三、支吊架调整
支吊架的吊杆与垂线间夹角在冷热态时不能满足规定的夹角值时(变力和恒力弹簧吊架吊杆和水平线的夹角应小于4°,刚性吊架吊杆和水平线的夹角应小于3°),不能满足时,可调整偏装值来实现。
变力弹簧支吊架安装荷载的调整应通过松紧螺母来进行,必要时可用吊杆最上方或横担下方的螺纹作辅助调整。不宜用吊杆连接附件的螺纹作辅助调整。具体的调整方法见弹簧支吊架一节中的相关内容。
对于恒力吊架的在安装过程和运行过程前,如固定销轴不能自由拔出,可按下列方法调整:
调整载荷螺栓与吊杆螺栓之间的松紧螺母,使吊架承受的力与支吊架本体的弹簧力矩平衡,从而拔下固定销轴;
当固定销轴在固定空中偏向载荷一侧时(销轴与孔之间有间隙),说明载荷力矩偏大,应旋松松紧螺母;
当固定销轴在固定空中偏向弹簧罩筒一侧时,说明载荷力矩偏小,应旋紧松紧螺母; 当采用上述方法仍不能取出固定销轴,表明实际载荷与计算载荷有较大偏差,应调整吊架本体内载荷调整螺栓,使实际的载荷力矩与支吊架的弹簧力矩相平衡,拔出固定销轴。
如采用上述所有的方法,仍不能取出固定销轴,说明选用的恒力吊架型号不对,实际载荷与支吊架标准载荷偏差过大,应改变分配给的支吊架的荷载或改变吊架。
恒力吊架在运行过程中,位移指示器的刻槽应在0-10刻度内移动,不应碰到弧形槽。否则,按照上述方法调整。
单吊杆刚性吊架,冷、热态均不允许失载。双吊杆刚性吊架,冷、热态均不应一例失载。出现失载时,根据情况,设法纠正。
投产后的管道需要增设阻尼器的,阻尼器的型式应与管道动荷特性及阻尼要求相适应,阻尼器的规格应按动力荷载选用。
补装液压或机械阻尼器,必须使冷、热态均有足够的位移裕度,以防阻尼器位移超限损坏。
减振器与阻尼器一般应在管道处于冷态线时安装。安装前应核对图纸尺寸与管线实际位置,如管线实际位置偏差过大,应对安装尺寸进行适当修正。
补装减振器后,必须进行热态调整,保证弹簧压缩后的行程裕度大于因管道位移在减振器位置的轴向分量,并使无附加力作用在热态的管道上。
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第三节 应力计算的基本参数
一、原始参数
原始参数是指给定的最基本条件,或由这些最基本条件而查出的数据。如主蒸气管道的计算压力,计算温度,计算安装温度;选用的钢种、规格、壁厚负公差、弯管的弯曲半径,管子自重(包括保温及介质重量在内的单位长度重量);以及钢材在工作温度下的线膨胀系数α、弹性模数E及钢材工作温度下的弹性模量E,钢材在设计温度下的许用应力σ等等。
主蒸气管道的计算压力,取用锅炉额定蒸发量时过热器出口的额定工作压力。不考虑安全门动作时的超压对管道寿命的影响,因为安全门动作次数很少,而且动作前压力升高的时间,与整个运行时间相比是很小的,对管道寿命影响不大。也不考虑压力的正常波动,从静力计算的角度看,压力高一点对寿命不利一点,压力低一点对寿命有利一点,近似的说可以相互弥补。
主蒸气管道计算的温度,取用锅炉额定蒸发量时过热器出口的额定工作温度。如果蒸气温度波动在允许的范围内,而且全年平均温度不超过额定温度,或虽然超过额定温度,但不严重的超温是不可避免的,它将影响管道的寿命,但一般设计是当有裕度,所以不造成对安全的威胁。如果超温次数多、时间长,这是不允许的。
考虑到我国东西南北四方与春夏秋冬四季气温的大致情况,并为了与钢材性能试验温度相协调,管道的计算安装温度一般取用20o。
二、计算参数
由原始参数或管子及管件的具体特点,经过计算或按有关规定可得出计算参数。如管子为面积、管子断面惯性短、管子断面抗弯矩、管子壁厚允许负偏差,管子负偏差系数及管子壁厚附加值,计算刚度及刚度的折算系数,环向焊缝系数,管件的尺寸系数、柔性系数及应力加强系数,以及许用应力范围等。
1. 管子断面惯性短,管子及三通断面抗弯矩 (1)J=π/σ4(DW4-DN4)2(mm 4) (3—21) (2)W=π/32DW(DW4-DN4)2(mm3) (3—22) (3)Wz=π/32dW(dW4-dN4)2(mm3) (3—23) 式中:J—管子断面惯性矩,(mm4);
W—管子及等径三通的断面抗弯矩,(mm3);
t
20
t
t
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Wz—不等径三通支管的断面抗弯矩,(mm); DW—— 管子等径三通的外径, (mm);
DN—管了及等径三通的内径 , (mm); dW —不等径三通支管的外径, (mm); dN —不等径三通支管的内径, (mm); 1. 刚度EJ及刚度折算系数U: U=EJ/(EJ)ˊ (3—24)
式中:EJ—管系的计算刚度,按计算管系中最多数同类元件的规格计算; (EJ)ˊ—管子的实际刚度,按实际元件的规格计算,对于热挤压三通及焊制三通,它们的刚度按与三通连接的管子刚度计算。
2.管件尺寸系数λ: 它是表征管件特性的参数。
(1)对于弯制弯管、热挤压弯管及焊制弯管 λ=RS/rρ
2 、
3
(3—25)
(2)对于未加强焊制三通 λ=S/rρ
、
(3—26)
3. 柔性系数K:
柔性系数表示弯管相对于直管,在承受弯矩时柔性增大的程度,是表示管件变形特性的参量。其数值等于在相对变形条件下,按一般弯曲理论求出的弯矩与考虑弯管载面扁平效应时求出的弯矩值之比。管件柔性系数的确定方法为:
(1)对于弯制弯管及热挤压弯管
K=1.σ5/λ
、
(3—27)
(2)对于焊制弯管 K=1.52/λ
5/σ
(3—28)
式中:K—柔性系数; λ—尺寸系数。
当计算得出的K<1时,取K=1。
(3)对于热挤压三通及焊制三通,取K=1。 (4)对于直管,取K=1。
(5)对于阀门、对焊法兰、铸钢三通、铸钢弯头等刚度大的管件,其壁厚比连接管
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子大很多,将它作为刚性元件,不计入其弹性补偿作用,即不计其柔性。
4. 应力加强系数m
应力加强系数表示弯管或三通,在承受交变弯曲疲劳时与直管承受同样弯矩而产生的最大应力之比值,试验和实践都证明这些管件存在局面应力集中。对峰值应力的限定,本应采用疲劳分析,但火力发电厂尚没有采用,所以在一次及二次应力验算时,对三通及弯头等的应力集中,计入应力加强系数来修正,以防疲劳破坏。目前已对等径三通进行应力加强系数试验,在其它管件无试验可取之前,应力加强系数均按下式计算:
m=0.9/λ
2/3
(3—29)
式中:m—应力加强系数; λ—尺寸系数。
当计算得出的m<1时,取m=1。对于直管,取m=1。 σ、环向焊缝系数Φ
在计算持续外载及热胀当量应力时,其应力方向可能垂直环向焊缝,而焊缝几何形状及质量等不利因素将影响其承载能力。因此,就引入环向焊缝系数Φ来考虑这个影响。其规定如下:
(1)当验算点在直管上时,因没有进行具体管段长度设计均得计入环向焊缝系数。对于按照有关规范检验合格的环向焊缝,Φ值按下列规定选取:
对于碳素钢和低合金钢 Φ=0.9 对于钢铬钢 Φ=0.7
(2)当验标点在各类弯管、热挤压三通或焊制三通支管与主管交叉点时,取Φ=1。 5. 许用应力修正系数η
当钢材缺乏有关强度的保证值时,可按有关标准进行钢材的抽样试验,抽样试验得到的强度特性值乘以η=0.9。
三、 钢材的许用应力
工程上用钢材的强度特性值除以一定的安全系数得到基本许用应力。这是大家所熟悉的。对于管道,选择钢材的什么强度特性值,选择多大的安全系数是要经过一番研究才能确定的。
选择钢材的什么强度特性值作管道强度计标指标,首先决定于管道的失效类型,其次是目前技术条件是否可以进行某种强度分析计算。选择多大的安全系数就要顾及各方面的情况,除了考虑到应力计算的准确性和钢材强度特性的可靠性外,还要考虑到没法计算的其他
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失效类型等。因此,不同强度特性的安全系数是不相同的。
管道是在高温下,受各种各样应力及蒸气介质的作用下工作的,它有可能因大面积屈服、破断、低周疲劳、热疲劳或应力腐蚀等原因而失败。目前最主要的,而且技术上比较成熟的是防止大面积屈服、破断与低周疲劳。所以要选用的强度特性值是,常温强度极限σb;高温强度极限σbt;高温屈服极限σst或高温条件屈服极限σ
t 0.2
及持久强度σ
t、D。但这些强度
特性值不是常数,因此工程上对这些数值的选取就要从安全的角度进行如下规定:
(1)σb20—钢材在20℃时强度极限的最小值; (2)σst 或σ(3)σ
t、 D
t 0.2
—钢材在计算温度下屈服极限或条件屈服极限的最小值;
—钢材在计算温度下10万h持久强度的最小值;
目前,名钢种技术条件均给出新材的屈服极了及强度极限统计的保证最小值。由于持久中度是具有分散带的大量试验点用数学处理外推得到的,所以没有特别声明均指平均值。一般认为持久强度有±20%的分散带。所以它的最低值为:
σ
tDmin
=0.8 σ
t D (3—30)
在管道的应力计算中,只能考虑主要载荷产生的应力,对附加应力,正常温差应力、温度及压力的偏差与某些应力集中等,均没有进行计算。就是被考虑的主要应力,也不是准确计算出来,而是采用简化的近似计标。又如钢材性能存在偏差或分散性,使得它的强度特性值不是一个准确的常数。为了补偿救上述的不足并约管道寿命留有必要的准备,就要在钢材强度特性值取用上留有余地。因此,工程上就用安全系数进行考虑。
许用应力按下列公式计算并取最小值: [σ]J≤σ
20b
/2.7
[σ]J≤σst/1.5 (3—31) [σ]J≤σD/1.5
t
由于科学研究的进展,以及经济观点上的原因,各个国家的安全系数具有所不同的,就是在一个国家也是经常修改的。在西德1975年修定的TRD规范,强度特性值的σσ
t
52310min
tD
改为
,在内压下的安全系数由1.5改为1.0;水电部1978年修定的SDGJσ—78规定,
tD
σst 与σ的安全系数由1.65改为1.5。在一个国家内,对不同工作条件的部件,安全系
t52310
数的规定也是不同的。如西德的TRD规范,对σ在内压下安全系数取1.0,在外压下安
全系数取1.2。又如英国BS管道标准中,对2 1/4CrlM0钢,设计寿命为15万h,安全系数取1.5;设计寿命为15至20万h,安全系数取1.0;设计寿命为20至25万h,安全系数取0.8。
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