← 返回应力工具集 hansfei.cn

膨胀节选型与固定架推力计算

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

1. 管系与热位移 α 随温度自动取值

管材
安装温度 T₀
℃
操作温度 T₁
℃
线膨胀系数 α
×10⁻⁶/℃
随材料与操作温度自动插值,可手动覆盖
补偿段长度 L
m
冷紧比 k
L 为两固定点之间需补偿的管段展开长度,不是管道全长
横向位移 Δy
mm
纯轴向型膨胀节不能吸收横向位移;有横向位移应改选复式拉杆或铰链型

2. 运行条件 导流筒与推力计算用

设计压力 P
MPa
介质流速 u
m/s
介质相态
导流筒判据按气体 / 液体分别取流速限值;含固体颗粒一律建议设导流筒
10DN 内湍流源
弯头、三通、阀门、变径、过滤器等;存在时有效流速按 ×4 计入
设计循环次数
次
导向架摩擦 μ
—
循环次数按全寿命开停车与温度循环总数计;μ 钢对钢约 0.3,带滑板约 0.1~0.15

3. 膨胀节参数 随管径给出典型值,须按厂家样本核实

型式
型式决定压力推力由谁承担:无约束轴向型由固定架承担,约束型由拉杆 / 铰链承担
固定架可承压推
设备管口或土建不能承受压力推力时选"否",工具会提示改用压力平衡型
波数 n
个
单波额定位移
mm
单波轴向刚度
N/mm
有效面积 Ae
mm²
额定循环次数
次
疲劳指数 m
—
单波额定位移、单波轴向刚度、有效面积 Ae 均按管径给出典型值量级;正式选型必须以膨胀节厂家样本为准。Ae 决定压力推力,对结果影响最大,务必核实。

4. 管子规格

公称直径
外径 Do
mm
壁厚 t
mm

5. 计算结果

—
请输入参数

选型校核

校核项计算值限值 / 要求结论

固定架受力

作用力符号数值说明

过程量

项目符号数值说明

导流筒判定

导向架与固定架布置

部位取值说明
波数敏感性(单波位移 / 寿命 / 弹性力随波数变化)
加波数可同时降低单波位移(提高寿命)与整体轴向刚度(降低弹性力),但波纹管加长后须复核柱稳定性与平面失稳。
膨胀节型式对照(点开查看)
公式与适用条件(点开核对)

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。

本页未作的校核:柱稳定性与平面失稳(须由厂家按 EJMA / GB/T 12777 计算)、波纹管高温蠕变与材质适配、自体固有频率与流致振动、侧向位移与角位移的组合、拉杆与铰链强度、地震与风载。参数为行业通用口径与典型值量级,非某本具体书籍原文抄录;正式设计请用应力软件建模并按 GB/T 12777 / EJMA / GB 50316 / HG/T 21629 复核。