直埋保溫管道的應力分析
發表時間:2019-10-03 15:14:11 作者:雕刻機

直埋管道的安全性取決于管道的應力。管道中的應力可分為:
  一次應力:管道在內壓和管道自重產生的應力;
  二次應力:由于熱脹冷縮變形不能釋放而產生的周向溫差應力;
  峰值應力:直管向結構不連續的管件釋放變形,在該管件上產生的應力。
  由于存在土壤支撐可以看作是連續不斷的支架,管道自重產生的一次應力很小。由于存在土壤的磨擦作用,使管道的熱膨脹不能自由釋放,在管道中產生了很大的溫差二次應力。二次應力的水平遠遠高于一次應力,直埋管道的安全性主要取決于二次應力。
  例 2 :在例 1 中若由于土壤磨擦力的約束,使管道的熱膨脹完全不能釋放,這段管道被稱為錨固段,計算內壓引起的一次應力 σ1 、溫差引起的二次應力 σ2 以及管道的軸向力 Na。
  內壓引起的一次應力 σ1 :
  式中: V :鋼管的泊松系數,取 0.3 ;
  Pd :管道的計算壓力, 1Mpa ;
  Di :鋼管內徑, 0.115m ;
  δ:鋼管臂厚, 0.0045m ;
  計算得: σ1=11Mpa
  溫差引起的一次應力 σ2 : σ2=Ea(t-t0)
  式中: E : 20 號鋼彈性模量, 19 × 104Mpa
  a : 20 號鋼線膨脹系數, 11.2 × 10 -σm /m·℃
  t :管道工作溫度, 120 ℃
  t0 :管道安裝溫度, 20 ℃
  管道的軸向力 Na 為 (σ)
  Na= σ2A
  =221 × 10σ × 0.0022
  =48σ,200N
  即管道的軸向力為 48 , σ2t

  由計算結果看出,二次應力已經超過了鋼材的基本許用應力(σ) =134 Mpa 和鋼材的屈服極限σs=21σ Mpa