管道活动端金属软管的设计计算

1、活动端点间管道连接的设计计算雷帮伟 （综合设计所）摘 要：软管经常应用于各种管线中，用于连接会发生相对位移的两管段端点，既能起到补偿位移量的作用，又能良好地适应端点间的相对移动。但是，对于位移量大的场合，软管长度及布置方式设计不合理时，经常会出现软管被拉断、挤破的现象，针对该问题，本文提出一种较合理、可行的计算方法，期望可以为以后工程中软管的设计计算提供一种解决方法。关键词：活动端点；金属软管；设计计算； 1引言在一些工程的动力管道设计过程中，经常会遇到某段管段两端点非固定，相对位置时刻发生变化，针对这种情况，一般需设置柔性软管进行连接，既能起到补偿位移量的作用，又能良好地适应端点间的相对移动

2、。但是，由于软管长度及布置方式设计不合理，经常出现软管被拉断、挤破等现象，因此，本文将通过介绍某修船基地动力管道金属软管设计计算的工程实例对金属软管的设计计算进行分析和讨论。2 工程背景某一修船基地项目1有舾装码头及浮船坞等修船设施，并配套设置动力管线（压缩空气、氧气、乙炔）、给排水管线以及供电管线，浮船坞、趸船与引桥及搁墩间的动力管线及给排水管线采用金属软管连接。根据业主以往的工程使用经验，设置于搁墩与趸船以及趸船与船坞之间的金属软管由于设计不当，经常出现软管被拉断、被挤破以及浸入水中的现象，影响了工程的正常运营，为解决该问题，经过与业主使用单位及产品厂家进行沟通，并查阅相关文献2，作者提出

3、了一种较简单的金属软管设计计算方法，本文将以该工程3浮船坞动力管道金属软管的设计计算为例对该方法进行介绍。3 计算条件该工程3#浮船坞通过2趸船和2钢便桥与9b引桥连接，如图1所示。2#钢便桥搁墩与2#趸船以及2#趸船与3#浮船坞连接处的动力管道采用金属软管连接。图1 3浮船坞平面布置图金属软管的设计计算主要涉及到软管长度、软管两端点相对高度以及相对距离的计算。通过与业主使用单位以及金属软管厂家的讨论和沟通后，确定软管设计应满足以下产品及使用要求：Ø 软管的曲率半径不应小于该管道直径的最小曲率半径（一般曲率半径为管道直径的12倍）并满足两端最小直段长度的要求；Ø 在软管两端

4、产生垂直向相对运动时，软管不会浸入水中（这种情况主要发生在涨潮和沉坞的情况下）；Ø 在软管两端产生水平向相对运动时，软管不会被挤坏或拉断；根据产品厂家的数据、相关规范3以及现场使用的情况，在理想情况下，可以认为金属软管外形是由一些直线段和一些圆弧段组成的，圆弧的曲率半径需满足产品最小曲率半径的要求，因此，本文提出，以软管两端漂移量最大作为最不利条件计算软管所需的理论最小长度，并以两端漂移量最小时的位置校核理论最小长度，校核结果如果满足软管不浸入水中且不被挤破，则理论最小长度满足设计要求，否则，调整两端间距或两端支架高度，重新计算理论最小长度并进行校核，直至满足设计要求。下面将以2钢便

5、桥搁墩至2趸船的金属软管设计为例进行计算。设计前提：Ø 设计高水位4.13m，设计低水位0.56m。Ø 2趸船与2钢便桥搁墩设计距离为8m，设计漂移量为2m；Ø 2趸船深3m，吃水1.5m；位置示意图详见图2。图2 2趸船与2钢便桥位置平面示意图4设计计算在潮位涨落和水流的共同作用下，趸船的漂移无较规律路线，因此，在进行计算时按最不利情况进行考虑，只要最不利情况满足要求，则其他情况也满足要求。选取最不利点：根据图2可知，当趸船位于位置且为最低设计水位时，趸船与搁墩的距离最远，这时，金属软管的长度需要满足不被拉断的要求，也即在该位置需要的金属软管长度最长；当趸船位于

6、位置且为最高设计水位时，趸船与搁墩的距离最近，此时，金属软管的长度需满足不被挤破且不浸入水中的要求，也即在该位置时需要的金属软管长度最短。由于趸船与搁墩的相对位置都已经确定，要满足以上两点要求，可以通过对搁墩和趸船上管道支架的高度进行调整，使其满足要求。下面将以DN200的压缩空气管道为例进行计算，其他管道计算方法相同。计算步骤：1、 管架高度的确定根据初步估算，趸船上管架高度取4m，搁墩上管架高度取6m。2、 计算位置金属软管的理论最小长度理论最小长度是根据软管在满足最小曲率半径和端头直段长度后其余段采用直线的情况下确定的，详见图3。金属管理论最小长度Lmin计算公式：式中Lmin金属软管理

7、论最小长度，（m）；L1直线段长度，(m)；L2为了保证两端焊接点不收横向力而需预留的直段长度，取0.7(m)；R最小曲率半径，（m）;DN200的管段最小曲率半径为2m；左端圆弧段角度，（°）；右端圆弧段角度，（°）；3、 用位置计算的理论最小长度校核位置是否不被挤破且不浸入水中在位置时，软管两端点距离为2.6m，大于其最小曲率半径，假设软管底部为一直径为5.2m的半圆弧，则根据其两端点高差2.37m、以及软管总长为位置计算的理论最小长度15.575m，可以计算左端直段长度L12.453m，右端直段长度L2=4.817m，这两段长度都大于金属软管产品要求的两端直段长度不小

8、于0.7m的要求，详见图4。根据以上参数可计算金属软管底部比最高水位高约0.5m左右，可以满足软管不入水的要求；软管底部弯曲半径为2.6m，大于产品的12倍直径（2.4m）的要求，金属软管不会被挤破。因此，在位置计算的金属软管理论最小长度满足产品的使用要求。根据以上计算结果，设计选取2钢便桥至2趸船的金属软管长度为16m，考虑需在理论最小长度的基础上留一点余量。虽然2趸船和3浮船坞都发生漂移，且浮船坞还有沉坞和浮坞操作，其相对运动更复杂，但2趸船上3浮船坞金属软管长度的计算方法与2搁墩上2趸船的计算方法基本相同。图3 位置金属软管理论最小长度示意图图4 位置金属软管长度校核示意图根据计算，2趸船与3船坞之间的金属软管长度为20m，2趸船上管架高11m， 3船坞管架高4m。截止目前，3浮船坞已投入使用近3年时间，其间，整个动力管线运行良好，金属软管基本没有出现以前经常被拉断或挤破的现象。5 结语综上所述，本文所介绍的活动端点间金属软管的设计计算方法通过简化计算，既优化了计算模型，能又能满足设计使用要求，在理论及工程实践中都是可行的。在应用本方法时，只要能准确分析活动端点相对位移、正确选择端点移动的最大及最小位移、合理选取两端点高度并结合金属软管的产品性能及安装要求，基本可以圆满地解决工程中遇到的类似问题，也符合相关规范要求3。同时，