压力管道强度计算...doc
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1、压力管道的强度计算1 承受内压管子的强度分析 按照应力分类,管道承受压力载荷产生的应力,属于一次薄膜应力。该应力超过某一限度,将使管道整体变形直至破坏。承受内压的管子,管壁上任一点的应力状态可以用3个互相垂直的主应力来表示,它们是:沿管壁圆周切线方向的环向应力,平行于管道轴线方向的轴向应力z,沿管壁直径方向的径向应力r,如图21,设P为管内介质压力,Dn为管子内径,S为管子壁厚。则3个主应力的平均应力表达式为管壁上的3个主应力服从下列关系式:zr根据最大剪应力强度理论,材料的破坏由最大剪应力引起,当量应力为最大主应力与最小主应力之差,故强度条件为e=-r将管壁的应力表达式代入上式,可得理论壁厚
2、公式图21 承受内压管壁的应力状态工程上,管子尺寸多由外径Dw表示,因此又得昂一个理论壁厚公式2管子壁厚计算承受内压管子理论壁厚公式,按管子外径确定时为按管子内径确定时为式中:Sl管子理论壁厚,mm;P管子的设计压力,MPa;Dw管子外径,mm;Dn管子内径,mm;焊缝系数;t管子材料在设计温度下的基本许用应力,MPa。管子理论壁厚,仅是按照强度条件确定的承受内压所需的最小管子壁厚。它只考虑了内压这个基本载荷,而没有考虑管子由于制造工艺等方面造成其强度削弱的因素,因此它只反映管道正常部位强度没有削弱时的情况。作为工程上使用的管道壁厚计算公式,还需考虑强度削弱因素。因此,工程上采用的管子壁厚计算
3、公式为Sj=Sl+C (2-3)式中:Sj管子计算壁厚,mm;C管子壁厚附加值,mm。(1)焊缝系数()焊缝系数,是考虑了确定基本许用应力安全系数时未能考虑到的因素。焊缝系数与管子的结构、焊接工艺、焊缝的检验方法等有关。根据我国管子制造的现实情况,焊缝系数按下列规定选取:1对无缝钢管,=10;对单面焊接的螺旋线钢管,=06;对于纵缝焊接钢管,参照钢制压力容器的有关标准选取:双面焊的全焊透对接焊缝:100无损检测 =10;局部无损检测 =0S5。单面焊的对接焊缝,沿焊缝根部全长具有垫板:100无损检测 =09;局部无损检测 =08;(2)壁厚附加量(C)壁厚附加量C,是补偿钢管制造:工艺负偏差、
4、弯管减薄、腐蚀、磨损等的减薄量,以保证管子有足够的强度。它按下列方法计算:C=C1+C2(2-4)式中:C1管子壁厚负偏差、弯管减薄量的附加值,mm;C2管子腐蚀、磨损减薄量的附加值,mm。管子壁厚负偏差和弯管减薄量的附加值:在管子制造标准中,允许有一定的壁厚负偏差,为了使管子在有壁厚负偏差时的最小壁厚不小于理论计算壁厚,管子计算壁厚中必须计人管子壁厚负偏差的附加值。在管子标准中,壁厚允许负偏差一般用壁厚的百分数表示,令为管子壁厚负偏差百分数,则得热轧无缝钢管。值的规定值见表21。表21 普通钢管厚度负偏差值2钢管种类壁厚(mm)负偏差%普通高级碳素钢和低合金钢20201512.512.510
5、不锈钢1010-20152012.515如果需要同时计及弯管减薄量的补偿,则壁厚附加值可按下列方法考虑:3在弯制管予时,弯管的外侧壁厚将减薄,内侧壁厚将加厚。目前一般采用的热弯工艺,弯管减薄量约为810,但弯管在内压作用下的应力分布与直管有区别,在弯管弯曲半径大于管子外径4倍,弯管减薄量为810时,内压引起的环向应力比直管约大5。在此情况下,工程上一般将弯管与直管取相同的理论壁厚,而在壁厚附加值中计人一定的裕量。作为对弯管减薄量的补偿。壁厚附加值由下式计算:以上为无缝钢管管子壁厚附加值C1的计算方法。对于采用钢板或钢带卷制的焊接钢管,其壁厚负偏差就是钢板、钢带的允许负偏差。这时的C1值可按下列
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