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管道系统中受力组成及力学理论分析

    管道系统中安装轴向膨胀节的管段,在管道盲端、弯头、弯截面处装有截止阀或减压阀的部位及侧支管线分路处,都要设置固定支架。固定支架的间距必须满足管段的热伸长量不超过补偿器所允许的补偿量及管段因热胀冷缩产生的推力不得超过固定支架所承受的允许推力。
    固定支架要考虑波纹管静压推力、变形弹性力等的作用。直管段除设在上述部位外,还可设置中间固定支架。中间固定支架可不考虑静压推力的作用。
    管道作用于固定支架的应力应考虑最不利运行状态下的工况。固定支架所承受的力F=Fp+Fx+Fq。
    1、 管内水压力产生的推力Fp
    管内水压力的作用,会在垂直于管道内壁面上产生压力。在水系统中,理论上管内的水压力会随位置的不同及流量的变化而变化。水在异径处的压力为Fp=P(A1-A2);在管段一端封住或转弯处Fp=PA1。在一个运行的水系统中,由于管内水压力会随位置不同及流量的变化而变化,一般考虑泵不运转时的静压力工况只考虑泵运转,系统满负荷运行时动压力工况。在设计过程中,一般取管段最高工作压力,Fp=100*P*Ap*Fp为膨胀节的轴向压力推力,N、P为管段管道最高工作压力,Mpa、Ap为膨胀节平均直径的有效面积cm2。水在管内流动还会产生其他的力,如流动的水与管壁间的摩擦力,流过弯头时产生的离心力等,由于计算较繁琐,且对固定支架受力的影响较小,一般可忽略。
    2、 膨胀节的弹性力Fx
    膨胀节在使用过程中,会被压缩或拉伸,考虑固定支架受力最大情况,膨胀节产生的弹性力和管内水压力产生的推力要一致,以保证固定支架的强度。Fx=f*Kx*△L*Fx为膨胀节的轴向弹性力,N、Kx为膨胀节的轴向刚度, N/mm、△L为膨胀节实际应用的轴向补偿量,mm、△L=a•L•△t,a=0.012mm/m•C。L为膨胀节的管段间距,m、f为系数,一般考虑其他力的作用,取为1.0~1.05。
    3、 其他作用力Fq
    其他作用力包括:承受管系的质量,承受输送介质的质量,由导向支架、支架和其他管道外部的金属构件所引起的摩擦力,由管道挠曲产生的力和力矩,由管道变径、节流、弯曲、分流而产生的流动阻力。以上部分构成了
膨胀节的其他作用力,此部分应力因管系状态的不同,可以根据影响的大小计算或忽略。

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