第5章_管道应力分析.ppt

（N） (5-74) 式中 F——点1的反作用力，N； G——质量流率，kg/s，按安全阀开启时最大流率的1.1倍； W——点1的出口流速m/s； P——点1的静压，MPa； f——点1处的通流面积，m2； Pa——大气压力，MPa。 5.4 管系的动力分析 为考虑瞬态流动的影响，还应计入动载因子DLF，如何确定DLF将在后面介绍。 5.4 管系的动力分析 放空管在安全阀开启时，受到和两个力的作用。和可按公式(5-74)计算，放空管的支架应能承受垂直方向和水平方向的不平衡力和力矩。 如果放空管出口设计成斜面，则反力将沿斜面的法向作用。 5.4 管系的动力分析 2.闭式排气系统的反作用力 在稳态流动条件下，闭式系统的排出口有一较大的反作用力，管系其他部位所受的力具有自平衡性。其数值可用公式(5-74)计算。但在安全阀开始开启时，由于是不稳定流动，管系要承受较大的冲击力，因此应在管道上设置适当的固定支架。 5.4 管系的动力分析 (四)反作用力的动力放大特性 管系在瞬态载荷作用下受到的力和弯矩一般大于静态值，这种动力放大特性可用动载因子DLF来表征。DLF定义为动挠度与静挠度的最大比值。如果主管道刚性支撑，那么安全阀排气系统(如图5-35所示)可简化成一个单自由度系统。此时，DLF可按下述方法确定。 (1)安全阀系统的振动周期T，参见图5-35 5.4 管系的动力分析 图5-35 安全阀系统 5.4 管系的动力分析 (5-75) 式中 T——安全阀系统的振动周期，s； W——安全阀、入口管、出口管及法兰等的 总重量，kg； h——主管道至出口管中心线的距离，cm； E——设计温度下入口管材料的弹性模量， MPa； I——入口管的惯性矩，cm4。 5.4 管系的动力分析 (2)计算安全阀开启时间t0与周期T的比值t0/T， t0为安全阀从全闭到全开的时间。 (3)由t0/T从图5-36中查出动载因子DLF。 5.4 管系的动力分析 图5-36 开式排气系统的动载因子 5.4 管系的动力分析 安全阀排气管中应严格避免积存液体。当安全阀开启后，高速气流携带积液将形成严重的水锤现象。但在放空管表面附着少量冷凝液是可能的，这也可能增加气流对管系的作用力，同时考虑到安全阀开启时间难于确定，以及存在不稳流动等因素，建议DLF取2为宜。 5.4 管系的动力分析 (五)安全阀出口的反作用力矩 由反作用力引起的弯矩可按式(5-76)计算: (N·m) (5-76) 式中 M1——弯矩，N·m； F——反力，N； d——分析点到反力作用线的距离，m； DLF ——动载因子。 5.4 管系的动力分析 当介质为含氢气体，其平均分子量为8时可计算出： , , , 由计算可知，用氮气操作时，管道受到的不平衡力较大，为1246N，可使连接的管支架承受此力。支架应具有一定刚度，刚度太小容易产生过大的变形，因此支承点的变形控制在2～3mm之内为宜，同时还需校核支架危险部位的应力，使其不超过许用应力。 5.4 管系的动力分析 (五)控制流体脉动的主要措施 1.选择合理的气缸作用方式 气流脉动是由于气缸的周期性激发所致，不同的气缸作用方式将产生不同的气流脉动情况。因此，选择合理的气缸作用方式，可从根本上降低进出口管道的气流脉动。在表5-7中，方案2、6、7、10是较好的气缸作用方式。当然，压缩机选型还必须综合考虑其它条件。 对往复泵来说，上述考虑亦同样重要。 5.4 管系的动力分析 2.管系重要区段的设计 管系重要区段是指压缩机或泵的进出口到缓冲罐的连接管段。这一管段属于压力不均匀度较高的区段，管道振动常常发生在这一区段。重要区段的设计一般应考虑下列原则： 5.4 管系的动力分析 (1)重要区段的长度应避开共振管长。