管路强度计算

T
dL0
dx
T
dL
K
K
K
K
埋地管路热伸长分析示意图
当度变TL化便F，在即管段KdLD上L 不a引EA起t 伸 t长0 和 a缩E短D。 这t 时t0：时，温
L F al Et t0
T
K
从以上分析可以看出，Ｌ长度右端的管段都没有热伸长，
（１）热应力的产生 一端固定，一端自由时，管路的热伸长量：
L
△L
式中:
(a)
L al Lt t0
L 管长, m;
t 管路操作温度,C;
t0 管路安装温度,C;
al 管材的线膨胀系数。 碳钢al 1.2 105 / C
这时管内产生的热应力为零，即不产生热应力。
１）管路的自体补偿
或 式中L: 1 EL 管F 路 材1 料 L的弹 性模数, MPa;
热应力的大小与E管路的A截面E积和长度无关，而仅与管材的 其性中质、ΔL管为路线的伸温长度（和或约缩束减条）件量有。关。管路的推力Ｆ与管路
的长度无关，而与截面积有关，并成正比关系。
σ 为负值时，表示管线受拉应力；正值时，受压应力。
管系的弹性取决于管路的形状、尺寸、壁厚、弹性模数等 简易判别法
当管系满足下面不等式时，管系有足够的柔性，热应 力不超过其许用应力。 DY /(L U )2 205
式中:
Ｄ 公称管径, m m;
L 管系的展长, m; U 固定点间的直线距离, m; Y 应吸收的全部伸缩量, m m.
左端的管段都有伸长，而在出土处最大，以后向右的管段
逐渐减小，到Ｌ处为零。
在离出土处x的管段，不考虑土壤摩阻时，伸长为
tdx aldxt t0
由于土壤的摩擦阻力，减小的伸长为
Ndx
Nx AE
dx
Tx AE
dx
相减便得管段dx在土中的伸长量
dx
al d xt
t0
Y x x2 y y2 z z2
式中:
x、 y、 z — 为x, y, z方向的热伸缩量，mm ; x、 y、 z — 为x, y, z方向的固定点的位移，mm ; x、 y、 z位移方向与管的热膨胀方向相反时取正， 一致时取负。
两端固定，管内出现的应力由虎克定律求得
胡克定律，又译为虎克定L律，是力学弹性理论中的一条基 本定律，表述F为：固体材料受力之后，F 材料中的应力与应 变（单位变形量）之间成线性关系。满足胡克定律的材料 称为线弹性或胡克型材料(。b)
许在短多力）实学量际上（材都应FA料可变，以）如用LL在一胡E常根克系长定a数l L度律EtL为来（ 模Lt称0、拟为E横—弹截—a性l面E其模积t单量A位t）的0 伸下棱长，柱（与性或拉棒缩， （由或此压解）得应:力σ 成正比例F ， a即l E：Att0E
第三章 油库管路和泵房
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节
油库工艺流程和管路布置 管路的水力计算 油库用管及其配件 管路强度计算 管路的敷设与试压 油库泵房的类型和特点 泵房的位置、建筑要求和布置 油库泵房流程 泵机组的选择
第四节 管路强度计算
1，管壁厚度计算
管壁的厚度与管路输送压力、温度以及选用的管材和管径 有关。当金属管的壁厚δ 小于Ｄ／４时，受内压管路的壁 厚可由下面的方程式求得：
使用该判别式时，管系还必须满足下述三个条件： ①只两端有两个固定点； ②整个管系的管径、壁厚、材质均相同； ③没有分支管路。
例题３－２
第四节 管路强度计算
1.管路的补偿
消除减少管路热应力的措施是使管路有自由伸缩的余地， 称为热应力补偿，简称热补偿。
热补偿方式有自体补偿、曲管补偿、填料补偿和波纹管补 偿等。又称伸缩器。
Tx AE
dx
积分后可得可伸长段Ｌ的总伸长
L
L 0
al
t

t0
Tx AE
dx

al t
t0 L

TL2 2AE
因 TL al EAt t0，于是
L

1 2
al
t

t0
L
由此可以看出，埋地管路出土端的可伸长段Ｌ的总伸长量
为同等长度地上管路总伸长量的二分之一。
管子表面单位长度上的土压力K可近似地按下式计算
式中
K


gH0D


gH0D
t an2
45


2

/
2
土壤密度, kg / m3;
H0 地表面到管路中心之距离, m;
土壤内摩擦角
（３）管路热应力的计算
约束越强（即热胀的可能越小），热应力就越大；反之， 热应力就越小。于是，我们用“弹性”来衡量一个管路系 统热应力的大小。管系热胀的可能性越大，也就是管系的 弹性（或柔性）越大，热应力也就越小。
x 管段dx离出土处的长度, m.
T
dL0
dx
T
dL
K
K
K
K
由下图可以看出，当x=0时，此处的dLo管段不受外力的约 束，它的热应力为零，伸长量为：
dL0 adL0t t0
在离管路出土端x=L处的管段dL，其热膨胀力仍为Ｆ，而阻 止这个推力的土壤摩擦阻力便为：
TL KDL NL
式中:


PD
2
KP
C
P 操作压力,Hale Waihona Puke BaiduPa;
D 管外径, m;
焊缝系数,无缝钢管取1;焊接钢管取0.8;
在不同温度下钢材的许用应力.
K 修正系数,一般取0.4;
C 管壁厚度附加值,包括钢管制造负偏差、 腐蚀裕量
及螺纹深度。
2，管路的热应力及其补偿
Ｆ为负值时是拉支座，正值时是推支座。
（２）埋地管路出土端的热伸长
在地下管路离出土端χ 处，管段dχ 的热膨胀推力为Ｆ，而 阻止这个推力的土壤摩擦阻力则应为：
式中 :
Tx KDx Nx
T 埋地管路单位长度上的摩擦阻力, N / m;
Ｄ 管子外径, m; Ｋ 管子表面上的土压力, Pa; 管子与土壤间的摩擦系数， 取0.25～ 0.5;