工藝熱風(fēng)管道設(shè)計(jì)計(jì)算

工藝熱風(fēng)管道設(shè)計(jì)計(jì)算

熱風(fēng)管道設(shè)計(jì)計(jì)算是水泥廠工藝設(shè)計(jì)必不可少的組成部分，涉及了水

泥生產(chǎn)的各個(gè)工段。本章主要內(nèi)容包括：工況下的熱風(fēng)管道管徑計(jì)算，管

道阻力計(jì)算，管網(wǎng)阻力計(jì)算，管道重量計(jì)算，膨脹節(jié)選型計(jì)算，管道支座

受力計(jì)算，收塵設(shè)備的保溫計(jì)算以及不同工況下管道風(fēng)速，管道壁厚的選

取等內(nèi)容。

8.1熱風(fēng)管道設(shè)計(jì)計(jì)算

8.1.1熱風(fēng)管道管徑計(jì)算

1.一般地區(qū)

對(duì)于海拔高度<500m的一般地區(qū)，其計(jì)算公式可采用如下公式：

D?Qt(8-1)2826?v

式中：

D—管道直徑，m；

Qt-----般地區(qū)工況風(fēng)量，m3/h；

v—管道風(fēng)速，m/so

2.高海拔地區(qū)

對(duì)于海拔高度2500m的地區(qū)，由于高海拔下的大氣壓力、溫度和氣

體密度都會(huì)降低，系統(tǒng)風(fēng)量也會(huì)有所變化。為了保證系統(tǒng)氣體質(zhì)量、流量

與海平面相同，保持主機(jī)設(shè)備能力不降低，需要對(duì)高海拔地區(qū)工況風(fēng)量進(jìn)

行修正。

D718.8

式中:

D—管道直徑，m；QLgv（8-2）

QLg—高海拔地區(qū)工況風(fēng)量，m3/h,QLg=AQt,參考第7章風(fēng)機(jī)內(nèi)容;

v—管道風(fēng)速，m/So

8.1.2管道不同狀態(tài)下的風(fēng)速

熱風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速因輸送介質(zhì)的不同而異。當(dāng)風(fēng)速>25m/s時(shí)，，阻力

大，不經(jīng)濟(jì)；風(fēng)速<5m/s時(shí)，灰塵易沉降堵塞管道。通常按表8-1選取。

8.1.3

為使熱風(fēng)管徑符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)及閥門、膨脹節(jié)標(biāo)準(zhǔn)要求，風(fēng)管直徑及法

蘭尺寸建議按表8-2取值。

（1）風(fēng)管的壁厚

管壁應(yīng)有合理的厚度，太薄則剛性差，受負(fù)壓吸力易變形，太厚則浪

費(fèi)鋼材不經(jīng)濟(jì)。風(fēng)管壁厚按表8-3取值。

當(dāng)加大。

（3）為防止大型風(fēng)管的剛度變形，在其長(zhǎng)度方向每隔2.5m增加一道

加固圈，加固圈可用寬50~80mm,厚度為5~8mm的扁鋼制作。

（4）風(fēng)管的法蘭規(guī)格、螺栓孔徑、數(shù)量等均應(yīng)按表中給定尺寸確定。

8.1.5管道阻力計(jì)算

1.阻力計(jì)算公式

風(fēng)管系統(tǒng)阻力應(yīng)為管道的摩擦阻力與局部阻力之和：

Lv2P?P=（入+￡&）?K0（8-3）Dn2

式中:

人一氣體與管道間的摩擦阻力系數(shù)，清潔空氣入值一般為0.02?0.04,

對(duì)含塵氣體管道，當(dāng)含塵濃度250g/m3時(shí)，需校正：

表8-4校正系數(shù)

L—1一管件及變徑點(diǎn)阻力系數(shù)，見附錄12；V—風(fēng)管中氣體流速，

m/s；

P—空氣密度，kg/m3,20℃時(shí)P=1.29；K0—阻力附加系數(shù)，

K0=1.15~1.20；

Dn—風(fēng)管直徑，m；非圓管道一般折算成等速當(dāng)量直徑de后，按圓

形管道方式計(jì)算：

de=

式中：

de一等速當(dāng)量直徑，m；a,b—矩形風(fēng)管的邊長(zhǎng)，m°

2.摩擦阻力系數(shù)人計(jì)算

2ab

(8-4)a+b

管道內(nèi)摩擦阻力系數(shù)X值與介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)、雷諾數(shù)Re及管壁粗糙度

K等因素有關(guān)，對(duì)于鋼板焊接的管道其摩擦系數(shù)人計(jì)算如下：

(1)入=式中：

人一摩擦阻力系數(shù)，見表8-6,8-7；Q—管內(nèi)氣體流量，m3/h；u

一管內(nèi)氣體流速，m/s；

K一管壁粗糙度，mm,一般取K=o.imm。K值詳見表8-5o

1.42

(8-5)

Q

lg(1.274xK)2

u

(2)入=

d

⑵e+1.742)

(8-6)

K

式中：

de—當(dāng)量直徑，m；

K一管壁粗糙度，mo

該系數(shù)指動(dòng)壓頭單位的局部損失數(shù)，是由于氣流經(jīng)各種管件(三通、

彎頭、變異管、閥門等)流向變換、沖擊或流速變化而引起的壓力損失。

清潔氣體局部系數(shù)按附錄12選取，但帶粉塵的局部阻力系數(shù)應(yīng)加以修正，

修正公式如8-7o

￡F=￡O(1+KJX|J)(8-7)

式中：

€0—清潔氣體局部阻力系數(shù)，見附錄12；€F一帶粉塵的氣體局部

阻力系數(shù)；KJ—根據(jù)測(cè)試確定系數(shù)，取0.8?1.0；U一氣體混合物濃度，

kg/kgo

4.阻力平衡計(jì)算

水泥廠除塵管道設(shè)計(jì)時(shí)，個(gè)別車間有多個(gè)收塵點(diǎn)(如包裝車間)，形

成多個(gè)支管路，而這些支管與總干管交匯處壓力必須達(dá)到平衡，以保證各

點(diǎn)收塵效果。

平衡阻力一般有兩種方法：一種是在管道設(shè)計(jì)時(shí)通過改變管徑、彎頭

曲率半徑或改變風(fēng)量達(dá)到阻力平衡；另一種是投產(chǎn)前在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行逐點(diǎn)測(cè)試,

以每支管閥門開度大小來求阻力平衡。此法比較繁瑣，難以達(dá)到平衡，最

好事先在設(shè)計(jì)中使阻力達(dá)到平衡，計(jì)算方法如下：

①當(dāng)支管與總管交匯處壓力差>20%時(shí)，改變阻力大的管徑，降低

流速，以達(dá)到阻力平衡。

例：總管長(zhǎng)度Ll=5.2m,如圖8-1示，風(fēng)量Ql=1045m3/h,風(fēng)速vl=15m/s,

局部阻力系數(shù)11=05支

圖8-1管道結(jié)構(gòu)

管長(zhǎng)度L2=4.5m,風(fēng)量Q2=850m3/h,風(fēng)速v2=18m/s,局部阻力系數(shù)

€2=0.55計(jì)算：由QI、vl查附錄12知：

當(dāng)量阻力系數(shù)入動(dòng)壓頭管徑

l/dl=0.11,v2P/2=135Pa,dl=160mmo

總管阻力：

?pl=(Al

dl?Ll+S&l)v2P2

=(0.11?5.2+0.5)?135

=144.7Pa

支管阻力：由Q2、v2查附錄12知：當(dāng)量阻力系數(shù)入2/d2=0.14,動(dòng)壓

頭v2P/2=194.4Pa,管徑d2=130mm。

v2P?P?L2+￡€2)=(0.14?4.5+0.55)?194,4=229.4Pa2=(d22

入2

支管阻力：阻力差：(229.4-144.7)/229.4=36%>20%

對(duì)支管管徑d2進(jìn)行調(diào)整

AP20.225229.40.225d2'=d()=130X()=130Xl.ll=144.3mm2A

P1144.7

取值為145mm

重新查附錄12計(jì)算：

d2'=145mm,Q2=850m3/h,u2數(shù)為14.5m/s,入2/d2=0.14,u

2p/2=126.15Pao

AP2=(0.12X4.5+0,55)X126.15=137.5Pa

阻力差：144.7-137.5=4.9%<5%(達(dá)到平衡)144.7

②當(dāng)靜壓差<20%時(shí)，管徑不變，將阻力小的支管風(fēng)量適當(dāng)增加，加

以修正，達(dá)到阻力平衡。

Q'=Q阻力大的支管壓力阻力小的支管壓力

兩支管靜壓差<5%,可以認(rèn)為達(dá)到阻力平衡。阻力平衡計(jì)算是比較

繁瑣的工作，應(yīng)該耐心，反復(fù)計(jì)算，并進(jìn)行調(diào)整。

8.2管道重量計(jì)算

8.2.1圓形風(fēng)管

Gl=1.2?7,85?Ji?D?L?8(8-8)

G1—風(fēng)管重量，kg；

D一管徑，m；

L—風(fēng)管長(zhǎng)度，m；

3—風(fēng)管壁厚，mm；

1.2一系數(shù)(考慮法蘭加固圈等重量)；

圖8-2外形圖

式中：

7.85—厚1mm面積lm2鋼板重量。

8.2.2保溫材料

根據(jù)保溫材料種類，密度及保溫層厚度，計(jì)算保溫層重量。

22G2=y?V=y?O.785(D1—D2)?L(8-9)

式中：

G2—保溫層重量，kg；

丫一?保溫材料密度，kg/m3；

V—保溫材料體積，m3；

D1—保溫后管徑，m；

D2一保溫前管徑，m；

L—風(fēng)管實(shí)際長(zhǎng)度，mo

823風(fēng)管內(nèi)積灰

風(fēng)管內(nèi)積灰重量，可按風(fēng)管布置形狀及傾斜度來考慮，按經(jīng)驗(yàn)計(jì)算時(shí)

按下列情況確定：

一般，水平管道，按其管道容積1/3計(jì)；傾斜管道<45°,按其管道

容積1/4計(jì);傾斜管道45~70°,按其管道容積1/10計(jì);傾斜管道>70°,

積灰可以不予考慮。

8.2.4事故荷載系數(shù)

生產(chǎn)中為安全起見，應(yīng)增加安全系數(shù)。一般，安全系數(shù)取

8.3膨脹節(jié)選型計(jì)算

8.3.1膨脹節(jié)的作用

熱風(fēng)管道在正常生產(chǎn)時(shí)，受管內(nèi)熱風(fēng)的影響而產(chǎn)生膨脹，而與其相連

接的設(shè)備、風(fēng)管支座，一般都固定在常溫狀態(tài)下的土建基礎(chǔ)上，當(dāng)受高溫

影響時(shí)，風(fēng)管熱膨脹產(chǎn)生的巨大應(yīng)力傳遞到設(shè)備和支座上，輕則導(dǎo)致設(shè)備

動(dòng)作不靈，支座變形，重責(zé)損壞設(shè)備和土建基礎(chǔ)。為了保證生產(chǎn)正常進(jìn)行，

在熱風(fēng)管道的適當(dāng)位置通常都安裝有膨脹節(jié)，以吸收熱膨脹量。

1.金屬膨脹節(jié)構(gòu)造及用途

金屬膨脹節(jié)種類較多，水泥廠常用的是U型波紋管膨脹節(jié)。該膨脹節(jié)

由厚度0.8~1.0mm的不銹鋼板(lCrl8Ni9Ti或0Crl8Nil9Ti)壓制而成，一

般為U形斷面，波紋管兩端與短管焊接，內(nèi)外筒間隙吸收軸向膨脹時(shí)的自

由運(yùn)動(dòng)，波紋內(nèi)填充耐高溫的保溫層，以防波紋管磨損及熱量散失。不同

的金屬膨脹節(jié)有高低溫之分，適用不同的壓力范圍。U型波紋管膨脹節(jié)耐

高溫、高壓、使用壽命長(zhǎng)，但價(jià)格高，單個(gè)使用只能吸收軸向膨脹量，若

需要吸收徑向膨脹量，只能用兩個(gè)膨脹節(jié)加中間節(jié)來吸收，但增加了費(fèi)用。

此種膨脹節(jié)多用于窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)、三次風(fēng)管以及生料粉磨管道系統(tǒng)等位

置。

2.非金屬膨脹節(jié)構(gòu)造及用途

此種膨脹節(jié)是由合成纖維或是玻纖布外層涂以橡膠制成的，可以吸收

軸向和徑向移位量，具有吸收、隔絕震動(dòng)傳遞、無力傳遞等特點(diǎn)，因此常

用在鍋爐、風(fēng)機(jī)進(jìn)出口、磨機(jī)出氣罩等處，可耐溫度為200~500℃。用以

補(bǔ)償煙氣因溫度變化引起的移位，以及機(jī)械振動(dòng)、基礎(chǔ)下沉等不同情況引

起的移位。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，節(jié)省投資，目前大量選用非金屬膨脹節(jié)。

3.膨脹節(jié)技術(shù)參數(shù)

（1）金屬波紋管軸向型膨脹節(jié)技術(shù)參數(shù)

表8-8金屬波紋管軸向型膨脹節(jié)技術(shù)參數(shù)

高溫型：SYB-2000-4（代號(hào)800C一通徑一波數(shù)）（2）非金屬膨脹節(jié)

參數(shù)

此種膨脹節(jié)只適用于熱膨脹引起的軸向、徑向位移，其位移指受壓縮

時(shí)的位移，不能承受拉伸位移。

8.3.2膨脹節(jié)選型計(jì)算

1.膨脹量計(jì)算

?L=a?L??t（8-10）

式中：

△L—管道熱膨脹量，mm；

L一兩個(gè)相鄰固定支座間風(fēng)管長(zhǎng)度，mm；

△t一管道內(nèi)介質(zhì)與外界溫度差，。C；

a—管材線膨脹系數(shù)，mm/mm-℃,常用管材Q235—A的線膨脹系

數(shù)a值見表8-10。

表8-10管材線膨脹系數(shù)a

膨脹節(jié)只適合在高頻低振幅的振動(dòng)場(chǎng)合使用，不適用于低頻高振幅的

場(chǎng)合。當(dāng)波紋膨脹節(jié)在高頻低振幅系統(tǒng)中使用時(shí)I應(yīng)注意膨脹節(jié)的自振頻

率不能與系統(tǒng)的振動(dòng)頻率一致，以免產(chǎn)生共振，其自振頻率計(jì)算如下：

(1)軸向振動(dòng)：

f=C

式中：

f—自振頻率，Hz；G—膨脹節(jié)重量，kg；

Kn—整個(gè)波紋管軸向剛度，N/mm；C一自振頻率系數(shù),取值如表8-11。

Kn

(8-11)G

f=C(

式中：

DmKn

(8-12))

LnG

Dm一波紋管平均直徑，Dm=d+h,mm；d一波紋管直筒直徑，mm；

h一波紋管高度，mm；

Ln—波紋管長(zhǎng)度，Ln=Nq,mm；

N一波數(shù)，個(gè)；

q一波距，mm；

Kn一整個(gè)波紋管的軸向剛度，N/mm；

C一自振頻率系數(shù)，各階系數(shù)如表8-12。

(3F=PN?A(8-13)

式中:

F一壓力推力，N；

PN一管道最大壓力，N/mm2；

A一波紋管膨脹節(jié)有效面積，mm2o

（4）膨脹節(jié)預(yù)拉伸計(jì)算

當(dāng)安裝地區(qū)的環(huán)境溫度與設(shè)計(jì)時(shí)的安裝溫度相差較大時(shí)，應(yīng)滿足預(yù)壓

縮與拉伸的要求，計(jì)算公式如下：

lt-tD?X=x（-（8-14））2tG-tD

式中：

△X—預(yù)拉伸量，mm；

x—最大軸向膨脹量，mm；

t一安裝時(shí)環(huán)境溫度，℃；

tG—管道氣體最高溫度，。C；

tD—管道氣體最低溫度，。C。

對(duì)于拉伸的膨脹節(jié)，應(yīng)該在拉伸變形后其拉桿安裝后再拆除。

8.3.3膨脹節(jié)安裝位置及注意事項(xiàng)

1.安裝位置

為防止熱風(fēng)管道膨脹和設(shè)備振動(dòng)，及減少設(shè)備噪音，一般應(yīng)在下列各

處設(shè)置膨脹節(jié)（金屬，非金屬）：

（1）在兩個(gè)固定支架間安裝膨脹節(jié)，以抵消土建基礎(chǔ)下沉對(duì)設(shè)備的

損壞；

（2）在振動(dòng)設(shè)備的進(jìn)出口安裝膨脹節(jié)，如立磨、球磨機(jī)出口、振動(dòng)

篩等;

（3）減少設(shè)備的傳遞載荷，如電收塵器進(jìn)出口；

（4）減少噪音（高壓風(fēng)機(jī)進(jìn)出口連接處）。

2.安裝注意事項(xiàng)

（1）膨脹節(jié)有方向性，不可裝反，否則粉塵隨氣流進(jìn)入內(nèi)外筒間隙，

灰塵積滿無法伸縮，造成失效；

（2）在傾斜及垂直管道上安裝膨脹節(jié)，為防止粉塵從內(nèi)、外筒的間

隙進(jìn)入

保溫層內(nèi)，導(dǎo)致膨脹節(jié)損壞，應(yīng)在間隙處裝設(shè)不銹鋼的彈簧片；

（3）不允許利用膨脹節(jié)的變形來強(qiáng)行調(diào)整管道的安裝誤差（壓縮、

拉伸、偏移、偏轉(zhuǎn)），否則，會(huì)引起膨脹節(jié)的損壞。

8.4管道支座及支架

管道的固定位置借助固定點(diǎn)將復(fù)雜的管系劃分為簡(jiǎn)單的管段，以使支

座基礎(chǔ)沉降時(shí)，各支座的載荷變化不大，避免設(shè)備損壞，故熱風(fēng)管道應(yīng)合

理地分段加以支撐。

膨脹節(jié)中部無膨脹節(jié)固定支座較桿支架圖c

圖8-4

圖8-5圖8-6

8.4.1管道支座形式

（1）固定支座：支座與管道焊接后不能動(dòng)移。

（2）滑動(dòng)支座：支座與管道結(jié)合面不焊死，可以自由活動(dòng)。

（3）導(dǎo)向支座：支座與管道不焊接，但只允許向一定方向移動(dòng)。

8.4.2支座設(shè)置位置

（1）熱風(fēng)管道上膨脹節(jié)附近，一端應(yīng)加設(shè)固定支座，另一端應(yīng)設(shè)置

滑動(dòng)支座，如圖8-3。

（2）管道上設(shè)有兩個(gè)異徑膨脹節(jié)時(shí)，在兩個(gè)膨脹節(jié)之間應(yīng)加設(shè)固定

支座。

（3）管道較復(fù)雜時(shí);只允許設(shè)置一個(gè)固定支座，其余均應(yīng)設(shè)置滑動(dòng)

支座。

（4）大型熱風(fēng)管道彎頭處應(yīng)設(shè)置滑動(dòng)支座或?qū)蛑ё?/p>

（5）為便于應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)支座，傾斜管道傾斜角度宜為30°,35°,45°,

55°o

（6）固定支座與管道結(jié)合面，應(yīng)注明“焊接”，滑動(dòng)支座活動(dòng)面應(yīng)注

明“不焊”。

（7）各種閥門不宜設(shè)在兩個(gè)支座之間，應(yīng)設(shè)在管道端部或管道懸臂

端膨脹節(jié)附近。

8.4.3管道支架形式

支架主要與支座配合，支撐于土建基礎(chǔ)上，工藝提供載荷，土建專業(yè)

據(jù)此進(jìn)行支架及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

（1）普通鋼支架

過去多采用槽鋼或角鋼焊制而成，如圖8-3,8-5,近年來多用圓形鋼

管焊接，受力好，重量輕。

（2）錢桿支架

如圖8-4,8-6所示，近年來不少水泥廠采用了此種支架，主要是因?yàn)?/p>

受力清晰，計(jì)算簡(jiǎn)單，節(jié)省了設(shè)置膨脹節(jié)所需費(fèi)用。

（3）支架的位置

當(dāng)管道較長(zhǎng)時(shí)，設(shè)有多個(gè)不同支架，固定支座設(shè)在膨脹節(jié)一端，其余

皆為導(dǎo)向支架，設(shè)置位置為：

圖8-7

L1=4D,L2=14D,Lmax以公式計(jì)算，如圖8-7

L1=4D（管徑），L2=14D（管徑），Lmax按下列公式計(jì)算。

Lmax

式中：E?l（8-15）=1.57eP?A±K

E一管道材料的彈性模量，N/mm2；

I一管道材料斷面慣性矩，mm4；

P—管道的工作壓力，MPa；

A一膨脹節(jié)的有效面積，cm2；

K（=NKn

N一膨脹節(jié)波紋管波數(shù)；

Kn—膨脹節(jié)的總剛度，N/mm；

e—膨脹節(jié)的單波伸縮量，mm；

土號(hào)一膨脹受壓時(shí)取“+”，受拉時(shí)取“-二

8.4.4管道支座受力計(jì)算

1.計(jì)算步驟

（1）首先確定固定支座、活動(dòng)支座位置，將水平長(zhǎng)度、垂直高度、

傾斜角度注在圖上；

（2）計(jì)算管道全長(zhǎng)總重量及荷重（自重、保溫層重、灰重、事故重）;

（3）求風(fēng)管重心點(diǎn)位置；

（4）求活動(dòng)支座反力及三個(gè)軸向分力（X、Y、Z軸）；

（5）求管道摩擦力及三個(gè)軸向分力；

（6）求管道合力并乘以1.2的安全系數(shù)后，再求三個(gè)軸向分力；

（7）最后求出管道彎矩，并注在工藝布置圖上。

2.同一平面內(nèi)單一風(fēng)管支座計(jì)算

熱風(fēng)管道布置如圖8-8所示：

管道直徑62000mm,壁厚

8=6mm,A為固定支座，B為活

動(dòng)支座，支座水平間距

L2=3000,L3=2000mm,風(fēng)管傾

斜角a=55°,風(fēng)管兩端C,D各

一個(gè)重1000kg的膨脹節(jié)，C點(diǎn)

一個(gè)閥門重G3=2000kgo

（1）重量及長(zhǎng)度計(jì)算

單位長(zhǎng)度風(fēng)管重：ql=1.2nXDX7.85X5=1.2義nX2X7.85X

6=355.13kg/m單位長(zhǎng)度保溫層重：q2=nXDX7.85X2=98.66kg/m單位

長(zhǎng)度總重（風(fēng)管加保溫層）：q=ql+q2=355.13+98.66=454kg/m風(fēng)管實(shí)長(zhǎng)：

L=Ll+L2+L310000+3000+2000==26152mmcosacos55

AB段風(fēng)管實(shí)長(zhǎng)：L5=L110000==17434mmcosacos55

風(fēng)管兩端C、D點(diǎn)各承受半個(gè)膨脹節(jié)重量為：G2=l?1000=500kg2

CD管段加膨脹節(jié)重：Gl=qXL+2XG2=454?26.152+2?500=12873kg風(fēng)

管重心

L4=1(L1+L3-L2)2

至A支座投影距離：=1?(10000+2000-3000)

2

=4500mm

(2)支座受力計(jì)算

對(duì)A點(diǎn)取力矩后求B支座反力PB1：

pBl=Gl?L4-G3?L212873?4.5-2000?3?g=?9.8=29.2kNL517.434

B支座X、Z軸的支反力：

PBXl=sina?pBl=sin55?29.2=23.9kN

PBzl=cosa?pBl=cos55?29.2=16.7kN

B支座由于熱膨脹引起的摩擦力(摩擦系數(shù)按0.2考慮)：

pB2=±0.2?PBl=±0.2?29.2=±5.84kN

B支座熱膨脹的X、Z軸摩擦力分力：

PBX2=cosa?pB2=cos55?(±5.84)=±3.35kN

PBz2=sina?pB2=sin55?(±5.84)=±4.78kN

考慮安全系數(shù)1.2后，B支座的X、Z軸受力為：

pBZ=1.2(PBZl+PBZ2)=1.2?(16.7+4.78)=25.78kN

pBX=1.2(PBXl+PBX2)=1.2?(23.9+3.35)=32.7kN

考慮安全系數(shù)1.2后，A支座的X、Z軸受力：

PAZ=1.2(Gl?g+G3?g-PBZl+PBZ2)

=1.2?(12873?9.8?10-3+2000?9.8?10-3-16.7+4.78)

=133.8kN

pAX=PBX=32.7kN

（3）計(jì)算結(jié)果為：

A支座受力PAZ=133.8kN,PAX=-32.7kN

B支座受力PBZ=25.78kN,PBX=32.7kN

3.空間走向的分叉風(fēng)管支座受力計(jì)算

設(shè)風(fēng)管直徑62000mm,壁厚3=6mm,單個(gè)閥門重2000kg,膨脹節(jié)重

1000kgo風(fēng)管如圖8-9~11所示

解：（1）確定工藝參數(shù)。

AB需在A點(diǎn)設(shè)置固定支座，B點(diǎn)為活動(dòng)支座。根據(jù)工藝布置需要：

AI=12000mm,HI=5000mm

圖8-9風(fēng)管平面圖圖8-10風(fēng)管立面圖

根據(jù)管道不積灰的要求：

a1=ZBAH=35。

（3）計(jì)算：在4人川中：

tana2=tanZHAI=

a2=22.62HI5000==0.416,Al12000

2AH=AI2+HI2=+50002=13000mm

△ABH中：

A、B兩支座間風(fēng)管實(shí)長(zhǎng)：

AH13000==15870mmcos35?cos35?

在△AIJ中：AB=

IJBH9103===0.7586AIAI12000

由此可得：ZIAJ=37,18°8-11風(fēng)管支座關(guān)系BH=tanN

BAH?AH=tan35?13000=9103mm

AB兩支座間風(fēng)管實(shí)長(zhǎng)與圖中(a)投影長(zhǎng)度的比例系數(shù)：L

=AB15870==1.3225AI12000

(3)長(zhǎng)度及重量計(jì)算

EF風(fēng)管實(shí)長(zhǎng)：

Lll=((4000+12000+2000)=1.3225X18000=23805mmEF風(fēng)管總重：

Gl'=gxLll=454x23.805=10807kg

E及F兩端各加半個(gè)膨脹節(jié)的重量共1000kg

EF風(fēng)管加膨脹節(jié)重：

Gl=Gl'+1000kg=11807kg

EF風(fēng)管重心至支座A在立面b圖的距離為：

HLl=(L4+L6-L5)=(12000+2000-4000)=5000mm22

CD風(fēng)管近似實(shí)長(zhǎng)：

L10=CX(5000-2000)=1.3225義3000=3968mmCD風(fēng)管重：G2=qX

L10=454X3.968=1801kgCD風(fēng)管重心至支座A投影距離為：

HL2=(L3+L7)=?(5000+2000)=3500mm22

D點(diǎn)閥門及膨脹節(jié)重量的一半G3=2500kg,閥門及膨脹節(jié)A支座的投

影距離為L(zhǎng)3=5000mm

(4)求支反力PB1

L4xPBl+G2xL2+G3xL3=GlxLl

G?L-G2?L2-G3?L3PBl=ll?gL4

11807?5000-1801?3500-2500?5000?9.812000

=32.9kN

垂直分力：

PBZl=cosaXPBl=cos35°X32.9=26.9kN水平分力：

PBXYl=sinalXPBl=sin35°X32.9=18.9kNX軸向分力：

PBXl=cosa2XPBXYl=cos22.62°X18.9=17.4kNY軸向分力：

PBYl=sina2xPBXYl=sin22.62oxl8.9=7.27kN

（5）求正壓力PB1在風(fēng)管脹、縮時(shí)引起的摩擦力PB2：PB2=0.2PBl=0.2

X32.9=0.69kN

摩擦力的垂直分力：

PBZ2=±sinaIXPB2=±sin35°X0.69=±0.40kN摩擦力的水平分力：

PBXY2=±cosa1XPB2=±cos35°X0.69=±0.57kN摩擦力的X軸向分

力：

PBX2=±cosa2xPBXY2

=±cos22.62°x0.57

=±0.53kN

摩擦力的Y軸向分力：

PBY2=±sina2xPBXY2

=±sin22.62°x0.57

=±0.22kN=

（6）按B點(diǎn)受力最不利情況，考慮安全系數(shù)為1.2,求B支座反力垂

直載荷：

PBZ==1.2(PBZ1+PBZ2)=1.2x(26.9+0.4)=32.76kN

X軸載荷：

PBX==1.2(PBX1+PBX2)=1.2X(17.4+0.53)=21.5kN

Y軸載荷：

PBY==1.2(PBY1+PBY2)=1.2X(7.27+0.22)=8.9kN

(7)求A支座反力，考慮安全系數(shù)為1.2

垂直載荷：

PAZ=1.2?(Gl?g?10-3+G2?g?10-3+G3?g?10-3-PBZl+PBZ2)=1.2?(11808?9.8?10-

3+1801?9.8?10-3+2500?9.8?10-3-26.9+0.4)=131.4kN

X軸載荷PAX=-PBX=-21.5kN

Y軸載荷PAY=-PBY=-8.9kN

(8)求A支點(diǎn)承受的彎矩。由于G2和G3在風(fēng)管平面圖中偏離EF,

風(fēng)管L8和L9產(chǎn)生彎矩。

MAXY=G2?g?10-3?L8+G3?g?10-3?L9

=1801?9.8?10-3?2.9+2500?9.8?10-3?4.1

=151.6kN?m

考慮安全系數(shù)1.2后轉(zhuǎn)矩分解到X、Y軸：

MAX=1.2xcosa2xMAXY=1.2xcos22.62°xl51.6=167.9kNm

MAY=1.2xsina2xMAXY=1.2xsin22.62°xl51.6=69.9kNm

（9）計(jì)算結(jié)果

A支座受力：

PAZ=131,4kN；PAX=-21.5kN；PAY=-8,9kN

分解到X、Y軸的力矩為：

MAX=167.9kN?m,MAY=69.9kN?m

B支座受力：

PBZ=32.76kN,PBX=21.5kN,PBY=8.9kN

4.支座間允許最大跨度計(jì)算

（1）支座間允許最大跨度的計(jì)算

在熱風(fēng)管道設(shè)計(jì)中，根據(jù)工藝布置需要，有時(shí)

支座間距較大，到底允許最大跨度是多少？這里介

紹一種計(jì)算方法，可以用來驗(yàn)算，見圖8-12。在不

考慮支座以外懸壁部分管道影響時(shí).，支座間允許最

大跨度的計(jì)算公式如下：圖8-12傾斜管道垂直于地面的橫

Lmax

式中：

W?[o]t

（8-16）=2.q

Lmax—管道最大允許跨度，m；

q一管道均布載荷，N/m（管材重+保溫重+附加重）；W—管道斷面抗

彎模數(shù)，cm3；

。一管道橫向焊縫系數(shù)，對(duì)于熱風(fēng)管道（手工無墊環(huán)焊縫），6=0.7；

[。]t—管道熱態(tài)許用應(yīng)力，N/mm2,對(duì)于一般風(fēng)管采用的熱軋Q235-A

鋼板，不同溫度下的許用應(yīng)力見下表8-13。Q235-A鋼板許用應(yīng)力［。我見

表8-13o

t

形，見圖8-12。橢圓外表面，短軸長(zhǎng)等于風(fēng)管外徑D,內(nèi)表面短軸要

減去風(fēng)管壁厚3既d=2(R-3)。

長(zhǎng)軸外表面為：D/cosa=2R/cosa長(zhǎng)軸內(nèi)表面為：d/cosa=2(R-

5)/cosa由此推導(dǎo)出：

n?R4-(R-6)4?

W=Wy=

計(jì)算舉例：

??

4Rcos2a

??(8-17)

已知一熱風(fēng)管道外徑D=2m,壁厚3=6mm,帶保溫層，風(fēng)管與地面傾

斜角45°,最高工作溫度350℃,計(jì)算允許最大跨度。如圖8-13。

①風(fēng)管均布載荷

Kl?K2?(ql+q2+q3)?g

(8-18)

cosa

式中：q=

ql一風(fēng)管單位長(zhǎng)度自重，ql=1.2nDX7.85X6=355kg/m；q2一保溫層

重，q2=1.2JiDX7.85X2=99kg/m；q3一風(fēng)載，按75kg/m2計(jì)-，q3=75X

D=150kg/m；KI一地震載荷影響系數(shù)，取Kl=1.3；K2一管內(nèi)積灰影響系

數(shù)，取K2=1.5；

1,3?1.5?(

355+99+150)?9.8q=cos45?=1632N3/m

②風(fēng)管斷面抗彎模數(shù)W

圖8-13

nR4-(R-6)43W==37.36m4xl00xcos245?

③350℃時(shí)需用應(yīng)力，查表8-13得：[3]t=77N/mm2；④最大跨度：

LmaxW?[o]t=2.q

37360?0.7?7716323[]=2.24?

=24.9m

8.5管道及收塵設(shè)備保溫計(jì)算

8.5.1熱風(fēng)管道保溫層厚度

6=

式中：

3—管道保溫厚度，m；

入一保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，w/(m?℃)；tl—熱氣體溫度，。C；

tb一要求保溫層的表面溫度，。C；

ta—環(huán)境溫度，。C；

a—保溫層向環(huán)境綜合散熱系數(shù)，W/(m2-℃),見表8-14°

X(tl-tb)(8-19)a(tb-ta)18=X

q??t-ta-l??(8-20)?a?

式中：

3—收塵器保溫層厚度，m；

入一保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m-℃)；

tl一收塵器內(nèi)壁溫度(煙氣溫度)，℃；ta—環(huán)境溫度，。C,防結(jié)露

時(shí)取當(dāng)?shù)刈畹蜌鉁刂?；a—綜合散熱系數(shù)，W/(m2?℃),一般取

21.5W/(m2?℃)；

q一收塵器平壁單位熱損失，W/m2,其值見表8-15。

2

8.5.3設(shè)備保溫經(jīng)濟(jì)厚度

S8.5.4常用保溫材料性能表

1.工藝車間布置盡量緊湊，風(fēng)管盡量短，以減少阻力，節(jié)省電耗，

如窯尾廢氣處理和篦冷機(jī)廢氣處理管道系統(tǒng)等。

2.為防止粉塵沉積，風(fēng)管盡量?jī)A斜布置。

(1)高溫風(fēng)機(jī)與增濕塔或生料磨風(fēng)管氣流向上傾斜角度55°為宜，

窯尾廢氣管道氣流向下走時(shí)風(fēng)管傾斜角度35°為宜。

(2)窯頭篦冷機(jī)與收塵器或上升氣流管道傾角為45°,氣流向下順

流傾角30°。

(3)煤粉制備風(fēng)管氣流上升傾角為60°~70°左右，氣流向下順流管

道與水平夾角45°為宜。

3.主支管交匯連接時(shí)，不宜在主管底部連接，盡量在主管側(cè)中心線

或主管頂部接入。三通管夾角一般不宜小于30°,最大不超過45°,以

免粉塵順流而下堵塞風(fēng)機(jī)或閥門。

4.主支管連接，應(yīng)順著氣流方向，多以斜三通連接為宜，避免用直

三通連接。

5.多支管匯入總管在進(jìn)入收塵器前應(yīng)有一段過渡直管，便于氣流均

勻分布。6.為防止漏風(fēng)，熱風(fēng)管道連接以焊接為宜；當(dāng)需要維修拆卸時(shí)、

設(shè)法蘭連接，應(yīng)設(shè)檢修平臺(tái)。并合理開設(shè)測(cè)孔，滿足檢測(cè)要求。

7.管道布置空間走向不宜妨礙交通，對(duì)車輛通行應(yīng)大于3500mm,行

人應(yīng)

大于2500mmo

8.管道支撐盡可能沿車間柱子或墻壁布置，以便設(shè)置支座，減少支

架投資費(fèi)用。

8.7熱風(fēng)管道設(shè)計(jì)參考表

1.熱風(fēng)管道計(jì)算表

表8-19熱風(fēng)管道計(jì)算表(建議調(diào)整字體大小，使數(shù)字不換行)

管管道內(nèi)道面徑積mm(m)2)

1000.0082000.0312500.0493150.0783550.0994000.1264500.159

5000.1965600.2466300.3127100.3968000.5039000.6361000.0785

1120.09851251.02271321.0

368

當(dāng)量阻力1系5

數(shù)

??

?

DI

35.0

04.233201.167402.0864604.0621205.0534606.0480408.04586

01.03058401.03328401.03684802.03138402.027104802.0271028

04.012396005.013134606.016253807.01

387

1617153.173.6

4

46149017861897282229994493477457026059725877119158

973111291199051417150505179719091422812423052891307252

2891307252452148046256676022817067750952787983727

2

風(fēng)速v(m/s)

18192021v2?

2

(Pa)194.216.240.264.4

6

6

流量Q(m3/h)

5185475766052009212022322344317533523528370450545335

5616589764156772712874848165861890729526103010871144120236

801270134014111481162815941682177118591628

2021213422462358814725662708285129931628325334333614379507

413253343336143795074150865369565259348406

637667307084743936807951839288349276074188649357984910346

1

6

21

2223290.317.4

4

63466224552567388140576178645878418197997910433

12591316351552162239194820363924712583043136327839

397541568639754156866217649928779381473597171015896

1083113246

70

2425

345.375.6

691720267827904234441067397020855489101088113460

13731431801693176440212522144026952808703421356440

4337451830433745183067827065408501885680106011041330

1181123195

20

1401.05391501.07671602.00111702.02701802.05451902.0835

2003.01422123.05302243.09412364.03742404.05242504.09092655.0

5152705.07262806.01582906.06053007.00693157.07933358.0814

3559.0898375110.045390110

.946

2208.013101609.01536401.0008594001.00225888001.003718360

01.00528792001.00695706001.00906602002.00127606002.003595980

02.00440598002.00651524002.00975494003.00088488003.003214600

03.00564440003.00812434004.00206386004.00757364005.003403560

05.00961326006.004473160

8864941867101710802279115712307612115712307612

1463155404481630173108961808192164682033216028362269241144

28251726741244260327665224282830041692317333727612

3294350072642542376340803801403960204066432056724487476704

485074539156725696605264686359675604486877730744

28

99721052768114412073794130213744884130213744884

1645173792361833193584722034214772762287241444522553269412

96283129897608292830919668318133586844357037684884

3706391256483985420620604276451480404574482988045047532892

365708602688046408676472767153755192367737816612

96

110811630848127113355210144715192056144715192056

1828192080242037213960482260237380842541266860682836297880

64314633034072325434174012353537112096396741652056

4118432440324428464900404752498900605083533720365608588980

246343666020367120747680847948834680248596902680

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