caesar2膨脹節(jié)輸入分析課件

1、波紋管-膨脹節(jié)主講人：王大輝、金紅偉2008第1頁，共38頁。 Axial Stiffness軸向剛度 Transverse Stiffness橫向剛度（往往輸入橫向剛度，軟件計算彎曲剛度） Bending Stiffness彎曲剛度(應(yīng)用在零長度角式和彎向始終） Torsional Stiffness扭轉(zhuǎn)剛度KTR = (3/2) (KAX) (D/L) 2KBEND =(1/2) (KAX) (D2) (/180)KAX - is the axial stiffness of the expansionD - is the effective diameter of the expansi

2、onL - is the flexible length of the joint.對零長度絞式KBEND = (1/8) (KAX) (D2) (/180)膨脹節(jié)剛度第2頁，共38頁。零長度膨脹節(jié)用來模擬絞式和萬向型。 完全柔性剛度為1.0, 完全剛性剛度為1.0E12. 所有剛度必須輸入。給定長度膨脹節(jié)用戶定義膨脹節(jié)長度用戶輸入軸向剛度，橫向剛度，軟件自動計算彎曲剛度。扭轉(zhuǎn)剛度一般膨脹節(jié)避免扭轉(zhuǎn)有效內(nèi)徑和盲板力相關(guān) 膨脹節(jié)剛度第3頁，共38頁。Simplified Bellow波紋管波紋管長度可為0長度也可為一個定長度。在定長度的條件下，彎曲或橫向剛度其一不用輸入。推薦不輸彎曲剛度，而輸入

3、橫向剛度。如果輸入彎曲剛度，剛度計算有一定要求。波的重量和附件的重量分別加在兩側(cè)法蘭上。第4頁，共38頁。Pressure Thrust盲板力的考慮軸向運動可以模擬為一個活塞和一個彈簧的關(guān)系“F” = 有效面積 x 內(nèi)壓 + 彈簧剛度*軸向位移行程 活塞的力（內(nèi)壓盲板力）是作用在管道固定點或膨脹節(jié)的端板和拉桿上面。一般內(nèi)壓盲板力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于波紋管彈性力。第5頁，共38頁。Simplified Bellow波紋管Tied Bellows單式拉桿型膨脹節(jié)Simple建單建模Comples復(fù)雜建模Universal Expansion Joints復(fù)式拉桿型膨脹節(jié)Simple 建單建模Comples 復(fù)

4、雜建模Hinged Joint絞式膨脹節(jié)Slotted Hinge Joint-軸向補償絞式膨脹節(jié)Slip Joint-軸向補償套筒型膨脹節(jié)Gimbal Joints-萬向式膨脹節(jié)Dual Gimbal復(fù)式萬向型膨脹節(jié)Pressure-Balanced Tees and Elbows壓力平衡型膨脹節(jié)波紋管形式第6頁，共38頁。一、膨脹節(jié)的類型及典型管段的補償設(shè)計1.單式軸向型膨脹節(jié)由一個波紋管和兩個可與相鄰管道、設(shè)備相接的端管（或法蘭）等組成的 撓性裝置，主要用于補償直管段軸向位移，另外也可以吸收少量的橫向位移. 圖1 是采用軸向型膨脹節(jié)設(shè)置實例。第7頁，共38頁。單式軸向波紋管膨脹節(jié)應(yīng)用第8

5、頁，共38頁。 存在橫向位移或存在軸向與橫向組合位移的場合，使用單式膨脹節(jié)所受到的限制主要是膨脹節(jié)吸收橫向位移的能力有限。另外在工作壓力，溫度較高，直徑較大或無法在結(jié)構(gòu)物上安設(shè)主固定支架或多個導(dǎo)向支架的場合，使用軸向型膨脹節(jié)可能行不通。第9頁，共38頁。2.復(fù)式拉桿型波紋管膨脹節(jié) 由中間接管連接的兩個波紋管及拉桿、端板等組成的撓性裝置，以橫向位移方式補償平面或立體彎曲管段的熱位移，拉桿裝置應(yīng)能承受壓力推力及其附加外力的作用。復(fù)式拉桿型膨脹節(jié)特別適合吸收橫向位移，此外，這種設(shè)計形式也可用于吸收軸向位移，角位移以及任意由這三種形式合成的位移，一般用法是將這種帶連桿的膨脹節(jié)設(shè)置在呈90的“Z”形管系

6、的中間管臂內(nèi)，調(diào)整連桿以阻止外部的軸向位移，圖2、3 是兩個應(yīng)用實例。第10頁，共38頁。 復(fù)式拉桿型膨脹節(jié)主要吸收單平面“Z”形彎管的橫向位移，中間管臂連桿以內(nèi)的熱位移用膨脹節(jié)的軸向位移來吸收，水平管線的熱位移由膨脹節(jié)的橫向位移來吸收。由于壓力推力是由拉桿來承受的，所以兩端均使用中間固定支架，由于作用于管線上的軸向力，是膨脹節(jié)產(chǎn)生的變形反力，因此只需使用導(dǎo)向支架。中間管臂上位于連桿以外的部分，如兩端彎管的熱膨脹則由水平管道的彎曲來吸收。第11頁，共38頁。復(fù)式大拉桿波紋管膨脹節(jié)的應(yīng)用第12頁，共38頁。Tied Bellows單式拉桿型膨脹節(jié)簡單模型復(fù)雜模型近來吸收橫向位移，無軸向位移，彎曲

7、和轉(zhuǎn)角吸收功能失效分析時采用拉桿螺栓在外側(cè)，允許拉桿承受拉力條件下，或拉桿螺栓在內(nèi)外兩側(cè)，拉桿可以收押的條件下。管直徑大，波數(shù)多時采用拉桿螺栓在外側(cè)，僅允許拉桿承受拉力條件下均勻的將荷載分配到拉桿上單拉桿用一個零重量剛性件模擬軸向剛度。剛性件的直徑等于拉桿直徑，剛性件的壁厚等于桿的直徑考慮拉桿的端部摩擦作用，及其它影響恒向變形的因數(shù)，建議將橫向剛度值增加30%考慮拉桿的端部摩擦作用，及其它影響恒向變形的因數(shù)，建議將橫向剛度值增加30%第13頁，共38頁。Universal Expansion Joints復(fù)式拉桿型膨脹節(jié)簡單模型復(fù)雜模型考慮拉桿的端部摩擦作用，建議將橫向剛度值增加10%第14頁

8、，共38頁。簡單模型-1第15頁，共38頁。簡單模型-2第16頁，共38頁。復(fù)雜模型-1第17頁，共38頁。復(fù)雜模型-2第18頁，共38頁。3.鉸鏈型膨脹節(jié)由一個波紋管、兩組與端管相連的鉸鏈板及一對銷軸等組成的撓性裝置，鉸鏈?zhǔn)脚蛎浌?jié)一般以兩、三個作為一組使用，用于吸收單平面管系中一個或多個方向的橫向位移。在這種系統(tǒng)中每一個膨脹節(jié)被它的鉸鏈板所制約，產(chǎn)生純角位移，然而，被管段分開的每對鉸鏈型膨脹節(jié)互相配合可吸收橫向位移。給定單個膨脹節(jié)的角位移，每對鉸鏈?zhǔn)脚蛎浌?jié)所能吸收的橫向位移與其鉸鏈銷軸之間的距離成正比，因此，為了便膨脹節(jié)充分發(fā)揮應(yīng)用，應(yīng)盡量加大這一距離。膨脹節(jié)的鉸鏈板通常用于承受作用于膨脹節(jié)

9、上的全部壓力推力，另外也可以用來承受管道和設(shè)備的重量、風(fēng)載第19頁，共38頁。 推力是由膨脹節(jié)上的鉸鏈板來承受的，只需在管系的兩端設(shè)置中間固定支架，由于膨脹節(jié)受鉸鏈制約只能產(chǎn)生純角位移，不能伸縮，包含有膨脹節(jié)的中間管臂的熱膨脹必須由與它相垂直的管臂發(fā)生彎曲來吸收，兩個長管臂的彎曲撓度由正確設(shè)計的導(dǎo)向支架和支架來控制1）圖6 是用雙鉸鏈系統(tǒng)吸收單平面“Z”形彎管的主要熱膨脹.第20頁，共38頁。第21頁，共38頁。2) 如果單平面“Z”形管系的中間管臂較長過，可采用三個鉸鏈型膨脹節(jié)的系統(tǒng)。圖7 表示在單平面彎管中的三鉸鏈型膨脹節(jié)系統(tǒng)，豎直管段的熱膨脹將由B 和C 兩個膨脹節(jié)的動作來吸收，水平管段

10、的熱膨脹由A 和B 兩個膨脹節(jié)來吸收，很明顯，膨脹節(jié)B 的角位移是A 和C 之和。第22頁，共38頁。第23頁，共38頁。和前面的示例一樣，在管系兩端只用中間固定支架來固定，本例中所有的熱變形全部被膨脹節(jié)所吸收，因管道的熱變形作用于固定支架的載荷非常小，如果左側(cè)的固定支架與第一個鉸鏈型膨脹節(jié)的間距較大，在靠近膨脹節(jié)處應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向支架，該支架為以承受膨脹節(jié)轉(zhuǎn)動的力，從而減少膨脹節(jié)C 至左側(cè)固定支架之間部分管道的彎曲，為了保持管系位于平面內(nèi)，并消除可能由外載所產(chǎn)生的作用于鉸鏈的彎曲力，可以增設(shè)一個或多個導(dǎo)向支架，管系的支撐可以采取多種方式，對膨脹節(jié)之間的管道進行支撐而不妨礙其自由移動時，可采取彈簧支

11、吊架。第24頁，共38頁。3）圖8 是彎管角度不等于90時，使用鉸鏈?zhǔn)脚蛎浌?jié)的示例。鉸鏈型膨脹節(jié)的主要優(yōu)點是它的尺寸緊湊，便于安裝，而且可以使它的鉸鏈板具有很大的剛度和強度，使用它們通?？梢詫?gòu)形不規(guī)則的復(fù)雜管線的熱膨脹進行補償，在這樣的管線上使用別種膨脹節(jié)往往行不通，由于鉸鏈結(jié)構(gòu)能夠傳遞載荷，鉸鏈型膨脹節(jié)的管系施加到固定支架的作用力很小，這種系統(tǒng)的支撐點可設(shè)在不妨礙系統(tǒng)活動的任何位置上，這給系統(tǒng)的設(shè)計帶來了很大的自由。第25頁，共38頁。第26頁，共38頁。Hinged Joint絞式膨脹節(jié)采用零長度膨脹節(jié)，橫向，周詳，扭轉(zhuǎn)剛度均為無窮大。絞方向通過約束和關(guān)聯(lián)節(jié)點來定義。限制轉(zhuǎn)動方向永遠(yuǎn)是轉(zhuǎn)

12、軸的法線方向。第27頁，共38頁。4.萬向鉸鏈型膨脹節(jié)由一個波紋管，萬向鉸鏈環(huán)及兩對與萬向鉸鏈環(huán)和端管相連的鉸鏈板等組成的撓性裝置。通常以兩個萬向鉸鏈型或以兩個萬向鉸鏈型與一個單式鉸鏈型膨脹節(jié)一起配套使用，如圖9，兩個萬向鉸鏈型膨脹節(jié)協(xié)同動作吸收上、下兩個水平管臂的組合位移，鉸鏈型膨脹節(jié)則與上部的萬向鉸鏈型膨脹節(jié)互相配合吸收豎直管臂的位移。用萬向鉸鏈型膨脹節(jié)構(gòu)成的系統(tǒng)與上節(jié)提到的用鉸鏈型膨脹節(jié)構(gòu)成的系統(tǒng)有類似的優(yōu)點，但萬向鉸鏈型膨脹節(jié)的應(yīng)用具有更大的靈活性，它不限于單平面系統(tǒng)。第28頁，共38頁。第29頁，共38頁。Gimbal Joints-萬向式膨脹節(jié)形式一：僅吸收角變形形式二：即可吸收角

13、變形，也可吸收橫向位移形式一形式二第30頁，共38頁。5.彎管壓力平衡型膨脹節(jié) 由兩個或一個工作波紋管和一個平衡波紋管以及端管，端板、彎頭、封頭、拉桿等組成的撓性裝置，用于補償管段的軸向位移，橫向位移或二者的合成位移，且不使固定管架或相連設(shè)備承受壓力推動的作用，拉桿裝置承受壓力推力和其它附加外力的作用。第31頁，共38頁。彎管壓力平衡式膨脹節(jié)的主要優(yōu)點，是它在吸收來自外部的軸向位移時，不會使系統(tǒng)受到內(nèi)壓推力的作用。由波紋管整體剛度造成的力并未消除，實際上這個力一般要超過單式膨脹節(jié)位移引起的彈力。因為工作波紋管和平衡波紋管都要受到壓縮或拉伸，作用在管道或設(shè)備上的力是兩者的軸向合力。 圖4 是存在

14、軸向與橫向組合位移的時使用彎管壓力平衡式膨脹節(jié)的典型實例，在管道的端部和汽輪機上的支架均為中間固定支架，并且只需要使用導(dǎo)向支架，采用合理的設(shè)計可以使汽輪機上方的導(dǎo)向支架承受使膨脹節(jié)產(chǎn)生軸向位移的作用力，避免該力作用到汽輪機上，作用在汽輪機上的只有使膨脹節(jié)產(chǎn)生橫向位移的作用力。第32頁，共38頁。彎管壓力平衡型膨脹節(jié)第33頁，共38頁。 圖5 所示為一種常見的非常適于使用彎管壓力平衡型膨脹節(jié)的場合。 在工藝操作中，容器和豎向管道的膨脹量可能不同，按圖示安裝一壓力平衡式膨脹節(jié)，豎直方向的位移差可以由膨脹節(jié)的軸向位移吸收，容器中心線到管線之間的熱膨脹可由膨脹節(jié)的橫向位移吸收。第34頁，共38頁。第3

15、5頁，共38頁。其他形式還有直通壓力平衡式波紋管補償器。旁流式壓力平衡是波紋管補償器。（振動和壓力損失）第36頁，共38頁。壓力平衡式波紋膨脹節(jié) 適用于需要平衡波紋管壓力推力的管線上。分為 直管式壓力平衡型膨脹節(jié)、補償軸向位移直管旁流式壓力平衡型膨脹節(jié)、補償軸向位移彎管式壓力平衡型膨脹節(jié)。補償橫向位移和軸向位移； 主要用于設(shè)備進、出口處及設(shè)備與設(shè)備相連接的管段，如果在一條很長的管線上采用壓力平衡型膨脹節(jié)來減少對固定支架的推力，必須整個管線全部采用壓力平衡型膨脹節(jié)。 第37頁，共38頁。Pressure-Balanced Tees and Elbows壓力平衡型膨脹節(jié)Pressure balanced tees and elb