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弯头生产厂家关于直埋供热管道弯头的壳体应力分析

浏览: 发表时间:2021-06-01 11:26:52 来源:文章来自网络,如有侵权,请联系删除。

      弯头是改变管路方向的管件,按生产工艺可分为焊接弯头、冲压弯头、推制弯头、铸造弯头和对焊弯头等;按角度分有45°,90°,180°三种弯头,弯头材料有铸铁、不锈钢、合金钢、可锻铸铁、碳钢、有色金属及塑料等。通常情况下,弯头通过直接焊接、法兰连接、热熔连接、电熔连接、螺纹连接及承插式连接等方式与管子进行连接。在使用过程中,为了形成良好的管路方向,可根据需要进行多个弯头的组合,形成空间结构。由于弯头具有良好的综合工艺性能,因此被广泛应用于化工、建筑、给水排水、石油、冷冻、卫生、水暖、消防、电力、航天、造船等基础工程中。当螺纹与直通相连接时,可直接采用螺纹旋紧的方式进行密封。当阀体处于箱体边缘或需用直角弯头时,采用螺纹旋紧密封的方式会出现密封”与方向”的矛盾。直通旋紧密封见图1。
      供热管道直埋敷设技术在我国已有70余年的历史,工程实践证明,供热管道直埋敷设一般可节省约50%左右的投资,弯头生产厂家施工周期可缩短一半左右,而且施工方法简便。直埋供热管道一般由直管、弯头、焊接三通补偿器和固定支座等组成,弯头是薄弱环节,运行中的长输管道输送介质温度升高时,发生热胀现象,弯头过渡段部分的热胀量将向弯头部分集中,使弯头产生侧向位移,同时位移因受到土体的约束,使弯头承受很大的内力因此,准确分析弯头的应力十分困难,弯头生产厂家提出采用弹性抗弯铰法进行应力分析2.但是,随着管道直埋敷设技术的发展,管道的尺寸(目前内径为500~1000mm)逐步加大,忽略弯头的尺寸和几何形状,计算误差较大,无法满足工程精度1模型提取及曲线坐标系建立本文拟以薄壳理论为基础,将弯头部分作为薄壁环壳的一部分进行应力分析。

    环壳(图1)是指一个圆,绕着圆所在平面内的轴线进行旋转而成的旋转壳,弯头是由轴线所在的两个平面切割环壳而形成的几何体根据弯头几何形状建立曲线坐标,如图2所示,为管半径,R为弯头轴线的曲率半径,aBn为曲面上的坐标。作用于管道上的荷载主要有内压埋土压力、热胀力、土壤与管道之间的摩擦力、土体对管道的压缩反力等静力荷载(仪在特别需要时如地震区及横穿马路的管段才考虑动力荷载),使管道产生内力和变形。(1)在文献【3】中,给出了弯管在内压P作用下的内压力(D为管径,6为壁厚),则曲线坐标中弯头aB、n向的内压力为8 2(R+ rsin e)9,=0.(2)目前国内外进行管道应力分析时,广泛采用的是“环压理论”,根据环压理论,可得弯头aB,n向的埋土压力3为q=0,q2=0,q=y(h+D,/2)式中:y为土壤单位容重(3)直埋供热管道在安装和运行时的温度变化很大,温度变化将在管内引起较大的温度应力由于温度变化引起管道的轴向应力远远大于径向应力,因此只需计算温度变化产生的轴向膨胀力则弯头受到的aB、n向的膨胀力为91 =0, 42= Eat, 4=0.式中:E为管材的弹性模量;T为管道的升温值;a为管材的线膨胀系数(4)埋地管道与周围土体之间的摩擦力是输送热介质的埋地管道在进行管道强度设计计算时必不可少的基本数据。(1)根据所建弯头部分的模型,建立曲线坐标系,具体分析了内压埋土压力、热胀力、土壤与管道之同的摩擦力、土壤对管道的压缩反力这些引起弯头变形的外力,并根据工程实际情况略去内压和埋土压力这两项对变形影响较小的力(2)应用弹性薄壳理论,建立平衡方程,在对其进行适当简化后,弯头生产厂家理论上***求出了直埋供热管道弯头部分的位移解析解(3)由于模型上更符合工程实际,受力分析更加详尽,得到的弯头应力解更精确、更合理。利用位移解析解,根据物理方程,易得弯头应力的精确解。


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