橢圓形封頭在管系靜應(yīng)力分析的目的及任務(wù)

　　橢圓形封頭在管系在正常的工作期間，受到的載荷是多種多樣的，歸納起來，這些載荷可以分為以下幾類：

　　a、重力荷載。它包括橢圓形封頭與管道自重、保溫重、介質(zhì)重和積雪重等;

　　b、壓力荷載。它包括橢圓形封頭內(nèi)壓力或外壓力;

　　c、位移荷載。它包括橢圓形封頭與管道熱脹冷縮位移、端點附加位移、支撐沉降等;

　　d、風荷載;

　　e、地震荷載;

　　f、瞬變流沖擊荷載。如 閥啟跳或閥門的快速啟閉時的壓力沖擊;

　　g、兩相流脈動荷載;

　　h、壓力脈動荷載。如往復(fù)壓縮機的往復(fù)運動所產(chǎn)生的壓力脈動;

　　i、機械振動荷載。如回轉(zhuǎn)設(shè)備的簡諧振動。

　　除了上面介紹的載荷之外，橢圓形封頭還常常存在焊接殘余應(yīng)力、加工殘余應(yīng)力、鑄造殘余應(yīng)力和裝配應(yīng)力(如強行組焊)等應(yīng)力。這些應(yīng)力與上述載荷引起的管系應(yīng)力疊加后，有時對管道元件的強度破壞影響較小，有時則影響較大，例如當它與腐蝕介質(zhì)共同作用而引起材料應(yīng)力腐蝕破壞時，這些應(yīng)力的影響是不可忽視的。但這些應(yīng)力并非屬于管系應(yīng)力，也不能由管系應(yīng)力分析中求得，故在此不作討論，僅僅提醒橢圓形封頭設(shè)計人員，當該管系在有應(yīng)力腐蝕環(huán)境下工作時，應(yīng)適當控制其應(yīng)力水平。

　　重力載荷和支架反力等合起來常稱之為持續(xù)外載荷。

　　橢圓形封頭的壓力載荷和持續(xù)外載荷在管道上產(chǎn)生的應(yīng)力一般為一次應(yīng)力，它應(yīng)符合按彈性準則給出的強度判定條件。事實上，壓力載荷和持續(xù)外載荷在管系中也會產(chǎn)生二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力，如第四章第三節(jié)所提到的管道開孔補強問題。也 是說，在管系中只要存在結(jié)構(gòu)不連續(xù)或載荷突變，同樣也將產(chǎn)生二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力。一般情況下，壓力載荷產(chǎn)生的二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力已在管道元件的單體強度設(shè)計中作了充分考慮，故在橢圓形封頭在管系應(yīng)力分析中一般不再考慮這些應(yīng)力。持續(xù)外載荷引起的二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力一般較小，故在管系應(yīng)力分析中也不再考慮。

　　位移載荷產(chǎn)生的應(yīng)力一般為二次應(yīng)力，它應(yīng)符合按塑性準則確定的安定狀態(tài)強度判定條件。

　　風載荷、地震載荷和瞬變流沖擊載荷等都屬于臨時載荷，它對橢圓形封頭與管系的破壞 征是既可因造成較大的位移而使管道元件發(fā)生破壞，又可激起管道元件的帶阻尼自由振動而發(fā)生疲勞破壞。由于臨時載荷作用時間較短，故當它與其它管系載荷疊加作用時，可以將其許用應(yīng)力值適當擴大，一般為常值的1.33倍。一般情況下，風載荷、地震載荷、瞬變流沖擊載荷等臨時載荷在同一時間內(nèi)同時出現(xiàn)的幾率很小，故在計算時不應(yīng)同時考慮。

　　兩相流脈動載荷、壓力脈動載荷、機械振動載荷等都屬于動載荷。有關(guān)動載荷作用下的管道應(yīng)力分析及其強度設(shè)計將在第七章中介紹。

　　通過上面的介紹可以看出，不同的載荷引起的應(yīng)力類型也不同，那么應(yīng)用的分析方法也 不一樣。橢圓形封頭在管系靜力分析的目的 是充分考慮各種靜載荷的作用 性，利用適當?shù)姆椒ㄇ蠼夤芟翟谳d荷的作用下引起的力、應(yīng)力和位移，并加以判據(jù)，使其滿足管道元件以及相連設(shè)備的強度要求，使壓力管道及相連設(shè)備能夠 運行，同時又使得管道的一次投資 少。工程上，管系靜應(yīng)力的分析主要包括以下內(nèi)容：

　　a、壓力荷載和持續(xù)荷載作用下的一次應(yīng)力計算 ¾ 防止橢圓形封頭局部發(fā)生過度塑性變形而破壞;

　　b、管道熱脹冷縮以及端點附加位移等位移荷載作用下的二次應(yīng)力計算 ¾ 防止管道元件發(fā)生疲勞破壞;

　　c、管道對相連設(shè)備作用力的計算 ¾ 防止管系對相連設(shè)備的作用力太大，保證設(shè)備正常運行;

　　d、管道支吊架的受力計算 ¾ 為支吊架強度設(shè)計提供荷載數(shù)據(jù);

　　e、管道上法蘭的受力計算 ¾ 防止法蘭泄漏。

　　在平常的設(shè)計中，橢圓形封頭與管道的經(jīng)濟問題常常在管系靜力分析中被忽略，一些設(shè)計人員在分析靜力計算結(jié)果時，只關(guān)心輸出數(shù)據(jù)是否滿足設(shè)計要求(這些要求往往是由相應(yīng)標準規(guī)定的)，只要輸出數(shù)據(jù)全部在允許范圍內(nèi)，而無論該結(jié)果是否合理， 籍此確定了管道的空間走向。這樣做有時是不妥的，尤其是對高壓或貴重管道，在關(guān)心應(yīng)力計算結(jié)果滿足要求的同時，還應(yīng)注意計算結(jié)果中的力(包括力矩)、應(yīng)力、位移等數(shù)值的大小，如果這些數(shù)據(jù)比規(guī)定值低許多，即橢圓形封頭在管道的強度等尚有較大的富裕量，可考慮改變管道空間走向如縮短管道補償長度、減少拐彎等，以節(jié)省管道元件的用量，使管道設(shè)計 經(jīng)濟。這部分內(nèi)容將在下一節(jié)中詳細討論。