《(41)--13.2供热管道的应力计算(2).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(41)--13.2供热管道的应力计算(2).ppt（25页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、供热管道的应力计算 本章主要内容一、供热管道承受的荷载和应力二、管壁厚度的确定三、活动支座间距的确定四、管道的热伸长及其补偿五、固定支座（架）的跨距及其受力分析六、直埋敷设供热管道的受力计算五、固定支座(架)跨距及其受力计算 n管段的热伸长量不得超过补偿器所允许的补偿量；n管段因膨胀和其它作用而产生的推力，不得超过固定支架所能承受 的允许推力；n不应使管道产生纵向弯曲。根据这些条件并结合设计和运行经验，固定支座(架)的最大间距不宜超过下表所列数值。1.固定支座间距确定应满足的条件 n管道承受活动支座摩擦力、补偿器的作用力和内压不平衡力，管道 作用到固定支座(架)上的推力是这些力的反作用力。2.
2、固定支座水平推力 1)由活动支座上的摩擦力产生的水平推力Pg,m L热伸方向摩擦力方向2）由弯管补偿器或波纹管补偿器的弹性力Pt，或套简补偿器摩擦力Pm而 产生的水平推力。固定支架两侧管径不等时的不平衡力：固定支架一侧有盲板时的不平衡力固定支座水平推力 3）由不平衡内压力而产生的水平推力。n计算原则：（1）固定支座（架）所受的推力应由固定支座（架）所在的管段两侧可能同时出 现的各种受力条件合成，取其中的最大值作为计算推力值。（2）对管道由于温度产生的水平推力(如管道摩擦力，补偿器弹性力)，从安全角 度出发，不按理论合成的水平推力值作为计算水平推力，而按两侧抵消70%计算。（3）内压力产生的水平
3、推力如实计算。（4）考虑最不利情况，当有阀门时，按阀门关闭考虑。固定支座水平推力 固定支座水平推力 B处固定支座承受的推力（向右为正）工程中计算合力时考虑抵消系数两侧的内压不平衡力仍按100%计入Fm1靠近A点的套筒摩擦力;q1L1AB段活动支座的摩檫力；Fm2靠近C点的套筒摩擦力;q2L2BC段活动支座的摩檫力.本章主要内容一、供热管道承受的荷载和应力二、管壁厚度的确定三、活动支座间距的确定四、管道的热伸长及其补偿五、固定支座（架）的跨距及其受力分析六、直埋敷设供热管道的受力计算直埋管道与地上和管沟敷设的受力区别n有了土壤的均匀支撑，直埋敷设管道不会像地上和管沟敷设那样产生很大的弯曲应力，因
4、此无需设活动支座。n由于土壤的约束作用，直埋敷设管道可承受更大的轴向力，从而减少固定墩（支座）和补偿器的数量。六、直埋敷设供热管道的受力计算1.直管段的受力分析n管道的变形 A端设有补偿器，为活动端。管内介质温度升高时，长直管段在靠近活动端的一侧产生热伸长，越靠近活动端热伸长越大。远离活动端，在土壤摩擦力的作用下，管道热伸长逐渐减少至零，称有热伸长的管段为过渡段/滑动段。case1:管段足够长，AO为过渡段，OB为锚固段，O为锚固点为锚固点；管道的热伸长在外力约束下充分释放，AO达到过渡段极限长度LF。case2:右端B被强制固定不能变形，LLF，B为固定点为固定点。case3:B也是活动端，
5、A、B均有热伸长且方向相反，AO和OB均未达到过渡段极限长度，即在O相遇时，热伸长量为零，O为驻点为驻点。1)1)两端固定的直管段 a)A、B端分设固定墩，约束管道的热膨胀，产生热膨胀压应力。b)管内介质压力产生泊松效应，使管道有径向扩张轴向收缩的趋 势，因固定墩的约束而使泊松效应转化为拉应力。c)热膨胀压应力和泊松拉应力共同构成锚固段的轴向应力。直管段的受力分析n轴向力与轴向应力 直埋敷设供热管道在轴向承受土壤摩擦力、活动端作用反力，以及设置在管道上的固定墩（支座）的推力。轴向应力轴向力a锚固段的轴向应力，MPa；a管道的线膨胀系数，m/(m)；E钢材的弹性模量，MPa；t管道的安装温差，；
6、钢材的泊松系数，取0.3；h内压环形应力，MPaA管道横截面积截面截面O O处，处，FA=FB=Na2)2)一端活动一端固定的直管段(A为活动端，为活动端，B为固定点，为固定点，O为锚固点为锚固点)AB受力:活动端A的作用反力Ff、过渡段AO的土壤摩擦力F、固定点B的推力FB。任一截面1的力平衡方程：Nt=Fl+Ff 轴向力与轴向应力过渡段的轴向应力：管道初次升温时过渡段内各处承受最大轴向力:管道经多次升温与降温、土壤摩擦最小，过渡段内各处管道的最小轴向力:直管段的受力分析n屈服温差 管道在弹性还是塑性状态工作的判定依据。锚固段管道在温差和内压作用下，根据复杂应力状态下的屈斯卡（Tresca）
7、屈服条件，管道在弹性状态下能够承受的最大温差值：管道温差低于屈服温差时，锚固段内管道的轴向力和轴向应力取决于温差；温差高于屈服温差时，管道进入塑性工作状态，出现塑性变形，轴向力和轴向应力达到最大值，不再升高。直管段的受力分析n过渡段最小和最大长度 管道初次投入运行，土壤为最大摩擦系数max，对应过渡段最小长度Lmin；多次运行后，土壤最小摩擦系数min，对应过渡段最大长度Lmax。直埋管道受力计算的三项边界条件：屈服温差、过渡段最小长度、过渡段最大长度。2.直埋管道应力验算n弹性分析法（北欧国家普遍采用）管道只容许在弹性状态下工作，并利用预热方法扩大加热的温差范围，不允许出现塑性变形。应力验算
8、：第四强度理论变形能强度理论。n弹塑性分析法/安定性分析法（我国及一些北欧国家采用）允许管道进入屈服状态和有限量的塑性变形，但必须保证管道稳定后又安定于新的弹性阶段。按第三强度理论-最大剪应力强度理论进行应力验算。弹性分析法弹性阶段：热应力=Et。条件：，Et ，即t /E。只要管道的升温不超过上限值，即使管道两端固定、无任何补偿器，管 道也能正常工作。n算例 =130MPa，E=2.1105MPa，=1.210-5 m/m /E=51.6 所以 t 必 51.6无补偿原理安装温度 ty=0，则工作温度 tmax=51.6，tmin=-51.6安装温度 ty=50，则工作温度 tmax=101
9、.6，tmin=-1.6，在此温度范围内变化，管道可以无补偿。在tmax下，管道受到压应力，在tmin下，管道受到拉应力。n只要tmin t tmax，即|，不用补偿器也可安全工作。n要选择合适的预热温度ty，可近似为最高工作温度与停热后可能最低温度的平均值。弹塑性分析法进行应力验算n安定性理论要求管道的应力变化范围小于2倍的屈服极限。考虑一定的安全系数，用3倍许用应力作为应力变化范围的上限。n直埋管道应力验算的条件为：sj当量应力变化范围，MPa；t1管道循环工作最高温度，；t2管道循环工作最低温度，全年运行的管道取30，只在供暖期运行的管道取10；st计算温度下钢材的许用应力，MPa.n过
10、渡段长度要求3.直埋管道稳定性验算n直埋敷设既要满足应力验算，还要防止管道在承受较大轴向力时产生竖向失稳和局部褶皱。n稳定性验算包括整体稳定性验算和局部稳定性验算。n整体稳定性验算 存在轴向压应力的管道，在轴向法线方向有凸起使管道弯曲的趋势，当达到弯曲临界点时，受压管道在径向凸出，丧失稳定，称为整体失稳。水平失稳多由于供热管道一侧开挖沟槽造成，水平稳定性验算一般用于临近供热 管线的其他管线施工时校核计算。竖向失稳与管道埋深、地下水位高度和管道上方是否开挖沟槽有关。n局部失稳：由于土壤对管道热膨胀的约束，直埋管道承受较高的轴向压应力，当管道截面存在缺陷时，可能在局部产生较大的变形，导致管道的局部褶皱而失效稳定性验算n竖向稳定性验算：Q单位管长的垂直荷载，N/m；Np,max管道的最大轴向力，N；f0初始挠度，m；I钢管断面惯性矩，m4，n局部稳定性验算：Dw工作钢管外径，mm；d工作钢管壁厚，mm；Pn管道内压，MPa.小 结n固定支座（架）的跨距及其受力分析 固定支座间距应满足的条件、固定支座受力分析n直埋管道受力分析 轴向力与轴向应力、屈服温差、过渡段最小和最大长度n直埋管道应力验算 弹性分析法、弹塑性分析法、无补偿原理n直埋管道稳定性分析 整体稳定性验算（水平失稳、竖向失稳）、局部稳定性验算