船舶废汽管道单式轴向膨胀节模化方法及其热应力计算.pdf

《船舶废汽管道单式轴向膨胀节模化方法及其热应力计算.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第46卷第2期船海工程Vol.46No.22017年4月SHIP&OCEANENGINEERINGApr.2017DOI：10.3963/j.issn.1671-7953.2017.02.033船舶废汽管道单式轴向膨胀节模化方法及其热应力计算杨元龙(中国舰船研究设计中心，武汉430064)摘要:为提高船舶高温高压大管径热力管道上膨胀节运行安全性，明晰大管径膨胀节的热应力变化特性，利用单式轴向膨胀节全结构等效模化方法，基于CEASAR程序计算不同载荷工况下船舶废汽管道及膨胀节热应力，判断废汽管道一次、二次应

2、力满足运行要求且膨胀节轴向、横向热位移与试验数值基本吻合。通过管架的受力计算分析，提出了适用于实际船舶废汽管道管架的“主固定管架+次固定管架+导向管架+膨胀节”的耦合配管体系和膨胀节各向模态振动频谱，并得到了一种适用于船舶大管径废汽管道膨胀节及管架设计的验证方法。关键词:膨胀节;废汽管道;热应力；CEASAR程序中图分类号:U664.5文献标志码:A文章编号：1671-7953(2017)02-0139-05在船舶热力系统管道的设计中，由于船舶废支吊架的受力计算评估，提出了实际船舶废汽管汽系统管道的管径较

3、大，并存在舱室三维空间狭道的管架的配制方法，得到了废汽管道的模态频窄、设备布置复杂及多管系親合安装等限制因素，率响应，通过不同运行工况下膨胀节热应力的全导致船舶废汽管道不能采取自然补偿方式，而选面性综合评估，最终摸索出一种适用于船舶大管用金属膨胀节吸收管道热膨胀量[12]。金属膨胀径热力管道膨胀节及管架设计的新方法。节补偿器的选型繁多，结合实际船舶热力管道设1膨胀节模化方法设计计理论，考虑废汽管路轴向膨胀量大、侧向推力小的特点，选用单式轴向膨胀节作为船舶废汽管道1.1单式轴向膨胀节的挠性元件，主要来补偿管

4、道轴向热位移并能承单式轴向拉杆式金属膨胀节主要由膨胀节本受管道内压产生的推力。根据实际船舶系统管路体、拉杆、加强环及法兰等部件组成。在拉杆作用运行经验可知，废汽管道上膨胀节设计的不合理下，它能够吸收管道和设备的轴向压缩热位移，允必然会导致膨胀节发生穿孔、开裂及失稳等故障，许吸收一定范围内的横向位移并承受管道内压推从而严重影响船舶废汽系统管路的结构完备性和力。运行安全性[1]。结合实际废汽管道上轴向拉杆式膨胀节的物由于船舶系统设计技术的封锁性，膨胀节的理模型结构，根据弹性力学理论和梁壳单元力学设计与模化方法

5、在公开文献中未见相关报道，目模型，在连续质量方法基础上，基于CEASAR计前国内外学者针对单体膨胀节做了大量设计与分算程序自带的膨胀节本征结构模型，对轴向拉杆析研究[31°]。本文以包含单式轴向膨胀节的船舶式膨胀节进行应力计算模化。根据膨胀节组成结废汽系统总管为研究对象，基于CEASAR程序平构及特征参数，轴向拉杆式膨胀的模化方法设计台建立新型的单式轴向膨胀节模化方法，分析了主要包括刚度模化计算、自重模化设计、拉杆模化不同载荷工况下废汽管道及膨胀节热应力，结合设计、应力计算评估、模态评估设计等过程。1.2

6、膨胀节设计模化收稿日期=2016-08-16轴向拉杆式膨胀节的刚度设计计算主要包括修回日期=2016-09-23基金项目：国家自然科学基金（51309063)轴向刚度模化计算、横向刚度模化计算、弯曲刚度第_作者:杨元龙（1986—），男，硕士，工程师模化计算、扭转刚度模化计算，其中轴向刚度由膨研究方向：舰船蒸汽动力系统设计及性能仿真胀节自身设计结构参数决定[1°]。1392017年船海工程杨元龙:船舶废汽管道单式轴向膨胀节模化方法及其热应力计算第2期第46卷横向刚度的计算表达式为式中，/>为自振频率，Hz

7、;C,为自振系数，与波数相关;G为膨胀节的重量，N;i为频率阶数。[TR=f⑴横向自振频率的表达式为式中：XTR为横向刚度，N/m;XAX为轴向刚度，N/m;Drff为膨胀节有效内径,m;i为柔性长度,m。/,=C,L(7)弯曲刚度的计算表达式为2计算模型2.1设计参数扭转刚度的计算表达式为根据实际管系的运行参数，废汽管道的运行¥_^Dla8E⑶压力为0.2MPa,运行温度为175°C，保温层材料T0_8(1+v)L为硅酸盐管壳，厚度为50mm,密度为270kg/m3。式中:XTO为扭转刚度，N/m;5为

8、膨胀节厚度，m;£基于实际船舶废汽系统管路，选取典型的废汽系为膨胀节弹性模量，MPa;v为泊松比。统总管和支管体系，管系两端接口分为冷凝器和基于离散力学理论方法，将轴向拉杆式膨胀除氧器，主要包括阀门、单式膨胀节、异径、弯头及节的连续质量简化为离散力学模型，使膨胀节的支吊架等配件，具体参数信息见表1和表2。全部重量分割处理为有限质点处，即将膨胀节本表1管件规格参数体及附件的全部重量载荷平均集中加载于膨胀节管件名称通径/mu^材料