2、
= New
假设
由hf计算 v 、Re
由Re、查莫迪图得New
求解方法相当 于简单管道的第 二类计算问题。
压力管道计算表
0
0
0
2.26 0.2 681 0.071 18.681 0.076 0.026
0
0
0
1.00 0.3 681 0.071 2.562 0.015 0.005
0
0
0
4、压力管道水锤压力简化计算
参数 L= 681
v0= 2.26
v1=
0 △t=
3
△H=L/g*(v0-v1)/△t= 52.3755362 (m)
a=1425/(1+ε/E*D/δ)0.5= 939.6171746 m/s
0
7、水锤波传播速度计算(钢筋砼管)
参数 ε=
2.1E+04
Eh= 2.1E+05
Eh= 3.0E+05
波速
a=1425/(1+ε/EhD/（δ（1+9.5μ)))0.5=
1379 m/s
0
8、水锤压力形式判别:
tr= 2L/a = 1.449526506 s≤Ts=
z末=2σ/(2-σ)= 0.56 y末=-2σ/(2+σ)= -0.36
△H=
0
△H= 71.4118
△H= -44.77
△H= 66.9962
△H= -42.993
计算得 计算得
△h叉=
0 0 0
管径D= 壁厚δ= 壁厚δ(加上水击波压强）=
△h阀=
0.41737008 0.02608563 0.005152717
0.21
3 4 △h局= 2.05406326 0.128378954 0.025358806
选定D=
0.2
稳定δ
2
∑△h=
压力管道各种壁厚计算及校核
2.8 0.103 0.026
1.5 0.004
<
2.28667E-07
2.8 0.108 0.283
1.5 0.040
<
5.48753E-08
2.8 0.103 0.035
1.5 0.004
<
0.03D 0.030 0.014 0.014 0.021 0.012
结果 校核合格 校核合格 校核合格 不合格 校核合格
0.3 1
192000 MPa
1.1E-05 ℃－1 50 oC
15 oC 0.3 1.95 cm
1.63 cm 104.8 MPa 100.2 MPa
GB50316 GB50316
373.5
当量应力 校核 管外径mm
1016 711 457 273.1 219.1
壁厚mm 19.5 9.5 5.6 6.4 5.6
<
261 校核合格
单位管长截面惯 土壤变形
竖向载
性距（m4/m） 模量N/m2 基床系数 荷
变形滞后 水平方向变
系数
形量
I
Es
K
W
Z
Dx
4.46615E-07
2.8 0.103 0.026
1.5 0.005
<
2.98259E-08
2.8 0.103 0.026
1.5 0.006
<
5.48753E-08
σL=μ σh＋Eα (t1-t2)
σ h=Pd/ (2dn)
σe=σ h-σL < 0.9σs
W=rt.hc.g. 10-6 MPa
rt－土壤 密度 kg/m3(170 0~1800 kg/m3)
压力管道计算
4、支承环及其旁管壁 a、支承环截面尺寸 肋高 肋宽 支承板宽 支承板厚 管壁等效翼缘 0.4 0.036 0.400 0.018 0.165760553 B1 支承环截面积 有效截面积 截面惯性矩 β 0.022248 0.03541538 1.00E-03 0.619053078 0.889 单支面积 0.028215 双支面积 0.03541538 截面惯性矩计算见截面几何性质 b、环向应力 水压力σθ2 23440.8927 kPa 支承环TR的σθ3 计算断面θ 0 67 90 90 113 180 支承环M的σθ4 ZR1 计算断面θ 0 67 90 90 K1 -0.2387324 -0.2645964 -0.25 0.25 0.26459637 0.23873241 0.2 K3 K2 0.318 0.124 0.000 0.000 -0.124 -0.318 ZR2 K4 K1+B1*K2 0.044327599 -0.15399601 -0.25 0.25 0.153996008 -0.0443276 0.182 MR TR 58.95837564 -204.823963 -332.515053 332.5150528 204.8239633 -58.9583756 ZR3 管内壁 77843.12866 -99774.343 7176.187348 -7176.18735
压 力 管 道 计 算
一、管径计算 1、经济流速 参数 设计流量 经济流速 88 5 2、经验公式 参数 设计流量 经济流速 88 -3、彭德舒公式 参数 设计流量 设计水头 45 88 二、管壁厚度计算 a、按内水压力初步计算 参 钢管内径 跨中总水头 钢材屈服强度 钢材材质 m m kpa 5 45 99000 Q235 工程计算取值 0.015 工程采用壁厚 18 b1、稳定要求管壁厚度 40 mm b2、稳定要求最小管壁厚度 10 mm c、不设加劲环，外压稳定计算 不设加劲环， 钢材弹模 壁厚 内径 kpa mm m 2.06E+08 18 5.000 设加劲环， c、设加劲环，外压稳定计算 参 临界压力 19.222272 数 数 强度 折算系数 0.44 不满足 满足要求 抗外压稳定 安全系数 2 SD144-85水电站压力钢管设计规范
压力管道强度计算书
强度计算书工程名称：XXXXXXXXXX 项目号：XXXX版次：0设计单位：XXXXXXXXXX项目负责：设计：校核：审核：工业及热力管道壁厚计算书1直管壁厚校核1.1计算公式：根据《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000）（2008年版）6.2中规定，当直管计算厚度t s 小于管子外径D o 的1/6时，承受内压直管的计算厚度不应小于式（1）计算的值。
设计厚度t sd 应按式（2）计算。
[]()PYE PD t j tos +=σ2 （1）C t t s sd += （2）21C C C += （3）式中 s t —直管计算厚度（mm ）；P —设计压力（MPa ）； o D —管子外径（mm ）；[]t σ—在设计温度下材料的许用应力（MPa ）；j E —焊接接头系数；sd t —直管设计厚度（mm ）；C —厚度附加量之和（mm ）； 1C —厚度减薄附加量（mm ） 2C —腐蚀或腐蚀附加量（mm ）Y—计算系数式中设计温度为常温，一般取100℃，[]tσ根据《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000）（2008年版）附录A金属管道材料的许用应力表A.0.1进行选取，故20#为130MPa，S30408为137MPa。
E取值是根据《压力管道规范-工业管道第2部分：材料》j（GB/T20801.2-2006）表A.3，故20#和S30408的取值都为1。
Y根据《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000）（2008年版）表6.2.1进行选取，故20#和S30408的取值都为0.4。
1.2管道计算厚度1.3厚度附加量(1).C1厚度减薄附加量（mm），取钢管允许厚度负偏差。
根据《流体输送用不锈钢无缝钢管》（GB/T14976-2012）规定：热轧（挤、扩）钢管壁厚＜15mm时，普通级允许厚度负偏差（12.5%δ）高级允许厚度负偏差（12.5%δ）；热轧（挤、扩）钢管壁厚≥15mm时，普通级允许厚度负偏差（15%δ）高级允许厚度负偏差（12.5%δ）；冷拔（轧）钢管壁厚≤3mm时，普通级允许厚度负偏差（14%δ）高级允许厚度负偏差（10%δ）；冷拔（轧）钢管壁厚＞3mm时，普通级允许厚度负偏差（10%δ）高级允许厚度负偏差（10%δ）。
第5章 压力管道水力计算
钢管；水库有压泄洪隧洞或泄水管；供给的水泵装置系统及
管网；输送石油的管道。
精选版课件ppt
4
2、管道按布置分 3两种水头损失大小比重
简单管道：直径始终不变，无分支的管路（基础） 串联管道
复杂管道 并联管道 分枝管道
短管
局部水头损失、流速水头占 总水头损失比例较大（大于 5%），计算时不能忽略
长管
精选版课件ppt
并联管道特征
1.总流量是各分管段流量之和。
A
qvqv1qv2qv3...... Q
Q1 d1 hw1 Q2 d2 hw2 Q3 d3 hw3
B Q
2.并联管道的损失等于各分管 道的损失。
hwhw 1hw2hw3..精.选.版.课.件ppt特点：一般按长管进行水力计3算1
hfA hf1=hf2=hf3=hf
没有多大影响。
精选版课件ppt
6
压力管道水力计算的主要内容就是确定水头损失，包 括沿程水头损失和局部水头损失。
精选版课件ppt
7
§5.1 长管的水力计算
管道的种类: 简单管道 串联管道 并联管道 一、简单管道
1、计算中一般涉及的公式：
连续性方程： Qv1A1v2A2
能量方程： z1pg1 z2pg2 hf
3、达西公式：
4、包达公式：
hf
L d
v2 2g
hj
v2 2g
5、雷诺数： Re 精v选d版课件vpdpt
3
三、基本概念
1、有压管道：管道被水充满，管道周界各点受到液体压强作
用，其断面各点压强，一般不等于大气压强。 管 壁
管壁
液体
液体自由面
有压管道
无压管道
压力管道计算书
1、光面管抗外压稳定判断
管壁厚度δ16mm
管径D2300mm
管道倾角α20
内水压力H0.5Mpa
钢材弹性模量Es206000N/mm2
钢材屈服点δs315N/mm2
临界外压Pcr0.138699104N/mm2
大气压P0.1
安全系数K≥2不设加劲环 1.386991041
2、有加劲环明管外压稳定计算
加劲环间距l3000mm
泊松比μ0.3
最小临界压力波数n5 4.940临界外压Pcr 1.71N/mm2
安全系数K≥217.14
3、加劲环抗外压稳定及应力分析
截面惯性矩I R2933821.78
加劲环有效截面重心处半径R1168.9
假定加劲环高度h100mm
假定加劲环厚度h8mm
加劲环两侧变形主管长度L′105.804mm
假定重心轴离管壁内侧距离18.9mm
上S1面积776.8
中S2面积23.2
下S3面积3513.739128
上S1面积形心离重心轴距离y148.55
中S2面积形心离重心轴距离y2 1.45
下S3面积形心离重心轴距离y310.9
S1*Y1-S2*Y2-S3*Y3=0-619.7564906
加劲环有效截面面积A R4313.739128
P CR10.378415462
取二者小值P CR20.393863138
安全系数K≥2 3.938631377
4、加劲环横截面压应力
计算截面上轴向压力N R345000N
径向均布外压力标准值P0K0.1N/mm2
受压构件稳定系数。
压力管道壁厚计算程序及公式
3
S1 计算厚度
mm 2.871041
4
D1 管子外径
mm
141
5
D2 管子内径
mm
129
6
[σ ] 设计温度下材料须用应力 MPa
137
7
C1 材料减薄附加量
mm
0.2
8
C2 腐蚀附加量
mm
0.5
9
Y 按表取值
0.4
10
E 焊接接头系数
0.8
二、根据壁厚简单计算管道承受压力校核验算
公式1
P=
2([σ ]ES D2+S
管道承压计算公式
一、根据设计压力计算壁厚
参照规范GB50316-2000<工业金属管道设计规范>计算公式P44
当直管计算厚度s1小于管子外径D的1/6时，按照下面公式计算
公式1 公式2
PD1 S1=
2([σ ]E+PY) S= S1+C1+C2
1
P 设计压力
MPa
4.5
2
S 设计厚度
mm 3.571041
1
P 设计压力
MPa 6.592481
2
S 实际厚度
mm
4
4
D1 管子外径
mm
5
D2 管σ ] 设计温度下材料须用应力 MPa
137
10
E 焊接接头系数
0.8
根据以上计算可知，外径141mm、壁厚6mm的316不锈钢管道，经过切槽后仍可 用于4.5MPa的管路系统中。
压力管道的强度计算
压力管道的强度计算1．承受内压管子的强度分析按照应力分类，管道承受压力载荷产生的应力，属于一次薄膜应力。
该应力超过某一限度，将使管道整体变形直至破坏。
承受内压的管子，管壁上任一点的应力状态可以用3个互相垂直的主应力来表示，它们是：沿管壁圆周切线方向的环向应力σθ，平行于管道轴线方向的轴向应力σz，沿管壁直径方向的径向应力σr，如图2．1，设P为管内介质压力，D n为管子内径，S为管子壁厚。
则3个主应力的平均应力表达式为管壁上的3个主应力服从下列关系式：σθ＞σz＞σr根据最大剪应力强度理论，材料的破坏由最大剪应力引起，当量应力为最大主应力与最小主应力之差，故强度条件为σe=σθ-σr≤[σ]将管壁的应力表达式代入上式，可得理论壁厚公式图2．1 承受内压管壁的应力状态工程上，管子尺寸多由外径D w表示，因此又得昂一个理论壁厚公式2．管子壁厚计算承受内压管子理论壁厚公式，按管子外径确定时为按管子内径确定时为式中：S l——管子理论壁厚，mm；P——管子的设计压力，MPa；D w——管子外径，mm；D n——管子内径，mm；φ——焊缝系数；[σ]t——管子材料在设计温度下的基本许用应力，MPa。
管子理论壁厚，仅是按照强度条件确定的承受内压所需的最小管子壁厚。
它只考虑了内压这个基本载荷，而没有考虑管子由于制造工艺等方面造成其强度削弱的因素，因此它只反映管道正常部位强度没有削弱时的情况。
作为工程上使用的管道壁厚计算公式，还需考虑强度削弱因素。
因此，工程上采用的管子壁厚计算公式为S j=S l+C (2-3)式中：S j——管子计算壁厚，mm；C——管子壁厚附加值，mm。
(1)焊缝系数(φ)焊缝系数φ，是考虑了确定基本许用应力安全系数时未能考虑到的因素。
焊缝系数与管子的结构、焊接工艺、焊缝的检验方法等有关。
根据我国管子制造的现实情况，焊缝系数按下列规定选取：[1]对无缝钢管，φ=1．0；对单面焊接的螺旋线钢管，φ=0．6；对于纵缝焊接钢管，参照《钢制压力容器》的有关标准选取：①双面焊的全焊透对接焊缝：100％无损检测φ=1．0；局部无损检测φ=0．S5。
压力管道的强度计算..
压力管道的强度计算1．承受内压管子的强度分析按照应力分类，管道承受压力载荷产生的应力，属于一次薄膜应力。
该应力超过某一限度，将使管道整体变形直至破坏。
承受内压的管子，管壁上任一点的应力状态可以用3个互相垂直的主应力来表示，它们是：沿管壁圆周切线方向的环向应力σθ，平行于管道轴线方向的轴向应力σz，沿管壁直径方向的径向应力σr，如图2．1，设P为管内介质压力，D n为管子内径，S为管子壁厚。
则3个主应力的平均应力表达式为管壁上的3个主应力服从下列关系式：σθ＞σz＞σr根据最大剪应力强度理论，材料的破坏由最大剪应力引起，当量应力为最大主应力与最小主应力之差，故强度条件为σe=σθ-σr≤[σ]将管壁的应力表达式代入上式，可得理论壁厚公式图2．1 承受内压管壁的应力状态工程上，管子尺寸多由外径D w表示，因此又得昂一个理论壁厚公式2．管子壁厚计算承受内压管子理论壁厚公式，按管子外径确定时为按管子内径确定时为式中：S l——管子理论壁厚，mm；P——管子的设计压力，MPa；D w——管子外径，mm；D n——管子内径，mm；φ——焊缝系数；[σ]t——管子材料在设计温度下的基本许用应力，MPa。
管子理论壁厚，仅是按照强度条件确定的承受内压所需的最小管子壁厚。
它只考虑了内压这个基本载荷，而没有考虑管子由于制造工艺等方面造成其强度削弱的因素，因此它只反映管道正常部位强度没有削弱时的情况。
作为工程上使用的管道壁厚计算公式，还需考虑强度削弱因素。
因此，工程上采用的管子壁厚计算公式为S j=S l+C (2-3)式中：S j——管子计算壁厚，mm；C——管子壁厚附加值，mm。
(1)焊缝系数(φ)焊缝系数φ，是考虑了确定基本许用应力安全系数时未能考虑到的因素。
焊缝系数与管子的结构、焊接工艺、焊缝的检验方法等有关。
根据我国管子制造的现实情况，焊缝系数按下列规定选取：[1]对无缝钢管，φ=1．0；对单面焊接的螺旋线钢管，φ=0．6；对于纵缝焊接钢管，参照《钢制压力容器》的有关标准选取：①双面焊的全焊透对接焊缝：100％无损检测φ=1．0；局部无损检测φ=0．S5。