管道應(yīng)力分析

1、管道應(yīng)力分析應(yīng)力分析1. 進行應(yīng)力分析的目的是1) 使管道應(yīng)力在規(guī)范的許用范圍內(nèi)；2) 使設(shè)備管口載荷符合制造商的要求或公認的標準；3) 計算出作用在管道支吊架上的荷載；4) 解決管道動力學問題；5) 幫助配管優(yōu)化設(shè)計。2. 管道應(yīng)力分析主要包括哪些內(nèi)容？各種分析的目的是什么？答：管道應(yīng)力分析分為靜力分析和動力分析。1) 靜力分析包括：(1) 壓力荷載和持續(xù)荷載作用下的一次應(yīng)力計算一一防止塑性變形破壞；(2) 管道熱脹冷縮以及端點附加位移等位移荷載作用下的二次應(yīng)力計算一一防 止疲勞破壞；(3) 管道對設(shè)備作用力的計算一一防止作用力太大，保證設(shè)備正常運行；(4) 管道支吊架的受力計算一一為支吊架

2、設(shè)計提供依據(jù)；(5) 管道上法蘭的受力計算一一防止法蘭泄漏；(6) 管系位移計算一一防止管道碰撞和支吊點位移過大。2) 動力分析包括：(1) 管道自振頻率分析一一防止管道系統(tǒng)共振；(2) 管道強迫振動響應(yīng)分析一一控制管道振動及應(yīng)力；(3) 往復(fù)壓縮機氣柱頻率分析一一防止氣柱共振；(4) 往復(fù)壓縮機壓力脈動分析一一控制壓力脈動值。3. 管道應(yīng)力分析的方法管道應(yīng)力分析的方法有：目測法、圖表法、公式法、和計算機分析方法。選 用什么分析方法，應(yīng)根據(jù)管道輸送的介質(zhì)、管道操作溫度、操作壓力、公稱直徑和 所連接的設(shè)備類型等設(shè)計條件確定。4. 對管系進行分析計算1)建立計算模型(編節(jié)點號)，進行計算機應(yīng)力分析

3、時，管道軸測圖上需要提供給訃算機軟件數(shù)據(jù)的部位和需要訃算機軟件輸出數(shù)據(jù)的部位稱作節(jié)點：(1) 管道端點(2) 管道約束點、支撐點、給定位移點(3) 管道方向改變點、分支點(4) 管徑、壁厚改變點(5) 存在條件變化點(溫度、壓力變化處)(6) 定義邊界條件(約束和附加位移)(7) 管道材料改變處(包括剛度改變處，如剛性元件)(8) 定義節(jié)點的荷載條件(保溫材料重量、附加力、風載、雪載等)(9) 需了解分析結(jié)果處(如跨距較長的跨中心點)(10) 動力分析需增設(shè)點2) 初步計算(輸入數(shù)據(jù)符合要求即可進行計算)(1) 利用計算機推薦工況(用CASWARII計算，集中荷載、均布 荷載特別加入)(2)

4、彈簧可由程序自動選取(3) 計算結(jié)果分析(4) 查看一次應(yīng)力、二次應(yīng)力的核算結(jié)果(5) 查看冷態(tài)、熱態(tài)位移(6) 查看機器設(shè)備受力(7) 査看支吊架受力(垂直荷載、水平荷載)(8) 查看彈簧表3) 反復(fù)修改直至計算結(jié)果滿足標準規(guī)范要求(計算結(jié)果不滿足要求可能 存在的問題)一次應(yīng)力超標，缺少支架(2)二次應(yīng)力超標，管道柔性不夠或三通需加強(3)冷態(tài)位移過大，缺少支架(4)熱態(tài)水平位移過大，缺少固定點或n型(5)機器設(shè)備受力過大，管道柔性不夠(6)或管道柔性不夠固定、限位支架水平受力過大，固定、限位支架位置不當(7)支吊點垂直力過大，可考慮釆用彈簧支吊架(8)彈簧荷載、位移范圍選擇不當，人為進行調(diào)

5、整5. 編制計算書，向相關(guān)專業(yè)提交分析計算結(jié)果1)計算書內(nèi)容(1)一次應(yīng)力校核內(nèi)容(2)二次應(yīng)力校核內(nèi)容(3)熱態(tài)受力約束點包括固定點、支吊點、限位導向點和位移點冷態(tài)、(4)各節(jié)點的冷態(tài)、熱態(tài)位移(5)彈簧支吊架和膨脹節(jié)的型號等有關(guān)信息(6)離心泵、壓縮機和汽輪機的受力校核結(jié)果經(jīng)分析最終確定的管道三維立體圖，包括支吊架位置、形式、膨脹節(jié)位置等信息2) 向相關(guān)專業(yè)提交分析計算結(jié)果(1) 向配管專業(yè)提交管道應(yīng)力分析計算書，計算書不提供給甲 方(2) 向設(shè)備專業(yè)提交設(shè)備需確認的設(shè)備受力(3) 如果支撐點、限位點、導向點的荷載較大，應(yīng)向結(jié)構(gòu)專業(yè) 提交荷載數(shù)據(jù)(4) 將往復(fù)壓縮機管道布置及支架設(shè)置提交壓

6、縮機制造廠確認6. 何謂一次應(yīng)力，何謂二次應(yīng)力？分別有哪些荷載產(chǎn)生？這兩種應(yīng) 力各有何特點？答：一次應(yīng)力是指由于外加荷載，如壓力或重力等的作用產(chǎn)生的應(yīng)力。一次應(yīng)力的特點是：它滿足與外加荷載的平衡關(guān)系，隨外加荷載的增加而增 加，且無自限性，當其值超過材料的屈服極限時，管道將產(chǎn)生塑性變形而破壞。二次應(yīng)力是山于管道變形受到約束而產(chǎn)生的應(yīng)力，它不直接與外力平衡，二 次應(yīng)力的特點是具有自限性，當管道局部屈服和產(chǎn)生小量變形時應(yīng)力就能降低下 來。二次應(yīng)力過大時，將使管道產(chǎn)生疲勞破壞。在管道中，二次應(yīng)力一般由熱脹、 冷縮和端點位移引起。7. 一般來說，管道上哪些點的應(yīng)力比較大？為什么？答：一般來說，管道上三通

7、和彎管處的應(yīng)力比較大。因為，與直管相比，三 通和彎管處的應(yīng)力增強系數(shù)比較大。&根據(jù)NEMA SM23的要求，汽輪機管口受力應(yīng)滿足什么要求？答：NEMA SM23對汽輪機管口受力的限制如下：定義機軸方向為X方向，鉛垂向上方向為+Y,汽輪機各管口受力必須滿足下 列各項要求；(1) 作用于任一管口上的合力及合力矩應(yīng)滿足以下要求：0. 9144FR+MRW26. 689De式中De當量直徑，mm；當管口公稱直徑不大于200時，De二管口公稱直徑；當 管口公稱直徑大于200時，De二(管口公稱直徑+400) /3：FR單個管口上的合力，當接管采用無約束膨脹節(jié)時應(yīng)包括壓力產(chǎn)生的作 用力(凝汽式汽輪

8、機垂直向下出口可不考慮膨脹節(jié)內(nèi)壓推力)，N；MR單個管口上的合力矩，N*moFR = (Fx2+Fy2+Fz2)l/2MR = (Mx2+My2+Mz2)l/2式中Fx、Fy、Fz 單個管口上X、Y、Z方向的作用力，X；Mx、My、Mz 一單個管口上X、Y、Z方向的力矩，Nm。(2) 進汽口、抽汽口和排汽口上的力和力矩合成到排汽口中心處的合力及合力矩應(yīng)滿足以下兩個條件：1)合力和合力矩應(yīng)滿足以下條件：0. 6096 Fc+MC W13.345DC其中：Fc 進汽口、抽汽口和排汽口的合力，X；Me 進汽口、抽汽口和排汽口的力與力矩合成到排汽口中心處的合力矩,N m；De 按公稱直徑計算得到的各管

9、口面積之和的當量直徑，mmo當各管口面積之和折合成圓形的折算直徑不大于230mm時，De二折算直徑； 當各管口面積之和折合成圓形的折算直徑大于230mm時，De二(折算直徑+460)/3。2) FC和MC在X、Y、Z三個方向的分力和分力矩應(yīng)滿足以下條件：Fex W8 756DcFey W21.891DcFez W17.513DcFex W13.345DcFey W6.672DcFez W6 672Dc式中Fex、Fey、Fez一一 Fc 在 X、Y、Z 方向上的分力，NMex、MCy、Mcz一一MC 在 X、Y、Z 方向上的分力矩，N m。(3) 對于具有向下排汽口的凝汽式汽輪機，其排氣口安裝

10、元約束膨脹節(jié)時，允 許存在山壓力引起的附加力(此附加力垂直于排出口法蘭面并作用于中心)。對于此 種汽輪機，在進行(1)、(2)兩項校核過程中，計算排汽口上的垂直分力時不包括壓 力荷載。對于具有向下排汽口的凝汽式汽輪機，還應(yīng)進行如下校核：同時考慮壓力荷載和其它荷載時，如果作用于排汽口的垂直分力不超出排汽 口面積的0. 1069倍，則認為壓力荷載在排汽口引起的作用力是允許的。力的單位 為、,面積單位為mm2。9. 對高溫管道，用較厚的管子代替較薄的管子時，應(yīng)注意什么問 題？答：管子壁厚的增加提高了管道的剛度，增加了管壁截面積和自重，因而必 須對管道的柔性進行分析，以校核固定點、設(shè)備管口和各支吊架的

11、載荷，還應(yīng)校核 彈簧支吊架的型號是否合適。10. 塔頂部管口的熱膨脹量(初位移)應(yīng)如何確定？答：塔頂部管口可分三類處理，即封頭中心管口、封頭斜插管口和上部簡體 徑向管口，管口的熱膨脹量分別按下列方法確定：(1) 封頭中心管口熱膨脹量的計算封頭中心管口只有一個方向的熱膨脹，即垂直方向，考慮到從塔固定點至封 頭中心管口之間可能存在操作溫度和材質(zhì)的變化，故總膨脹量按下式計算：AY =Lla l(tl-tO)+L2a 2 (t2 10)+Li a i(ti tO) 一 (5-1)式中AY塔頂管口總的熱膨脹量，cm；Li 塔固定點至封頭中心管口之間因溫度和材質(zhì)變化的分段長度，m；Ai 線膨脹系數(shù)，由20°C至ti°C的每米溫升1°C時的平均線膨脹量， cm/m °C ；Ti 各段的操作溫度，°C；To安裝溫度，一般取20°Co(2) 封頭斜插管口熱膨脹量的汁算封頭斜插管口有兩個方向的熱膨脹，即垂直方向和水平方向的熱膨脹，垂直 方向的熱膨脹量計算同(5-1)式，水平方向的熱膨脹量按下式計算：AX 二 La l(t -to) 一一 (5-2)式中AX封頭斜插管口水平方向的熱膨脹量，cm；L塔中心線距封頭斜插管口法蘭密封面中心的水平距離，m；« 1一一線膨脹系數(shù)，由20°C至t