膨胀节在PIPESTRESS中的模拟与分析.pdf

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1、第54卷第3期2017年6月化工设备与管道PROCESSEQUIPMENT&PIPINGVbl．54No．3Jun．2017膨胀节在PIPESTRESS中的模拟与分析潘柳，何孟夫，汤凤(深圳中广核工程设计有限公司，广东深圳518000)摘要：管道布置根据其功能要求会适当设置膨胀节，用以消除轴向位移差。采用PIPESTRESS软件对管道进行建模分析，分别介绍了软件中的MTxs和RIGDandsPRs两种卡片对膨胀节不同的建模分析方法，并对比两种方法的差异，最后通过校核计算的膨胀节位移来判断膨胀节的选型是否正确。关键词：膨胀节；PIPESTRESS；位移中图分类号：TQ055．8；TH122文献标

2、识码：A文章编号：1009-3281(2017)03—0076一004在管道设计过程中，膨胀节依靠易变形的挠性结构，对管束间膨胀变形差进行补偿，同时还可以起到消除机械振动、降噪等功能，具有装配简单、气密性好、占地面积小、补偿量大等优点。在管路系统设计中，膨胀节选型的正确与否，对于管网在设计工况条件下能否稳定和安全运行十分重要。通过PIPESTRESS软件进行有限元分析，可有效的对膨胀节进行详细分析。本文以普通膨胀节为例，详细介绍了PIPESTRESS中两种膨胀节建模分析方法，对管道应力、膨胀节位移值进行输出，并给出膨胀节的选型判断依据。1膨胀节模拟膨胀节作为与工艺管道共线的一个PIPE元件进行

3、建模，在PIPESTRESS中可作为一个部件来模拟，在建模中需要考虑膨胀节的各向刚度。膨胀节的物理特性，轴向、横向、周向刚度、膨胀节长度、质量应由供应商提供，这些参数需要在管道计算报告中加以说明。对于无周向约束的普通膨胀节，在膨胀节两端的管道上分别施加一个静态载荷p刚(尸为波纹管设计压力，4为波纹管流动面积)保证管道运行，为了更好的建模效果，也可以将内部流体质量叠加至膨胀节质量上。1．1膨胀节建模及相关参数在PIPESTRESS软件中有MTxs和RJGDandsPRS两种卡片定义膨胀节的建模方法。两种建模方式最明显的不同之处在于节点与质量的不同。对于MTxS模型，建立一个刚性矩阵单元并添加膨胀

4、节质量，软件会在两端各生成一个质量，其值为膨胀节质量的一半。而对于RJGDandSPRS模型，在两端建立两个刚体单元，中间建立一个弹簧单元(非常短)，然后在弹簧单元上添加一个集中质量，其值为膨胀节质量。两种方法的建模如图1所示。1．1．1MTXS卡片MTxs是对6×6的矩阵进行定义，卡片定义的参数如表1所示。其中：彻用来定义质量(在单元的两端分别添加1／2的集中质量)。按照PIPESTRESS规定，z’=ZLo。AL=单元轴向，例如：如果轴向为x向，则定义zx为1而zY和zz则为0或空白。对于普通膨胀节，膨胀节为对称的(横向刚度和角刚度在两个弯曲面是相同的)，因此没有必要定义x’=噩o。小如果

5、选择ZLo。AL为单元轴向，则表中的11和22为横向刚度(由厂家提供)，33为轴向刚度(由厂家提供)，44和55为角刚度(弯曲刚度)，66为扭转刚度。1．1．2RIGDandSPRS软件对SPRS要求是非常短的一个单元，并在上面加膨胀节集中质量。在SPRS单元的前后各增加一个刚性单元。对于卡片RJGD，定义每个RJGD单元长度为膨胀节一半的长度。收稿日期：2016—09—18作者简介：潘柳(1983一)，女，广东深圳人，工程师。主要从事核级管道分析工作。2017年6月潘柳．膨胀节在PIPESTRESS中的模拟与分析77510405(J，百芦，，_+—万■一+1∥SPRSorSPRF(～crvs

6、honelemenll厂—]l厂————画萧—_图1MTxS与RIGDandSPRS建模示意图Fig．1SketchofMTXSandRIGDandSPRSmodeling表1MⅨs矩阵建模参数他blelM勰设model耐thMTXScard表2弹性建模参数Tablle≯springmodd埘tll恤RjGDandSPRscards表中彳z为轴向刚度(由厂家提供)，从和彳y为横向刚度(由厂家提供)，曰z为扭转刚度，以和B】，为角刚度或弯曲刚度(由厂家提供)。1．2膨胀节推力对于普通膨胀节，需要给管道模型增加轴向力即膨胀节推力。施加方向如图2所示。其它由压力引起的轴向力可以相互抵消(通过管道连续

7、性、张力作用等)，轴向力：Rm。叩8彳眦。ow，其中：户内压，彳眦。ow=膨胀节推力面积(由厂家提供)。’，∥J／厂’一’、＼轴II普通膨胀节图2膨胀节推力施加示意图Fig．2Sketchofexpansionjointthmstapplied在PIPEsTRESS中，使用FORC卡片对力进行定义，并在相关自重载荷定义卡片中添加，如卡片LCAS中吖=3(运行工况自重)、TY=4(试验工况自重)、T