【正文】 三．管道位移應力計算 ? 平面內(nèi)、平面外彎曲 采用不同應力增大 系數(shù) 時 : 異徑三通支管連接點處的位移應力： BEE WM??WM EE ??其余管件相應部位處的位移應力： 54 ?當平面內(nèi)、平面外彎曲采用 相同的應力增大系數(shù) 時： 異徑三通支管連接點處的位移應力： 其余管件相應部位處的位移應力： i—— 應力增大系數(shù)，由附錄 D查取。 柔性系數(shù) ，是指彎管相對于直管在承受彎矩時柔性增大的程度。 T?T? 直線管系 塔 X3 X1 X2 a b 平面管系 立體管系 31 變形能 ??? ??? lll xxxxxx d2G I )(Td2E I )(Md2E A )(NUp222)d(D32πI 44p ??)d(DπI 44 ?? 64E 彈性模量 G 剪變模量 μ)2 ( 1EG ??)N(x)N(xM(x)M(x)T(x)T(x)dx 變形能 靜不定問題 回顧 1 32 卡氏定理 若管道變形能 U是載荷 P1P2….Pi的函數(shù)，則變形能對任一載荷 Pi的偏導數(shù)等于 Pi作用點沿 Pi作用方向的位移 ii pUδ???如對彎曲： ?? ????? ?????lldxxMEIxMdxEIxMiiii pppUδ )()(2)(2Pi O 靜不定問題 回顧 2 33 力法求靜不定 Pi O X1 Pi O Δ1P O X1 Δ1X 1 O 1 δ 11 正則方程，變形協(xié)調(diào)方程： Δ1P+X1δ11=0 n次靜不定： Δ1P+X1δ11+X2δ12+...+Xnδ1n=0 Δ2P+X2δ21+X2δ22+...+Xnδ2n=0 .......................................... ΔnP+X1δn1+X2δn2+...+Xnδnn=0 ijij lMM dxEI? ? ?iiP lMM dxEI?? ?iM第 i個力設為 1(Xi=1)時產(chǎn)生的彎矩 M 無支反力只有載荷時產(chǎn)生的彎矩 靜不定問題 回顧 3 34 例題 :如圖 的平面管系 ,管道正常工作溫度比安裝溫度高 ,計算管道應力分布情況 .E,I , 均已知 . T??X3 X1 X2 a b A C B x y O X1=1 a b C A B 1 1 * ( ) ( )1 * 0 0 ( )M a y y a A CCB? ? ? ? ? ?? ? ? ?X2=1 a b A C B 2 1*1*()(( ))M b bb x bACBxC??? ? ? ???X3=1 a b A C B 3 1M ?231111 01 ( ) / 3BaAMM d l y a d y a E IE I E I? ? ? ? ???21212 001 [ ( ) ( ) * 0 ] / 2B a bAMM d l y a b d y b x d x a b E IE I E I? ? ? ? ? ? ?? ? ?2 2 2 32222001 [ ( ) ] ( 3 ) / 3B a bAMM d l b d y b x d x a b b E IE I E I? ? ? ? ? ? ?? ? ?23333 001 [ 1 1 ] ( ) /B a bAMM d l d y d x a b E IE I E I? ? ? ? ? ?? ? ?21313 001 [ ( ) 0 ] / 2B a bAMM d l y a d y d x a E IE I E I? ? ? ? ? ?? ? ?22323 001 [ ( ) ] ( 2 ) / 2B a bAMM d l b d y b x d x a b b E IE I E I? ? ? ? ? ? ?? ? ?35 X3 X1 X2 a b A C B x y O 11PT x b T?? ? ? ? ? ? ?22PT y a T?? ? ? ? ? ? ?33 0P T T?? ? ? ? ?此處的外力即為熱載荷，它產(chǎn)生的位移直接可得到 代入變形協(xié)調(diào)方程： Δ1P+X1δ11+X2δ12+X3δ13=0 Δ2P+X1δ21+X2δ22+X3δ23=0 Δ3P+X1δ31+X2δ32+X3δ33=0 3 2 21 2 3 03 2 2a a b ab T X X XE I E I E I? ? ? ? ? ?2 2 3 21 2 332 02 3 2a b a b b a b ba T X X XE I E I E I???? ? ? ? ?221 2 320022a a b b a bX X XE I E I E I??? ? ? ?線性方程組 ,易得解 , 根據(jù)支反力可以分別討論各段管內(nèi)溫差彎曲正應力分布情況。 例如： 管道二次應力驗算，主要考慮由于熱脹冷縮及其他位移受約束而產(chǎn)生的應力，常稱為熱脹二次應力。 即外力載荷 ， 超過一定的限度會直接導致破壞 。 7 8 單相流壓力損失計算 適用于輸送牛頓性流體的管道壓力損失的計算，包括直管的摩擦壓力損失和局部（閥門和管件）的摩擦壓力損失計算。 ? 操作情況不同的流體，應按其性質(zhì)、狀態(tài)、和操作要求的不同，選用不同的流速。 （ 3）復核實際平均流速。 —— 平面管系和立體管系由于幾何形狀的原因比直線管系有更大的柔性。 ? 這種應力達到屈服極限時 ， 也只引起局部屈服 ，塑性應變?nèi)匀皇艿街車鷱椥圆牧系募s束 ， 所以部分屈服是允許的 。 按 強度理論 轉(zhuǎn)化成有效應力： zr?? ? ???第一強度理論： []e ?? ?? ??第二強度理論： () []e z r?? ? ? ? ???? ??第三強度理論： []er?? ? ? ????第四強度理論： 2 2 212 [ ( ) [( ) ( ])]e z z r r??? ? ? ? ? ???? ? ? ? ???26 強度理論 第一強度理論（最大拉應力理論）： 認為最大拉應力是引起破裂的主要原因 第二強度理論（最大伸長線應變理論）： 認為最大伸長線應變是引起破裂的主要原因 第三強度理論（最大剪應力理論）： 認為最大剪應力是引起屈服的主要原因 第四強度理論（形狀改變比能理論）： 認為形狀改變比能是引起屈服的主要原因 ][ζζ1 ?][)( 321 ζζζζ ??? ?][31 ζζζ ??][])()()[( 21323222121 ζζζζζζζ ??????2xy2yx21 η)ζ[( ζR ???)ζ(ζ yx21 ??Cxζ?3ζ 1ζR)y,(x CC27 管道常見應力計算 2彎曲 抗彎截面模量 3o ioπd d43 2 dW = ( 1 α ),α =m a x,zMMW? ?,maxz?M M O ,maxz?28 管道常見應力計算 3彎曲 +軸向拉壓 +內(nèi)壓 p M M N N 2iax is z , p z , M z , NipD MNζ = ζ + ζ + ζ = + +4 δ (D + δ ) W Aa x i sζ [ζ ]29 管道系統(tǒng)強度除考慮內(nèi)壓引起的薄膜應力外，還必須考慮持續(xù)外載荷及熱載荷所應起的應力，以便對管系進行應力驗算。求出管道端點上的力和力矩，以校核管端設備，尤其是透平、壓縮機、泵等重要設備接管上的載荷。 2 2 2E i i o O tM = ( i M ) + ( i M ) + M 49 2．計算點在三通的交叉點處時 其當量合成力矩計算： 若平面內(nèi)和平面外應力增大系數(shù)取相同值，應取增大系數(shù)兩者中的較大值。 59 常用補償器可分成兩類： ? 一：自然補償器 管道布臵時自然形成的彎曲管段。特別適用于含有固體顆粒介質(zhì)的動密封部位。 91 管道補償能力判別 ??N2D Δ2 0 8 . 3( L U )如果滿足該式，則認為安全，不需補償。 ? 只有在不可能架空敷設時才予以采用。 ?要考慮到管系在開停車時吹掃介質(zhì)的溫度產(chǎn)生的管道變位。 一．閥門布臵 107 二 .高點排氣及低點排液 ?管系高點應備有排氣口，低點處應備有排液口，并要位于容易接近的地方。 110 承重支吊架 按管道垂直位移時支吊架載荷的變化情況 ?對管道任意方向位移都不產(chǎn)生約束 ?管道發(fā)生位移時支承力幾乎不變。 118 振動控制裝臵 ?支吊裝臵除恒力吊架外，都有不同程度的減振作用。 水平管段的高度受管廊高度的影響，盡可能排成一排且取同一標高。 一般需要對稱布置管道 。 小間隙泵 (如凸輪泵、螺旋泵、齒輪泵、活塞泵、比例泵等 )吸人口要設永久過濾器， 一般每個泵設置一個過濾器，放在泵吸入口與吸入口切斷閥之間。 ?加大管道支架的剛性，增多支架數(shù)量并且管道支架要做 獨立基礎 ，不與壓縮機及廠房合用，所以支架基礎也成為決定廠房大小的一個因素。如作用力超過允許值時，可改變彎管形狀及管系的支承設計，充分利用限位支架及導向支架。 ? 常用比例 —— 1:2 1:50， 也可用 1:100。 如異徑管的公稱直徑 、 閥門型號 、 過濾器型號 、 儀表管嘴規(guī)格等 。 ? 管道預拉伸尺寸的標注方法見圖 154 ? 立面圖上表示管道及其組成件安裝高度時 ， 通常只注相對標高 ， 必要時也可注尺寸 。 對稱布臵的管道不可以省略 。對流程圖上沒有表示的低點放凈和高點防空管也應畫出 。 配管設計圖由下列幾項組成： ? （ 1） 裝臵設備平面 、 立面布臵圖； ? （ 2） 管道平面 、 立面布臵圖 ， 局部詳圖； ? （ 3） 管道空視圖； ? （ 4） 管道支吊架平面布臵圖 （ 必要時繪制 ） ； ? （ 5） 管道支吊架圖 （ 包括標準支吊架的匯總圖表和非標準支吊架施工圖 ） ； ? （ 6） 拌熱管立體圖； ? （ 7） 管道非標準配件制造圖； ? （ 8） 單管管段圖 。 140 TIPSVPA接往泄壓系統(tǒng)PIPSAPSPSIAHLXSAXACWRPRV就地儀表盤緊急停車停開緊急停車TSATACWSTIH HHPSAPILL壓縮機管道儀表流程圖 冷凝器所用冷卻水由廠區(qū)冷卻水系統(tǒng)來 ， 切斷閥前有一 DN25旁通閥 ， 切斷閥后有放凈閥； 壓縮機入口有切斷閥、過濾器 緩沖罐 當壓縮機出口氣體溫度超過規(guī)定值時報警器發(fā)出訊號 當溫度達到極限值時報警器再次報警并自動切斷電源，壓縮機緊急停車。 138 壓縮機的配管 1 a．往復式壓縮機的管道設計 往復式壓縮機的間歇吸入和排出將產(chǎn)生氣體的壓力脈動 ， 引起振動 ， 可能造成管道破裂或影響儀表工作 。當泵吸入管系統(tǒng)中有 U型部分時，應在其高點設排氣口，一般情況不得有袋形。 若閥門手輪中心線高度超出操作面 2． 1m， 要用鏈輪操作閥門啟動 。 ?對管系的管架位臵 ， 往往可以提出多種方案 ,評定各種方案的優(yōu)劣 ， 必須分析管系應力分布情況作 ， 從而確定最佳方案 。 如采用拉桿 限制管道軸向位移； 采用夾持方式 限制管道橫向位移。 ?對于不可通行的管溝，當溝內(nèi)布臵經(jīng)常操作的閥門時，閥門應布臵在不影響通行的地方。 ?閥門宜布臵在熱位移小的位臵。 ?公用工程管道布臵在管架的中間或雙層管架的上層，易于向兩側(cè)引出。 支吊架通常生根于建筑物、構(gòu)筑物、設備外璧或設備平臺上。適用于較高線速度的場合。 芳綸角線黑四氟盤根具有更優(yōu)的潤滑及熱傳導。 ? 在管道設計中，應盡量利用管道自身彎曲或扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的變位來實現(xiàn)熱脹冷縮時的自補償。工程上采用試驗研究得出的經(jīng)驗公式來計算。 二、管道的柔性 40 1) GB 503162022《 工業(yè)金屬管道設計規(guī)范 》 2) SH/T 30412022《 石油化工管道柔性設計規(guī)范 》 3) SH 30392022《 石油化工非埋地管道抗震設計通則 》 4) SH 30592022《 石油化工