L管系两铰链膨胀节计算方法研究.pdf

静设备 P石油化工设备技术，2015，36(1)·1· etro—ChemicalEquipmentTechnology L管系两铰链膨胀节计算方法研究 张 仲 (中国石化工程建设有限公司，北京 100101) 摘 要 ：针对在热力管道系统中，铰链膨胀节及其配套系统的计算 ，其求解过程复杂和繁琐 ，国内外都缺 少必要计算方法。文章在三铰链管系研究的基础上，通过数学解析法，利用材料力学q-的悬臂梁受力变形和 三铰链膨胀节的几何位移计算方法，提 出了一种虚拟三铰链 的计算方法 ，对两铰链膨胀节 L管系进行近似 的数学解析计算 。通过对计算结果验证 ，虚拟三铰链计算方法是一种相对简单 ，安全可行 的计算方法。 关键词 ：转角 悬臂梁 虚拟三铰链膨胀节 铰链膨胀节由于铰链板 的位限，使用单个铰 大柔度管段 。在实 际工程 中，柔性管段的长细比 链膨胀节只能提供角位移 ，不能直接承受拉伸和 应该在 1O以上。而在刚度管段 ，与膨胀节的刚度 压缩 ，一般人们将 3个铰链膨胀节组合起来吸收 相 比，管段刚度要大得多，故可将管段视为 刚 管系的热位移量 。近年来在工程中两铰链膨胀节 性体。 也常被采用 。有关两铰链管系详细的求解十分复 图 1是一个安装有两铰链膨胀节 的 L管系 杂和繁琐 ，目前 国内还没有一套完整准确 的设计 示意 。 方法 。EJMA“也没有对两铰链膨胀节 L管线具 体计算方法做 出说 明。一些近似地计算方法 ，也 与实 际存在较大差距。针对上述问题 ，本文在前 人对三铰链膨胀节管系研究 的基础上，利用材料 力学和三铰链膨胀节 的几何位移计算方法 ，提出 了一种两铰链膨胀节 L管系的数学解析方法 。 图 1 两铰链 L管系示意 1 计算模型的建立 A、B为 2个 固定支点；D、E为 2个铰链膨 为 了计算简便 ，在对计算结果影 响不大的情 胀节 ； 况下，做 以下几点假定和说明： AC为大柔度管段 ，BD、DE、EC 的为刚性 1)在膨胀节的受力计算 中，不考虑管系和膨 段 。各段长度、热膨胀量及热膨胀系数 已知。求 胀节 自重的影响 。因为在实际工程 中，当管系和 解在热状态下 ，膨胀节的角位移及管道 AC的转 膨胀节 自重较大时 (如带 隔热衬里 的高温管系)， 角和位移量 。 一 般管系都需另加支撑 (如弹簧支架或吊架等)。 2 两铰链膨胀节管系热状态的几种形式 2)管系上 的所有 的导 向支架 、弹簧 吊架 、滑 图1管系，在热态下 ，将可能会出现如图2所 动支座和滚动支座等 中间支撑结构产生 的摩擦 示的3种变形形式。图2中，虚线表示原管系，粗 力 ，忽略不计 。 实线 AH、BF、FG、GH 分别表示 图 1中的AC、 3)两铰链膨胀节要 吸收管系热位移 的必要 BD、DE、EC热态下长度。0为水平管端 H 点 的 条