鋼襯塑管道生產(chǎn)廠家

　　<<工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范>>GB50235—97中，第7.5節(jié)

　　壓力試驗，第7.5.2條 壓力試驗前應(yīng)具備下列條件中，第7.5.2.3款規(guī)定：管道上的膨脹節(jié)已設(shè)置了臨時約束裝置。為防止補償器在試壓過程中因為受到管道軸向拉力的作用產(chǎn)生拉伸變形，根據(jù)該規(guī)定，管道在試壓前需對波紋膨脹節(jié)進行加固。

　　加固的方法如圖1所示，用3塊厚度(用t表示)為20mm的鋼板，

　　加工成高度為(用h表示)1lOmm的門形，均布的焊接固定在膨脹節(jié)兩側(cè)的管道上，使得試壓時的拉力由門形鋼板承擔。

　　在試驗壓力達到0.28MPa時，3#熱風(fēng)爐冷風(fēng)支管Фl600×14上

　　的波紋膨脹節(jié)出現(xiàn)了問題，膨脹節(jié)出現(xiàn)了拉伸變形（拉長了30～65mm），加固的門型鋼板產(chǎn)生了彎曲和拉伸塑性變形。

　　針對這一問題，根據(jù)材料力學(xué)對加固措施進行理論計算和分析。

　　一、試驗壓力下的受力計算

　　1.試驗產(chǎn)生的軸向拉力

　　管道內(nèi)截面積S：

　　S=丌/4 ×1602（cm2）=3.14/4 ×1602=20096（cm2）

　　試驗壓力為Pl=0.28MPa時的軸向拉力：

　　P1 = pl×S = 0.28MPa ×20096 cm2 = 562688(N)

　　試驗壓力為p2 = 0.456MPa時的軸向拉力：

　　P2 = p2×S= 0.456MPa×20096 cm2= 916378(N)

　　2、軸向拉力(P1、P2)對門型加固板產(chǎn)生的拉應(yīng)力

　　門型加固板截面積A = 110高× 20厚×3塊= 6600mm2

　　σpl = Pl／A = 56268.8kg／66cm2 = 853kg／cm2 = 85.3 MPa

　　σp2 = P2／A = 91637.8kg／66cm2 = 1389kg／cm2 = 138.9 MPa

　　3、軸向拉力對門型加固板產(chǎn)生的彎矩及彎曲應(yīng)力(在a-a截面)

　　軸向拉力對門形加固板產(chǎn)生的最大彎矩：

　　M1 = P1÷3×H = 562688N÷3×215mm = 40325973(N mm)

　　M2 = P2÷3×H = 916378N÷3×215mm = 65673757(N mm)

　　截面抗彎摩量Wz = t×h2÷6=20×1102÷6=40333(mm3)

　　由M產(chǎn)生的彎曲正應(yīng)力：

　　σml = M1／Wz = 40325973(N mm)／40333(mm3) = 999.8 M Pa

　　σml = M2／Wz=65673757(N mm)／40333(mm3) = 1628 M Pa

　　4、拉伸和彎曲產(chǎn)生的最大組合應(yīng)力

　　σl = σP1+σml = 85.3 MPa + 999.8 MPa = 1085 MPa

　　σ2 =σP2+σm2 = 138.9 MPa+1628MPa = 1767 MPa

　　5、許用拉伸應(yīng)力

　　對塑性材料：

　　許用應(yīng)力[σ]= σ0／n(極限應(yīng)力／安全系數(shù))= σS／n

　　對于材質(zhì)Q235 ，σs = 235MPa 取n ＝ 2

　　[σ]= σs／n = 235／2= 117.5 MPa

　　6、很顯然，σ1、σ2的數(shù)值都遠大于許用應(yīng)力值

　　σ1 = 1085 MPa >σs ＝ 235MPa

　　σ2 = 1767 MPa >σs ＝ 235MPa

　　二、分析

　　1、每個膨脹節(jié)設(shè)置了3塊加固板，如果將加固板數(shù)量增加到8塊并加大截面尺寸至200mm×20mm(H相應(yīng)增大到250mm)，則：

　　軸向力P = P2 = 916378(N)

　　門型加固板截面積A=200高×20厚×8塊= 32000mm2

　　拉應(yīng)力σp = p2／A = 916378N／32000mm2 = 28.6 MPa

　　彎矩M = p÷8×H = 916378N÷8×250mm = 28636813(N mm)

　　截面抗彎摩量Wz = t×h2÷6 = 20×2002÷6=133333(mm3)

　　彎曲應(yīng)力σm = M／Wz = 28636813(Nmm)／133333(mm3) = 214.8MPa

　　最大組合應(yīng)力σ = σp+σm = 28.6 MPa + 214.8 MPa = 243MPa

　　σ = 243 MPa > σs = 235 MPa

　　可見，即使增加了加固板的數(shù)量且加大加固板尺寸，技術(shù)上也不可取。而且8塊加固鋼板的重量總共達到350公斤，材料消耗也較大。

　　2、從上面的數(shù)據(jù)中可以看出，彎曲應(yīng)力與拉伸應(yīng)力的比值分別為：σm1／σp1 = 11.7、

　　σm2／σp2 = 11.7、

　　σm／σp = 7.5，

　　說明：彎矩對加固板的影響要比拉力的影響大的多。因此，改變加固方法，盡可能不產(chǎn)生彎矩是很重要的。

　　三、采用螺桿連接的加固方法

　　1、用螺桿拉緊焊接在波紋膨脹節(jié)兩側(cè)管道上的固定板，螺桿與

　　固定板之間為鉸接，管道試壓時產(chǎn)生的軸向拉力不會對螺桿產(chǎn)生彎矩，螺桿只承受軸向拉力。對螺桿的強度計算就只計算拉伸應(yīng)力。如下：

　　考慮用6條M36螺桿，其有效截面積為S

　　S = 6×817 mm2 = 4902 mm2

　　軸向拉力 P = 916378(N)

　　拉應(yīng)力σ = P／S = 916378／4902 = 187 MPa

　　安全系數(shù)n = σs／σ= 235÷1 87 = 1.26倍

　　2、當已知螺桿尺寸和數(shù)量，求能承受的試驗壓力時，可以參考以

　　下計算方法：

　　例如：用6條M24螺栓，試壓壓力最大為多少?

　　有效截面積為S = 6×3.53 cm2 = 2118 mm2

　　若取安全系數(shù)n =1.5倍

　　則P = 235×2118= 497730(N) = 49773 kgf

　　P = 試壓壓力×丌×(1600／2)2

　　試壓壓力 = 497730／丌×640000 = 0.2477 MPa

　　結(jié)果：僅靠6條M24螺桿，當試壓壓力達到0．2477MPa時，螺桿

　　便產(chǎn)生塑性變形。

　　四、結(jié)論

　　1、設(shè)計有膨脹節(jié)的管道進行壓力試驗時，需要對膨脹節(jié)進行加固，推薦采用螺桿連接的加固方法。

　　壓力試驗前，對膨脹節(jié)進行如上圖示方法進行加固，此種結(jié)構(gòu)至

　　少在圓周均布多點，并且對焊縫、筋板、拉桿進行詳細的抗剪、抗彎、

　　抗拉強度計算。

　　2、不應(yīng)使用的加固方法

　　在施工中，過去采用如下圖示的加固型式，這是不可取的，容易

　　造成事故。除非迫不得已，必須對焊縫及使用的材料有詳細的力學(xué)計

　　算，并將計算結(jié)果及詳細資料報公司技術(shù)部門審核批準方可采用。

　　根據(jù)某公司蒸汽管道波紋膨脹節(jié)試壓時出現(xiàn)的事故，我進行了詳細的理論計算和分析，從技術(shù)上找到了解決問題的辦法，得出上述結(jié)論。