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1、第十四章供热管道的应力计算 14 1概述 供热管道应力计算的任务是计算供热管道由内压力 外部荷载和热胀冷缩引起的力 力矩和应力 从而确定管道的结构尺寸 采取适当的补偿措施 保证设计的供热管道安全可靠并尽可能经济合理 进行应力计算时 主要考虑下列荷载所引起的应力 1 由于管道内的流体压力 简称为内压力 作用所产生的应力 2 由于外载负荷作用在管道上所产生的应力 外载负荷主要是管道自重 管子 流体和保温结构的重量 和风雪载荷 对室外管道 3 由于供热管道热胀冷缩所产生的应力 14 1概述 根据危害程度的不同分 一次应力 二次应力 峰值应力 管道应力计算的主要项目 1 选定或校核钢管壁厚 2 确定活
2、动支座的最大允许间距 3 分析固定支座受力情况 计算其受力大小 4 计算供热管道的热伸长量 确定补偿器的结构尺寸及其弹性力等 14 2管壁厚度及活动支座间距的确定 一 管壁厚度的确定 供热管道的内压力为一次压力 承受内压力的理论计算壁厚 应按下式计算 式中 管子理论计算壁厚 mm 计算压力 MPa 管子外径 mm 钢材在计算温度下的基本许用压力 MPa 纵向焊缝减弱系数 14 2管壁厚度及活动支座间距的确定 管子的计算壁厚和取用壁厚 应按如下方法确定 式中 管子的计算壁厚 mm 管子壁厚附加值 mm 在任何情况下 计算采用的管子壁厚附加值C不得小于0 5mm 根据钢管规格选用壁厚 取用壁厚S值
3、 应不小于管子计算壁厚 如已知管壁厚度 进行应力验算时 由内压力产生的折算应力 不得大于钢材在计算温度下的基本许用压力 14 2管壁厚度及活动支座间距的确定 内压折算应力 按下式计算 式中 管子外径 mm 验算时的管子壁厚附加值 二 活动支座间距的确定 在确保安全运行前提下 应尽可能扩大活动支座的间距 以节约供热管线的投资费用 活动支座的最大间距 允许间距 通常按强度条件和刚度条件来定 14 2管壁厚度及活动支座间距的确定 一 按强度条件确定活动支座的允许间距 供热管道支撑在活动支座上 管道断面承受由内压和持续外载产生的一次应力 其二者之和同样应不得大于钢材在计算温度下的基本许用应力值 支撑在
4、多个活动支座上的管道 可视为多跨梁 根据材料力学中均匀载荷的多跨梁 其弯矩如图14 1所示 最大弯矩出现在活动支座处 根据分析 均匀荷载所产生的弯矩应力 比由于内压和持续外载所产生的轴向应力大的多 14 2管壁厚度及活动支座间距的确定 在活动支座处 得 因而 考虑供热管道得塑性条件 供热管道活动支座的允许间距可按下式计算 供热管道活动支座的允许间距 m 管材的许用外载综合应力 MPa 按附录14 3确定 管子断面抗弯矩 cm2 管子横向焊缝系数 见表14 2 外载负荷作用下的管子单位长度的计算重量 N m 式中 14 2管壁厚度及活动支座间距的确定 对于地下敷设和室内的供热管道 外载荷重是管道
5、的重量 对蒸汽管包括管子荷保温结构的重量 对水管还要加上水的重量 对于室外架空敷设的供热管道 q值还应该考虑风载荷的影响 二 按刚度条件确定活动支座的允许间距 管道在一定的跨距下总有一定的挠度 根据对挠度的限制而确定活动支座的允许间距 称为按刚度条件确定的支座允许间距 对具有一定坡度i的管道 如要求管道挠曲时不出现反坡 以防止最低点处出现积水排不出或避免在蒸汽管道启动时产生水击 就要保证管道挠曲后产生的最大角应变不大于管道的坡度 见图14 2管线1所示 根据材料力学中受均匀载荷的连续梁的角应变方程 可得出结论 如管道中间最大挠度等于或小于0 25iL值则管道不会出现反坡 即满足如下方程式 14
6、 2管壁厚度及活动支座间距的确定 同样 考虑供热管道塑性条件 不允许有反坡的供热管道活动支座间的最大允许间距可按下式确定 式中 管道的坡度 管道断面惯性矩 m4 见附录14 3 管道材料的弹性模量 N m2 外载负荷作用下管子的单位长度的计算重量 N m 14 2管壁厚度及活动支座间距的确定 对热水管道存在反坡也不会影响运行 因此 也可采用控制管道的最大允许挠度的方法 来加大活动支座的允许间距 管道的最大允许挠度应控制在 0 02 0 1 DN以内 此时可用下列方程组确定 活动支座的允许间距 m 管道活动支座到管子最大挠曲面的距离 m 管子的刚度 单位管长的计算重量 最大允许挠度 管子坡度 根据以上两式子 用试算法求解 直到为止
