管道应力教程

1、什么叫应力？应力是指物体内该点单位面积上的内力，什么叫应力分析？应力分析是通过计算得到物体内的应力分布和数 值。管道的应力分析分为：静力分析和动力分析应力分析目的：静力分析：1）压力、重力等载荷作用下的管道一次应力计算一一防止塑性变形的破坏；2）热胀冷缩以及端点附加位移等位移载荷作用下的管道二次应力计算防止疲劳破坏；3）管道对机器、设备作用力的计算一一防止作用力过大，保证机器、设备正常运行；4）管道支吊架的受力计算一一为支吊架设计提供依据；5）管道上法兰的受力计算一一防止法兰泄漏6）管系位移计算一一防止管道碰撞和支吊点位移过大。动力分析：1）往复压缩机（泵）管道气（液）柱固有频率分析一一防止气

2、（液）柱共振；2）往复压缩机（泵）管道压力脉动分析一一控制压力脉动值；3）管道固有频率分析一一防止管道系统共振；4）管道强迫振动回应分析一一控制管道振动及应力；5）冲击载荷作用下管道应力分析一一防止管道振动和应力过大；6）管道地震分析防止管道地震应力过大什么叫一次应力、二次应力一次应力是由于压力、重力与其它外力荷载的作用所产生的应力。它 是平衡外力荷载所需的应力，随外力荷载的增加而增加。一次应力的 特点是没有自限性，即当管道内的塑性区扩展达到极限状态，使之变 成几何可变的机构时，即使外力荷载不再增加，管道仍将产生不可限 制的塑性流动，直至破坏。二次应力是由于管道变形受到约束而产生的应力，它由管

3、道热胀、冷 缩、端点位移等位移荷载的作用而引起。它不直接与外力平衡，而是 为满足位移约束条件或管道自身变形的连续要求所必需的应力。二次 应力的特点是具有自限性，即局部屈服或小量变形就可以使位移约束 条件或自身变形连续要求得到满足，从而变形不再继续增大。二次应 力引起的是疲劳破坏。在管道中，二次应力一般有热胀、冷缩和端点 位移引起。作用在管道上的荷载一览表荷载的种类荷载特点荷载来源注一次应力内、外压力在装置运行时产生，属长期静荷载装置运行时在操作温度下，管内流体的内、外压因为在运行条件下管内压力和温度有种 种变化，所以取最不利的压力温度组合 作为设计条件重力长期静荷载其中包括管道、阀门、管件、隔

4、热材料和流动介质的重量应区分均布荷载和集中荷载环境影响短期静荷载管内气体或蒸汽，在停工时由于大气的 冷却，管内形成负压。由于气温升高或 太阳直射使管内压力升高通常在应力分析中不考虑，必要时设真空破坏器或安全阀防止管道破坏试验荷载短期静荷载管道安装完毕后，进行水压试验或气压试验的荷载一般试验压力根据有关规范确定积雪荷载短期静荷载降雪地区的室外管道按气象资料确定风荷载短期静荷载作用于室外管道一般根据气象资料按静力计算地震荷载短期静荷载由地震引起的振动一般根据有关资料按静力计算压力冲击（水锤）短期静荷载机泵启动或关闭时，阀门快速启闭时和蒸汽管道暖管时等在运行规程中设定机泵启动和关闭的规 定，蒸汽管暖

5、管的规定，对大口径的水 泵出口设缓闭的逆止阀，以减少冲击荷 载荷载的种类荷载特点荷载来源注二次应力热膨胀变形在管道上产生交变应力，每运行周期变化一次应管道热胀或冷缩，管道变形而产生的交变应力用计算机程序或有关图表计算安装时冷紧冷紧可减少管道对设备和固定支架的力施工过程中产生对二次应力无影响管道端点位移在管道上产生交变应力与管道连接的设备膨胀用计算机程序或有关图表计算管道振动长期振动荷载管道受往复式机泵的压力脉动、两相流的压力脉动和机泵喘振而引起的振动往复式机泵的进出口设置缓冲罐或增加管道的刚度设备或支架基础下沉可能引起刚度对设备或支架的作用力改变或法兰泄漏基础较差如果在设计时能预知可能的下沉量

6、，应在设计中予以考虑管道柔性：管道柔性是反映管道变形难易程度的概念，表示管道通过自身变形吸 收热胀、冷缩和其他位移变形的能力。管道设计时，应在保证管道具有足够柔性来吸收位移应变的前提下，使管道的长度尽可能短或投资尽可能少。增加管道柔性的措施：（1）改变管道的走向（2）选用波形补偿器或球形补偿器（3）选用弹簧支吊架补偿的方法有两种：自然补偿和补偿器补偿补偿器种类有三种：n型补偿器，波形补偿器和套管式补偿器或球形 补偿器。n形补偿器结构简单、运行可靠、投资少、在压力管道设计中广泛使 用，n形补偿器尽量布置在两固定点中间，若不能居中布置其与固定 点的距离不应小于两固定点间距的三分之一。为了防止管道横

7、向位移 过大，应在n形补偿器两侧设置导向架，导向架应与弯头有一定距离， 以防止弯头处弯曲应力过大。波形补偿器能力大、占地小、但制造较为复杂，价格高，适用于低压 大直径管道。套管式或球形补偿器因填料容易松弛，发生泄漏，因此很少采用。在 有毒及可燃介质管道中严禁采用无约束金属波纹管膨胀节应注意：（1）两个固定支座之间的管道中仅能布置一个波纹管膨胀节（2）两个固定支座之间的管道应具有同样的直径并成一条直线；（3）固定支座必须具有足够的强度，以承受内压推力的作用（4）对管道必须进行严格地保护，尤其是靠近波纹管膨胀节的部位 应设置导向支架，第一个导向支架与膨胀节的距离应小于或等 于4DN，第二个导向支架

8、与第一个导向支架的距离应小于或等 于14DN，以防止管道产生弯曲和径向偏移造成膨胀节的破坏；（5）正确地进行预拉伸或预压缩量的计算。带约束的金属波纹管膨胀节的几种型式（1）单式铰链型膨胀节（2）单式万向铰链型膨胀节（3）复式拉杆型膨胀节（4）复式铰链型膨胀节（5）复式万向铰链型膨胀节（6）弯管压力平衡型膨胀节（7）直管压力平衡型膨胀节支架的种类和型式承重型：（1）刚性支吊架（2）可调刚性支吊架（3）可变弹簧支吊架（4）恒力弹簧支吊架限制型：（1）固定架（2）导向架（3）止推架防振型：（1）防振管卡（2）阻尼器（也叫防振器、缓冲器）双吊点吊架：PHA、PHE、LHA、LHE单吊点吊架：PHB、P

9、HC、LHB、LHC座式：PHD、ZHA、ZHB配管专业向应力专业提条件的内容（1）管号、管道材料等级、管道类别、管道材质（2）管道走向、尺寸、标高、管内介质及介质密度和流向（3）管径、壁厚、弯头的曲率半径（4）可以设置支吊架的位置及支吊架型式（5）阀门、法兰等刚性元件的重量、保温层的厚度和密度，以及其 他集中或均布荷载条件（6）管道计算温度、计算压力和管内介质密度（7）正常操作条件外的特殊工况，如开车、停车、除焦、再生、吹 扫等工况（8）机器制造商的允许受力要求（9）往复泵的激振频率（10）管道端点约束条件或附加位移、管道所连接的设备应力专业向管道专业返条件的内容：（1）管道端点和各约束点、与机器设备的连接点、固定点、支吊点、 止推点和导向点以及位移给定点处的安