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设置膨胀节管系支架的设计及受力计算

发布日期: 2012-9-27          浏览次数: 1039


    波形膨胀节具有优良的柔性,用于吸收管道热膨胀产生的位移和吸收机器产生的振动时,具有优良的性能。但是正因为具有优良的柔性,如果安装不当,不仅不能发挥其优良的性能,而且容易发生破坏,所以对设置膨胀节的管路,正确地进行支架设计和受力计算是很重要的。
符号说明:
X--X向位移,mm;φ--角位移,度;
Y--Y向位移,mm;Y′--侧向位移,mm;Y′=Y2+Z2
Z--Z向位移,mm;△x--轴向位移,mm;
△y--侧向位移产生的当量轴向位移,mm;
△φ--角位移严生的当量轴向位移,
△--总位移,mm;△=△x+△y+△φ
△额定--膨胀节的设计额定总位移,mm;
△L--管道或设备受热的伸长量,mm;△L=α•△t•LG
α--材料的线膨胀系数,mm/mm℃;
△t--操作温度芍安装温度之差,℃;
E--管子材料的弹性模量,Mpa;I--管子惯性矩,mm4;
A--波纹管的平均截面积,mm2;P--设计压力,Mpa;
KL--确定侧向位移产生的当量轴向位移的系数:KL=[3L(L+Lb)]/(3L2+Lb2)
Lb--一个膨胀节的有效长度,mm;
L--复式膨胀节两组波纹管中心之间的距离,mm;
Dm--波纹管平均直径,mm;F--固定管架所受的合力,N;
dt--管道外径,mm;G--管道(包括介质保温材料)的重量,N;
Kx--膨胀节轴向工作刚度,N/mm;Fp--内压产生的推力,N;
LG--两个固定管架之间的长度,mm;F△--位移产生的反力,N;
Fτ--侧向位移产生的反力,N;Ff--摩擦力,N;
Fρ--流动产生的离心力,N;F△x--轴向位移产生的反力,N;
θ--弯曲角度,度;ρ--摩擦系数:
Ai--管内截面积,mm2;Ai=πdi2/4di--配管内径,mm;
Fx--X方向所受的力,N;Mx--坐标系中YOZ平面所受的力矩,N-mm;
Fy--Y方向所受的力,N;My--坐标系中XOZ平面所受的力矩,N-mm;
Fz--Z方向所受的力,N;Mz--坐标系中XOY平面所受的力矩,N-mm:
Lx、Ly、Lz--为力作用点的坐标。
6.1膨胀节的位移
(1)单式普通膨胀节
△x=X
△y=(3DmY′)/(Lb±X)(拉伸时x取"+"号,压缩时取"-"号)
△φ=(φDm/2)•(π/180)
(2)单式铰链膨胀节△φ=(φDm/2)•(π/180)
(3)复式万能膨胀节△x=X/2(带长拉杆时,X仅为拉杆内的热膨胀量)
△y=(KLDmY′)/[2(L±X/2)]
(4)复式铰链膨胀节△x=X/2(X仅为铰链内的热膨胀量)
△y=(DmY′)/[2L]
(5)总位移△=△x+△y+△φ
使△≤△额定
6.2膨胀节所受的力和力矩
F△x=Kx△xFτ=(KxDm△y)/[2(L+Lb)](对于单式膨胀节,L=0)
My=(KxDm△y)/4Mφ=(KxDm△φ)/4
6.3固定管架的受力计算
(1)主固定管架
管系安装一个或几个不吸收压力推力的普通膨胀节时,在管系的端点、分支点、弯曲点、设置阀门或盲板处应安装主固定管架。
主固定管架要承受内压和流动所产生的推力,以及膨胀节位移产生的力和(或)力矩、导向管架和支架等产生的摩擦力。在某些场合下还要考虑管道、管路附件、保温材料和介质的重量,以及风载荷、管段弯曲等所产生的力和力矩。
直管段主固定管架所受的力:
F=Fp+F△+Ff
式中:Fp=P•Ai
F△=Kx•△
Ff=μ•G
对于弯曲处的主固定管架还需计及流体流动产生的离心力(当流速较慢、密度较小时,可忽略不计)。
(2)次固定管架
管系安装带长拉杆的复式万能膨胀节、铰链膨胀节和压力平衡膨胀节时,内压产生的推力由拉杆或铰链销承受,这时可设置次固定管架,它承受除内压产生的推力以外的载荷
F=F△+Ff
6.4导向管架
导向管架是为了保证膨胀节的位移沿着预定的方向进行,以及防止管道失稳。因此,它必须承受位移产生的反力和管道重量等载荷。
(1)轴向导向架
轴向导向架的设置是为了使管道沿着轴向进行。因此,一般规定导向管架与管子之间的间隙,以及导向管架间距,在保证正确导向的前提下,选用较大的间隙以减少摩擦力。
导向管架与管子的间隙可参照下列推荐值选用:
管径≤100mm时,间隙为1.5mm;管径>100mm时,间隙为3mm。
膨胀节与第一个导向管架的距离为管子直径的4倍。第一个与第二个导向管架的距离为管子的14倍。其它导向管架之间的距离由下式求得:
L2-n=1.571√(EI)/(PA±Kx△x)
式中:L2-n--第二个至第n个的每个导向管架之间的距离,mm;
I--管子惯性距,mm4;
其余同上。
(2)侧向位移和角位移的导向管架
在侧向位移或角位移的情况,导向管架与管子的间隙除考虑轴向导向管架的要求外,还要考虑某一方向的附加间隙,以允许管道在设计范围内的侧向位移和(或)弯曲。
这种导向管架的结构随着使用膨胀节型式的不同和管道的布置方式不同而有异。
6.5管道支架
管道支架的设置要允许管道自由位移而又能支承管道、管路附件、保温材料、流动介质等重量。保证这些重量不作用在膨胀节上。
弹簧吊架、管环、U形螺栓、棍子支架等是常用的管道支架。(摘自:不锈钢波纹管

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