内压薄壁管壁厚公式适用条件及计算误差分析

内压薄壁管壁厚公式适用条件及计算误差 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 The Applied Condition and Calculation Error Analysis for the Wall Thickness Formula of Internal Pressure Thin-wall Tube 李宏武 (中原石油勘探局勘察设计研究院, 河南 濮阳 457001) 摘要: 承受内压薄壁直管壁厚计算公式的适用条件和计算误差在各相关规范和文献中存在着差异。从基本理论入手, 在归 纳总结各种观点的基础上, 定量计算分析了该公式的适用条件和计算误差, 并对相关文献的数据和观点提出了不同看法。 关键词: 管道; 应力; 壁厚; 适用条件; 计算误差 [中图分类号] TE973. 1 [文献标识码] B [文章编号] 1004- 7913( 2005) 12- 0023- 03 1 承受内压薄壁直管壁厚计算公式 对于承受内压薄壁直管的应力分布, 在理论上 有以下假设: 由于壁厚很薄, 认为应力沿壁厚均匀 分布; 对薄壁直管, 径向应力与周向应力和轴向应 力相比很小, 可忽略不计。 根据薄壁模型的假设和第三强度理论推导出的 承受内压薄壁直管壁厚计算公式为 So= PDo 2 ( [ R] t Ej+ YP) 式中 So ) ) ) 计算壁厚, mm; P ) ) ) 设计压力, MPa; D o ) ) ) 管道外径, mm; [ R] t ) ) ) 管道在设计温度下的许用应力,MPa; Ej ) ) ) 焊接接头系数; Y ) ) ) 温度影响系数。 2 相关规范和文献壁厚计算公式适用条件 的规定 GB50316 ) 2000 5工业金属管道设计规范6、 ASME B3113 ) 2002 5Process Piping6 和 SH3059 ) 2001 5石油化工管道设计器材选用通则6 都规定承 受内压薄壁直管壁厚计算公式的适用条件为 So < D o 6 , 当 So \D o6 或P/ ( [ R] tEj ) > 01385 时, 需按断 裂理论、疲劳和热应力的因素予以特别考虑, 则 So= D o- Di 2 式中 D i 为管道内径, mm。 代入 So< Do6 ,可得 Do Di < 115,即适用条件 So< D o6 与条件D o Di < 115是等价的。而 DL/T5054 ) 19965火力 发电厂汽水管道设计技术规定6和5石油化工装置配 管基本知识6则规定该式的适用条件为Do D i < 117。 3 各壁厚计算公式适用条件分析 根据材料力学或弹性力学可知, 承受内压厚壁 直管半径 r 处的应力可按 Lame公式计算: Rr= P K 2- 1 (1- D o 2 4r 2 ) RH= P K 2 - 1 (1+ Do 2 4r 2 ) Rz= P K 2- 1 式中 Rr ) ) ) 径向应力, MPa; RH) ) ) 周向应力, MPa; Rz ) ) ) 轴向应力, MPa; K ) ) ) 径比, K= Do / Di。 由上式可以看出: 径向应力 Rr [ 0, 周向应力 RH和轴向应力 Rz 均大于 0; 径向应力 Rr 在内壁处 为- P , 在外壁处为 0; 周向应力 RH在内壁处最 大, 在外壁处最小; 3个应力分量中, 数值上周向 应力最大, 对管道强度起决定作用。厚壁直管各类 应力沿壁厚的分布示意图见图 1。 厚壁直管周向应力 RH的最大值为 RHmax= P K 2- 1 1+ D 2 o 4@ Di 2 2 = P (K 2+ 1) K 2- 1 式中 RHmax为厚壁直管周向应力的最大值, MPa。 如图2所示, 在厚壁直管横截面内取环形微分 面积 dA, 则 232005年第 12 期 东北电力技术 图 1 厚壁直管各类应力沿壁厚的分布示意图 dA= 2Prdr 可以认为, 在 dA 内任一点到圆心的距离皆为 r , 故各点周向应力相等。通过积分可以求出厚壁 直管横截面上周向应力 RH的平均值为 RHave= A RHdA A 式中 A 为管道横截面积, A = P4 D o2- Di 2 。 图 2 厚壁直管周向应力计算示意图 将周向应力 RH、环形微分面积 dA 和横截面积 A 的计算式代入公式, 则 RHave= A RHdA A = Do 2 Di 2 P K 2- 1 1+ Do 2 4r2 #2Prdr P 4 Do 2 - Di 2 = PP K 2- 1 Do 2 Di 2 2r+ D o 2 2r #dr P 4 Do 2- Di 2 = PP K 2- 1 r 2+ D o 2 2 lnr D o 2 D i 2 P 4 (D o 2- Di 2 ) = P K 2- 1 1+ 2K 2 lnK K 2- 1 式中 RHave为厚壁直管周向应力的平均值, MPa。 则承受内压厚壁直管周向应力最大值与平均值 的比值为 RHmax RHave = P (K 2+ 1) K 2- 1 P K 2- 1 1+ 2K 2lnK K 2 - 1 = K 4- 1 K 2 (1+ 2lnK )- 1 一般情况下, 屈服极限 Rs 的许用应力安全系数 约为115, [ R] = Rs / 115。薄壁直管壁厚计算公式是 建立在薄壁模型基础上的, 以平均应力作为校核值, 取 RHave [ [ R] = Rs/ 115, 那么有 115RHave [ Rs ,令 RHmax = 115RHave, 即 K 4- 1 K 2 (1+ 2lnK ) - 1 = 115,利用迭代法可 求得 K = 1172, 此 K 值即为承受内压薄壁直管壁厚 计算公式适用的极限条件, 对于 K = 1172 的情况, 薄壁模型的当量应力 RHave等于[ R]时, 壁厚模型的 最大当量应力为 RHmax= 115RHave= 115[ R] = 115Rs/ 115= Rs。 4 计算误差分析 承受内压薄壁直管壁厚计算公式的计算误差见 表 1。 表 1 承受内压薄壁直管壁厚计算公式的计算误差 K 112 115 116 117 1172 RHmax RHave 1111 1132 114 1148 115 计算误差/ % 11 32 40 48 50 RHmax Rs 0174 0188 0193 0199 1 可见, 对于承受内压直管, 如果采用薄壁假 设, 其计算结果是偏于危险的。 承受内压薄壁直管壁厚计算公式的适用条件无 论是 GB50316、ASME B3113 和 SH3509 规定的 K< 115,还是 DL/ T5054规定的 K [ 117, 厚壁模型的最 大当量应力均未达到屈服极限, 分别为 0188 Rs 和 0199 Rs,因此仍然是安全的,只是安全裕度不同。 5 相关文献几处观点的商榷 a. 5压力管道应力分析6 认为承受内压薄壁 24 东北电力技术 2005 年第 12期 直管壁厚计算公式 / K = 112时的计算误差约为 20%0, / K= 115时计算结果的误差可达 45%0。依 笔者的计算, 误差分别为 11%和 32%。 b. 5火力发电厂汽水管道设计技术规定6 中 认为 /当许用应力采用以屈服极限为基准的安全系 数为 1150, / Do / Di 值为 116时, 管子内壁才可能 屈服, 内壁内压实际折算应力超过屈服极限 2%0。 依笔者计算, 当 K = D o / Di = 116 时, RHmaxRHave = 114。 由于 RHave [ [ R] = Rs / 115, 则 RHmax = 114RHave [ 114Rs/ 115= 0193Rs, 因此, 管子内壁不会发生屈服, 内壁内压实际折算应力最大为屈服极限的 93%。 c. 5压力管道技术6认为/薄壁管道应力计算 公式中常限制 D o / Di< 112或管子壁厚 So< Do / 60。 依笔者意见, So < D o / 6 与 D o / D i = 115 才是等价 的, 没有任何规范限制 D o / Di < 112为承受内压薄 壁直管壁厚计算公式的适用条件。 6 结束语 工程上通常以 K = 112来划分薄壁管和厚壁 管, 但承受内压薄壁直管壁厚计算公式的适用条件 为 K= 115 或 K = 117, 两者不统一, 容易造成混 乱。笔者建议以承受内压薄壁直管壁厚计算公式的 适用条件为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 划分薄壁管和厚壁管。 参考文献: [ 1] 唐永进. 压力管道应力分析 [ M ] . 北京: 中国石化出版社, 2003. [ 2] 岳进才. 压力管道技术 [M ] . 北京: 中国石化出版社, 2001. [3] 中华人民共和国电力行业标准. DL/ T5054 ) 1996. 火力发电 厂汽水管道设计技术规定. 作者简介: 李宏武 ( 1970 ) ) , 男, 本科, 工程师, 现主要从事热能工程 设计工作。 (收稿日期 2005- 09- 15) (上接第 22页) 图 7 分离器储水罐高水位比例调节 罐水位调节阀, 工质逐步由湿态向干态转换, 进入 直流运行状态。 21314 直流运行 机组进入直流运行工况后, 整套控制系统投入 自动运行, 相应的手动控制切为自动, 各部分联锁 保护投入, 机组正常运行。 3 结束语 大容量、超临界直流锅炉的启动及控制系统 能更好地适应机组变压运行的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 。在选择启动系 统时应根据启动运行要求, 对汽轮机旁路设置、投 资大小、运行检修维护等综合考虑。在保证机组安 全运行的情况下, 从经济性角度选择最佳的启动系 统。根据选定的启动系统在控制上采取措施满足不 同的启动要求, 使机组安全、可靠、稳定运行。 作者简介: 熊兴才 ( 1971 ) ) , 男, 硕士, 工程师, 主要从事超临界机组 系统研究、设计工作。 (收稿日期 2005- 09- 15) 明后年新增电力装机 116亿 kW 中国电力发展促进会秘 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 长姜绍俊日前预计, 明后 2年我国将新增电力装机 116亿千瓦, 今年全 年新增装机容量约在6 700~ 7 000万 kW。他还预 计, 受建造成本增加和一次能源涨价影响, /十一 五0 期间, 电价将继续缓慢上升。 姜绍俊在 2005中国钢铁产业链战略发展与投 资峰会上预计 2006年我国可新增装机8 000万 kW, 其中水电 825万 kW, 火电7 000万 kW, 核电200万 kW。2007 年全国新投产机组8 200万 kW, 其中水 电1 360万 kW, 火电6 800万 kW, 风电等其他机组 55万 kW。 中国机械工业联合会执行副会长蔡惟慈表示, 今年发电设备产量将达到8 000万 kW左右, 创历史 新高。明年要交货的发电设备订单仍处于高峰, 预 计整个电力设备制造业有望增长 20% 左右, 但 2007年发电设备产量将由高峰开始回落。目前, 各制造厂订货价格已在下滑, 2008年以后的订单 明显不足。 252005年第 12 期 东北电力技术