caesar2-膨胀节输入分析

Gimbal Joints--万向式膨胀节
Dual Gimbal—复式万向型膨胀节 Pressure-Balanced Tees and Elbows—压力平衡型膨胀节
一、膨胀节的类型及典型管段的补 偿设计
1.单式轴向型膨胀节 • 由一个波纹管和两个可与相邻管道、设备 相接的端管（或法兰）等组成的 挠性装置，主要用于补偿直管段轴向位移， 另外也可以吸收少量的横向位移. 图1 是采用轴向型膨胀节设置实例。
KTR = (3/2) (KAX) (D/L) 2
KBEND =(1/2) (KAX) (D2) (/180)
KAX - is the axial stiffness of the expansion D - is the effective diameter of the expansion L - is the flexible length of the joint.
有效内径
和盲板力相关
Simplified Bellow—波纹管
波纹管长度可为0长度也可为一个定长度。 在定长度的条件下，弯曲或横向刚度其一不用输 入。推荐不输弯曲刚度，而输入横向刚度。 如果输入弯曲刚度，刚度计算有一定要求。 波的重量和附件的重量分别加在两侧法兰上。
Pressure Thrust盲板力的考虑
•
推力是由膨胀节上的铰链板来承受的，只 需在管系的两端设置中间固定支架， • 由于膨胀节受铰链制约只能产生纯角位移， 不能伸缩，包含有膨胀节的中间管臂的热膨 胀必须由与它相垂直的管臂发生弯曲来吸收， 两个长管臂的弯曲挠度由正确设计的导向支 架和支架来控制 • 1）图6 是用双铰链系统吸收单平面“Z”形弯 管的主要热膨胀.
单式轴向波纹管膨胀节应用
•
存在横向位移或存在轴向与横向组合位移 的场合，使用单式膨胀节所受到的限制主要是 膨胀节吸收横向位移的能力有限。另外在工作 压力，温度较高，直径较大或无法在结构物上 安设主固定支架或多个导向支架的场合，使用 轴向型膨胀节可能行不通。
2.复式拉杆型波纹管膨胀节
由中间接管连接的两个波纹管及拉杆、端板等 组成的挠性装置，以横向位移方式补偿平面或立 体弯曲管段的热位移，拉杆装置应能承受压力推 力及其附加外力的作用。 • 复式拉杆型膨胀节特别适合吸收横向位移，此外， 这种设计形式也可用于吸收轴向位移，角位移以 及任意由这三种形式合成的位移，一般用法是将 这种带连杆的膨胀节设置在呈90°的“Z”形管系 的中间管臂内，调整连杆以阻止外部的轴向位移， 图2、3 是两个应用实例。
• 轴向运动可以模拟为一个活塞和一个弹 簧的关系 • “F” = 有效面积 x 内压 + 弹簧刚度*轴 向位移行程 • 活塞的力（内压盲板力）是作用在管道 固定点或膨胀节的端板和拉杆上面。 • 一般内压盲板力远远大于波纹管弹性力。
波纹管形式
Simplified Bellow —波纹管
Tied Bellows—单式拉杆型膨胀节 •Simple—建单建模 •Comples—复杂建模 Universal Expansion Joints—复式拉杆型膨胀节 •Simple —建单建模 •Comples —复杂建模 Hinged Joint—绞式膨胀节 Slotted Hinge Joint---轴向补偿绞式膨胀节 Slip Joint--轴向补偿套筒型膨胀节
对零长度绞式
KBEND = (1/8) (KAX) (D2) (/180)
膨胀节刚度
零长度膨胀节
用来模拟绞式和万向型。 完全柔性刚度为 1.0, 完全刚性刚度为1.0E12. 所有刚度必须输 入。
给定长度膨胀节
用户定义膨胀节长度 用户输入轴向刚度，横向刚度，软件自动计 算弯曲刚度。
扭转刚度
一般膨胀节避免扭转
Universal Expansion Joints—复式拉杆型膨胀节
简单模型 复杂模型
考虑拉杆的端部摩擦作用，建议将横向刚 度值增加10%
简单模型-1
简单模型-2
复杂模型-1
复杂模型-2
3.铰链型膨胀节
• 由一个波纹管、两组与端管相连的铰链板及一对 销轴等组成的挠性装置，铰链式膨胀节一般以两、 三个作为一组使用，用于吸收单平面管系中一个 或多个方向的横向位移。在这种系统中每一个膨 胀节被它的铰链板所制约，产生纯角位移，然而， 被管段分开的每对铰链型膨胀节互相配合可吸收 横向位移。给定单个膨胀节的角位移，每对铰链 式膨胀节所能吸收的横向位移与其铰链销轴之间 的距离成正比，因此，为了便膨胀节充分发挥应 用，应尽量加大这一距离。膨胀节的铰链板通常 用于承受作用于膨胀节上的全部压力推力，另外 也可 • 以用来承受管道和设备的重量、风载
复式大拉杆波纹管膨胀节的应用
Tied Bellows—单式拉杆型膨胀节
简单模型 近来吸收横向位移，无轴向位移，弯曲和 转角吸收功能 拉杆螺栓在外侧，允许拉杆承受拉力条件 下，或拉杆螺栓在内外两侧，拉杆可以收 押的条件下。 复杂模型 失效分析时采用 管直径大，波数多时采用
拉杆螺栓在外侧，仅允许拉杆承受拉力条 件下 均匀的将荷载分配到拉杆上 单拉杆用一个零重量刚性件模拟轴向刚度。 刚性件的直径等于拉杆直径，刚性件的壁 厚等于杆的直径 考虑拉杆的端部摩擦作用，及其它影响恒 向变形的因数，建议将横向刚度值增加 30% 考虑拉杆的端部摩擦作用，及其它影响恒 向变形的因数，建议将横向刚度值增加 30%
•
复式拉杆型膨胀节主要吸收单平面“Z”形 弯管的横向位移，中间管臂连杆以内的热位移 用膨胀节的轴向位移来吸收，水平管线的热位 移由膨胀节的横向位移来吸收。 • 由于压力推力是由拉杆来承受的，所以两端均 使用中间固定支架，由于作用于管线上的轴向 力，是膨胀节产生的变形反力，因此只需使用 导向支架。中间管臂上位于连杆以外的部分， 如两端弯管的热膨胀则由水平管道的弯曲来吸 收。
波纹管-膨胀节
主讲人：王大辉、金红伟 2008
Hale Waihona Puke 膨胀节刚度• Axial Stiffness—轴向刚度 • Transverse Stiffness—横向刚度（往往输入横向刚度，软件计算弯曲刚度） • Bending Stiffness—弯曲刚度(应用在零长度角式和弯向始终） • Torsional Stiffness—扭转刚度