由热位移反算所需波数、校核单波位移与疲劳寿命,给出压力推力 / 弹性力 / 摩擦力的固定架合力,以及导向架 4D–14D 布置与导流筒判据 · 对应《管道应力分析与工程应用》第三章膨胀节相关节
| 校核项 | 计算值 | 限值 / 要求 | 结论 |
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| 作用力 | 符号 | 数值 | 说明 |
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| 项目 | 符号 | 数值 | 说明 |
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| 部位 | 取值 | 说明 |
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① 热位移 ΔL = α·L·(T₁−T₀),mm。冷紧比 k 时:冷态变形 δc = k·ΔL(预拉伸),热态压缩 δh = (1−k)·ΔL;循环幅值仍为 ΔL。
② 单波位移 δ = ΔL / n ≤ 单波额定位移 δr。所需波数 n₁ = ⌈ΔL/δr⌉。
③ 疲劳寿命 N = Nr·(δr/δ)^m,m 为疲劳指数(奥氏体成型波纹管常取 3.5,按厂家可取 3.0~4.0)。令 N ≥ 设计循环次数,得 n₂ = ⌈ΔL/[δr·(Nr/N)^1/m]⌉;取 n_req = max(n₁, n₂)。
④ 压力推力 Fp = P·Ae(MPa×mm² = N)。Ae 为波纹管有效面积,按平均直径 Dm 计算:Ae = π/4·Dm²。约束型(拉杆 / 铰链 / 压力平衡)的 Fp 由内部构件承担,不传给固定架。
⑤ 弹性力 Kax = kn/n(N/mm);Fe = Kax·δ(N)。热态按 δh、冷态按 δc。
⑥ 摩擦力 Ff = μ·9.81·q·L/1000 kN,q 为含介质与保温的单位长度重量(kg/m),此处按管重 + 介质估算,未计保温与集中荷载。
⑦ 固定架合力 无约束轴向型:F = Fp + Fe + Ff(压力推力与弹性力同向);约束型:F = Fe + Ff。取热态 / 冷态大者作为设计值。
⑧ 导向架间距 第一导向架距膨胀节 ≤ 4·DN(mm),第二与第一之间 ≤ 14·DN,其后按基本跨距(见工具 2)。DN 取公称直径的毫米数值,如 DN200 → 800 / 2800 mm。
⑨ 导流筒判据 气体:DN ≤ 150 时 u > 0.05·DN(m/s),DN > 150 时 u > 8 m/s;液体:DN ≤ 150 时 u > 0.02·DN,DN > 150 时 u > 3 m/s。10DN 内有湍流源时有效流速按 4u 计。
⑩ 导流筒厚度 基准按 DN 取 0.6~2.5 mm,再按 t = t₀·√(Ls/460)·√(u/30) 修正(Ls 为导流筒长度 mm),取两者大值。