文档介绍：关于管道应力分析中的波纹管膨胀节
当管道输送介质或管道所处环境有温度变化时,管道由温度引起的热胀冷缩是不可避免的,如果不采取一定的方式补偿该尺寸超过某一范围时,温差应力大于管子可承受的应力范围,这时就必须考虑补偿问题。
在管系补偿设计中,最为经济的是自然补偿,自然补偿是利用管道的自然弯曲形状所具有的柔性来补偿热位移,显然自然补偿的能力是有限的,当自然补偿不能满足要求时,通常应考虑设置波纹管膨胀节等补偿装置。
管系所受载荷主要是外力载荷(管道及流动介质自重,内压,风载,地震荷载等〕和位移载荷,设置管架的目的在于消除外载作用在设备或管道上的作用力,且可把复杂管系分隔成形状比较简单,独立膨胀的管段,保证膨胀节的最佳使用效果。设置膨胀节的目的,在于吸收管道自身无法吸收的热变形,最大限度地减小位移载荷。
管道系统中使用波纹管补偿器的若干说明
关于管道系统使用波纹管补偿器的若干说明:
波纹管补偿器在管道系统中常被用来吸收管道系统由于温度变化所产生的位移。其优点是吸收位移大并且使得管道系统美观和紧凑。在一些较为特殊的场合使用波纹管补偿器可以得到较好的效果,解决了许多困扰设计者的难题。例如空间狭小的场所(航天火箭、核潜艇、) 高空架设的管线(汽车制造厂、石化、)大直径管道系统等等(电力-DUCT)。
由于波纹管补偿器自身结构的原因,波纹管补偿器也成为管道系统中最为薄弱的环节,因此波纹管补偿器的使用受到较为严格的限制。对于高温、高压的管道系统、介质为易燃、易爆、剧毒的管道系统一般禁用波纹管补偿器。美国等国家一些大的石油化工公司,如EXXON, EASTMAN, SHELL等公司,对波纹管的使用均有严格要求,一般来讲,波纹管补偿器的使用在设计中仅为迫不得已情况下的最后选择,能不使用尽量不使用。
一般而言,高温、低压、大直径的管道系统并且在介质较为安全的情况下适合使用波纹管补偿器。尽管如此,在决定使用波纹管补偿器时,应对管道系统进行详细而且严格的应力分析,从而决定安装波纹管补偿器的位置以及型式,不可以盲目的随意使用。无论中国还是其他国家,由于波纹管补偿器使用不当的事故经常发生,由于设计人员的失误,在管道系统中不合适的部位设置了波纹管补偿器并在载荷的作用下使得波纹管补偿器爆炸,从而造成了多人伤亡的事故屡有发生。另外,波纹管膨胀节还存在着易腐蚀和疲劳的的问题,一旦发生腐蚀和疲劳破坏,后果也是极为严重的。一般来说,在波纹管补偿器的使用选型、设计制造、使用操作等环节都不能产生大的问题。因为任何一个环节的失误都会造成严重的事故。
一、膨胀节的类型及典型管段的补偿设计
1、单式轴向型膨胀节
由一个波纹管和两个可与相邻管道、设备相接的端管(或法兰)等组成的
挠性装置,主要用于补偿直管段轴向位移,另外也可以吸收少量的横向位移.
图1 是采用轴向型膨胀节设置实例。
单式轴向波纹管膨胀节应用
复式拉杆型波纹管膨胀节
2、复式拉杆型膨胀节
由中间接管连接的两个波纹管及拉杆、端板等组成的挠性装置,以横向位移方式补偿平面或立体弯曲管段的热位移,拉杆装置应能承受压力推力及其附加外力的作用。
复式拉杆型膨胀节特别适合吸收横向位移,此外,这种设计形式也可用于吸收轴向位移,角位移以及任意由这三种形式合成的位移,一般用法是将这种带连杆的膨胀节设置在呈90°的“Z”形管系的中间管臂内,调整连杆以阻止外部的轴向位移,图2、3 是两个应用实例。
复式拉杆型膨胀节主要吸收单平面“Z”形弯管的横向位移,中间管臂连杆以内的热位移用膨胀节的轴向位移来吸收,水平管线的热位移由膨胀节的横向位移来吸收。
由于压力推力是由拉杆来承受的,所以两端均使用中间固定支架,由于作用于管线上的轴向力,是膨胀节产生的变形反力,因此只需使用导向支架。中间管臂上位于连杆以外的部分,如两端弯管的热膨胀则由水平管道的弯曲来吸收。
复式大拉杆波纹管膨胀节的应用