管道应力基础知识_精品文档.ppt

1、管道应力基础知识管道应力基础知识n n应力：应力是指物体内该点单位面积上的内力。应力：应力是指物体内该点单位面积上的内力。n n应力分析：应力分析是通过计算得到物体内的应应力分析：应力分析是通过计算得到物体内的应力分布和数值。力分布和数值。n n管道的应力分析分为：静力分析和动力分析。管道的应力分析分为：静力分析和动力分析。应力分析目的：应力分析目的：n n静力分析：静力分析：n n压力、重力等载荷作用下的管道一次应力压力、重力等载荷作用下的管道一次应力计算计算防止塑性变形的破坏；防止塑性变形的破坏；n n热胀冷缩以及端点附加位移等位移载荷作热胀冷缩以及端点附加位移等位移载荷作用下的管道二次应

2、力计算用下的管道二次应力计算防止疲劳破防止疲劳破坏；坏；n n管道对机器、设备作用力的计算管道对机器、设备作用力的计算防止防止作用力过大，保证机器、设备正常运行；作用力过大，保证机器、设备正常运行；n n管道支吊架的受力计算管道支吊架的受力计算为支吊架设计为支吊架设计提供依据；提供依据；n n管道上法兰的受力计算管道上法兰的受力计算防止法兰泄漏防止法兰泄漏n n管系位移计算管系位移计算防止管道碰撞和支吊点防止管道碰撞和支吊点位移过大。位移过大。n n动力分析：动力分析：n n往复压缩机（泵）管道气（液）柱固有频往复压缩机（泵）管道气（液）柱固有频率分析率分析防止气（液）柱共振；防止气（液）柱共

3、振；n n往复压缩机（泵）管道压力脉动分析往复压缩机（泵）管道压力脉动分析控制压力脉动值；控制压力脉动值；n n管道固有频率分析管道固有频率分析防止管道系统共振；防止管道系统共振；n n管道强迫振动回应分析管道强迫振动回应分析控制管道振动控制管道振动及应力；及应力；n n冲击载荷作用下管道应力分析冲击载荷作用下管道应力分析防止管防止管道振动和应力过大；道振动和应力过大；n n管道地震分析管道地震分析防止管道地震应力过大防止管道地震应力过大什么叫一次应力、二次应力什么叫一次应力、二次应力n n一次应力是由于压力、重力与其它外力荷一次应力是由于压力、重力与其它外力荷载的作用所产生的应力。它是平衡外

4、力荷载的作用所产生的应力。它是平衡外力荷载所需的应力，随外力荷载的增加而增加。载所需的应力，随外力荷载的增加而增加。一次应力的特点是没有自限性，即当管道一次应力的特点是没有自限性，即当管道内的塑性区扩展达到极限状态，使之变成内的塑性区扩展达到极限状态，使之变成几何可变的机构时，即使外力荷载不再增几何可变的机构时，即使外力荷载不再增加，管道仍将产生不可限制的塑性流动，加，管道仍将产生不可限制的塑性流动，直至破坏。直至破坏。n n二次应力是由于管道变形受到约束而产生的应力，二次应力是由于管道变形受到约束而产生的应力，二次应力是由于管道变形受到约束而产生的应力，二次应力是由于管道变形受到约束而产生的

5、应力，它由管道热胀、冷缩、端点位移等位移荷载的作它由管道热胀、冷缩、端点位移等位移荷载的作它由管道热胀、冷缩、端点位移等位移荷载的作它由管道热胀、冷缩、端点位移等位移荷载的作用而引起。它不直接与外力平衡，而是为满足位用而引起。它不直接与外力平衡，而是为满足位用而引起。它不直接与外力平衡，而是为满足位用而引起。它不直接与外力平衡，而是为满足位移约束条件或管道自身变形的连续要求所必需的移约束条件或管道自身变形的连续要求所必需的移约束条件或管道自身变形的连续要求所必需的移约束条件或管道自身变形的连续要求所必需的应力。二次应力的特点是具有自限性，即局部屈应力。二次应力的特点是具有自限性，即局部屈应力。

6、二次应力的特点是具有自限性，即局部屈应力。二次应力的特点是具有自限性，即局部屈服或小量变形就可以使位移约束条件或自身变形服或小量变形就可以使位移约束条件或自身变形服或小量变形就可以使位移约束条件或自身变形服或小量变形就可以使位移约束条件或自身变形连续要求得到满足，从而变形不再继续增大。二连续要求得到满足，从而变形不再继续增大。二连续要求得到满足，从而变形不再继续增大。二连续要求得到满足，从而变形不再继续增大。二次应力引起的是疲劳破坏。在管道中，二次应力次应力引起的是疲劳破坏。在管道中，二次应力次应力引起的是疲劳破坏。在管道中，二次应力次应力引起的是疲劳破坏。在管道中，二次应力一般有热胀、冷缩和

7、端点位移引起。一般有热胀、冷缩和端点位移引起。一般有热胀、冷缩和端点位移引起。一般有热胀、冷缩和端点位移引起。作用在管道上的荷载一览表作用在管道上的荷载一览表荷荷载的种的种类荷荷载特点特点荷荷载来源来源注注一次一次应力力内、外内、外压力力在装置运行在装置运行时产生，生，属属长期静荷期静荷载装置运行装置运行时在操作温度下，管内在操作温度下，管内流体的内、外流体的内、外压因因为在运行条件下管内在运行条件下管内压力和温度力和温度有种种有种种变化，所以取最不利的化，所以取最不利的压力力温度温度组合作合作为设计条件条件重力重力长期静荷期静荷载其中包括管道、其中包括管道、阀门、管件、隔、管件、隔热材料和流

8、材料和流动介介质的重量的重量应区分均布荷区分均布荷载和集中荷和集中荷载环境影响境影响短期静荷短期静荷载管内气体或蒸汽，在停工管内气体或蒸汽，在停工时由于由于大气的冷却，管内形成大气的冷却，管内形成负压。由。由于气温升高或太阳直射使管内于气温升高或太阳直射使管内压力升高力升高通常在通常在应力分析中不考力分析中不考虑，必要，必要时设真空破坏器或安全真空破坏器或安全阀防止管道破防止管道破坏坏试验荷荷载短期静荷短期静荷载管道安装完管道安装完毕后，后，进行水行水压试验或气或气压试验的荷的荷载一般一般试验压力根据有关力根据有关规范确定范确定积雪荷雪荷载短期静荷短期静荷载降雪地区的室外管道降雪地区的室外管道

9、按气象按气象资料确定料确定风荷荷载短期静荷短期静荷载作用于室外管道作用于室外管道一般根据气象一般根据气象资料按静力料按静力计算算地震荷地震荷载短期静荷短期静荷载由地震引起的振由地震引起的振动一般根据有关一般根据有关资料按静力料按静力计算算压力冲力冲击（水（水锤）短期静荷短期静荷载机机泵启启动或关或关闭时，阀门快速启快速启闭时和蒸汽管道暖管和蒸汽管道暖管时等等在运行在运行规程中程中设定机定机泵启启动和关和关闭的的规定，蒸汽管暖管的定，蒸汽管暖管的规定，定，对大大口径的水口径的水泵出口出口设缓闭的逆止的逆止阀，以减少冲以减少冲击荷荷载荷荷载的种的种类荷荷载特点特点荷荷载来源来源注注二次二次应力力热

10、膨膨胀变形形在管道上在管道上产生交生交变应力，每运力，每运行周期行周期变化一次化一次应管道管道热胀或冷或冷缩，管道，管道变形而形而产生的交生的交变应力力用用计算机程序或有关算机程序或有关图表表计算算安装安装时冷冷紧冷冷紧可减少管道可减少管道对设备和固定和固定支架的力支架的力施工施工过程中程中产生生对二次二次应力无影响力无影响管道端点位移管道端点位移在管道上在管道上产生交生交变应力力与管道与管道连接的接的设备膨膨胀用用计算机程序或有关算机程序或有关图表表计算算管道振管道振动长期振期振动荷荷载管道受往复式机管道受往复式机泵的的压力脉力脉动、两相流的、两相流的压力脉力脉动和机和机泵喘振而引起的振喘振

11、而引起的振动往复式机往复式机泵的的进出口出口设置置缓冲冲罐或增加管道的罐或增加管道的刚度度设备或支架基或支架基础下沉下沉可能引起可能引起刚度度对设备或支架的或支架的作用力改作用力改变或法或法兰泄漏泄漏基基础较差差如果在如果在设计时能能预知可能的下知可能的下沉量，沉量，应在在设计中予以考中予以考虑管道柔性：管道柔性：n n管道柔性是反映管道变形难易程度的概念，表示管道柔性是反映管道变形难易程度的概念，表示管道柔性是反映管道变形难易程度的概念，表示管道柔性是反映管道变形难易程度的概念，表示管道通过自身变形吸收热胀、冷缩和其他位移变管道通过自身变形吸收热胀、冷缩和其他位移变管道通过自身变形吸收热胀、

12、冷缩和其他位移变管道通过自身变形吸收热胀、冷缩和其他位移变形的能力。形的能力。形的能力。形的能力。n n管道设计时，应在保证管道具有足够柔性来吸收管道设计时，应在保证管道具有足够柔性来吸收管道设计时，应在保证管道具有足够柔性来吸收管道设计时，应在保证管道具有足够柔性来吸收位移应变的前提下，使管道的长度尽可能短或投位移应变的前提下，使管道的长度尽可能短或投位移应变的前提下，使管道的长度尽可能短或投位移应变的前提下，使管道的长度尽可能短或投资尽可能少。资尽可能少。资尽可能少。资尽可能少。n n增加管道柔性的措施：增加管道柔性的措施：增加管道柔性的措施：增加管道柔性的措施：n n改变管道的走向改变管

13、道的走向改变管道的走向改变管道的走向n n选用波形补偿器或球形补偿器选用波形补偿器或球形补偿器选用波形补偿器或球形补偿器选用波形补偿器或球形补偿器n n选用弹簧支吊架选用弹簧支吊架选用弹簧支吊架选用弹簧支吊架n n改变设备的布置（卧式容器固定端和滑动端换位）改变设备的布置（卧式容器固定端和滑动端换位）改变设备的布置（卧式容器固定端和滑动端换位）改变设备的布置（卧式容器固定端和滑动端换位）n n补偿的方法有两种：自然补偿和补偿器补偿补偿的方法有两种：自然补偿和补偿器补偿补偿的方法有两种：自然补偿和补偿器补偿补偿的方法有两种：自然补偿和补偿器补偿n n补偿器种类有三种：补偿器种类有三种：补偿器种类

14、有三种：补偿器种类有三种：型补偿器，波形补偿器和套管式补型补偿器，波形补偿器和套管式补型补偿器，波形补偿器和套管式补型补偿器，波形补偿器和套管式补偿器或球形补偿器。偿器或球形补偿器。偿器或球形补偿器。偿器或球形补偿器。n n形补偿器结构简单、运行可靠、投资少、在压力管道设形补偿器结构简单、运行可靠、投资少、在压力管道设形补偿器结构简单、运行可靠、投资少、在压力管道设形补偿器结构简单、运行可靠、投资少、在压力管道设计中广泛使用，计中广泛使用，计中广泛使用，计中广泛使用，形补偿器尽量布置在两固定点中间，若形补偿器尽量布置在两固定点中间，若形补偿器尽量布置在两固定点中间，若形补偿器尽量布置在两固定点

15、中间，若不能居中布置其与固定点的距离不应小于两固定点间距的不能居中布置其与固定点的距离不应小于两固定点间距的不能居中布置其与固定点的距离不应小于两固定点间距的不能居中布置其与固定点的距离不应小于两固定点间距的三分之一。为了防止管道横向位移过大，应在三分之一。为了防止管道横向位移过大，应在三分之一。为了防止管道横向位移过大，应在三分之一。为了防止管道横向位移过大，应在形补偿器形补偿器形补偿器形补偿器两侧设置导向架，导向架应与弯头有一定距离，以防止弯两侧设置导向架，导向架应与弯头有一定距离，以防止弯两侧设置导向架，导向架应与弯头有一定距离，以防止弯两侧设置导向架，导向架应与弯头有一定距离，以防止弯

16、头处弯曲应力过大。头处弯曲应力过大。头处弯曲应力过大。头处弯曲应力过大。n n波形补偿器能力大、占地小、但制造较为复杂，价格高，波形补偿器能力大、占地小、但制造较为复杂，价格高，波形补偿器能力大、占地小、但制造较为复杂，价格高，波形补偿器能力大、占地小、但制造较为复杂，价格高，适用于低压大直径管道。适用于低压大直径管道。适用于低压大直径管道。适用于低压大直径管道。n n套管式或球形补偿器因填料容易松弛，发生泄漏，因此很套管式或球形补偿器因填料容易松弛，发生泄漏，因此很套管式或球形补偿器因填料容易松弛，发生泄漏，因此很套管式或球形补偿器因填料容易松弛，发生泄漏，因此很少采用。在有毒及可燃介质管道中严禁采用少采用。在有毒及可燃介质管道中严禁采用少采用。在有毒及可燃介质管道中严禁采用少采用。在有毒及可燃介质管道中严禁采用无约束金属波纹管膨胀节应注意：无约束金属波纹管膨胀节应注意：n n两个固定支座之间的两个固定支座之间的两个固定支座之间的两个固定支座之间的管道中仅能布置一个管道中仅能布置一个管道中仅能布置一个管道中仅能布置一个波纹管膨胀节波纹管膨胀节波纹管膨胀节波纹管膨胀节n n两个固定支座