工業(ye)金(jin)屬管道(dao)的膨(peng)脹和柔(rou)性計算的基本要(yao)求主要(yao)有以下幾點：
一、一般(ban)規(gui)定
1. 管(guan)系對(dui)約(yue)束點（諸如(ru)管(guan)端設備接口處等）產生作(zuo)用(yong)力和(he)力矩。作(zuo)用(yong)力和(he)力矩過大，需加以(yi)限(xian)制，以(yi)防造成以(yi)下危害(hai)∶
a. 作用力(li)和力(li)矩過大，在管道與設備或管道組成件的連接處易發(fa)生泄漏或損(sun)壞。
b. 作用力和力矩過(guo)大會導致與管道相連接的(de)設(she)備內部（泵、汽輪機(ji)、透平壓縮(suo)機(ji)等）產生過(guo)量的(de)應力和變形，無法正常運行甚至引起機(ji)件的(de)損壞(huai)。
2. 本規范對劇烈循環條(tiao)(tiao)件的管道有關系(xi)的條(tiao)(tiao)文號列于下，以(yi)便查對∶本規范第(di)(di)2.1.23、5.2.2條(tiao)(tiao)，第(di)(di)5.3.2.3款(kuan)，第(di)(di)5.4.1條(tiao)(tiao)，第(di)(di)5.4.3.4、5.4.4.2款(kuan)，第(di)(di)5.6.3、5.8.7條(tiao)(tiao)，第(di)(di)5.9.1.2、5.9.2.4、5.9.3.2款(kuan)，第(di)(di)11.4.1條(tiao)(tiao)，第(di)(di)13.1.3款(kuan)；附(fu)錄(lu)D第(di)(di)D.0.1條(tiao)(tiao)，附(fu)錄(lu)J第(di)(di)J.1.3、J.2.1條(tiao)(tiao)。
二(er)、管道柔性(xing)計算的范圍及方法
1. 管(guan)(guan)道(dao)(dao)柔(rou)性(xing)(xing)(xing)計(ji)(ji)算(suan)的(de)(de)(de)范圍(wei)(wei)基本上包括了-50℃以下的(de)(de)(de)冷管(guan)(guan)道(dao)(dao)以及絕大部(bu)分的(de)(de)(de)熱管(guan)(guan)道(dao)(dao)。但按管(guan)(guan)道(dao)(dao)公稱直徑(jing)規定柔(rou)性(xing)(xing)(xing)計(ji)(ji)算(suan)的(de)(de)(de)范圍(wei)(wei)，與(yu)設計(ji)(ji)溫度、管(guan)(guan)道(dao)(dao)重要(yao)性(xing)(xing)(xing)、尤其(qi)與(yu)管(guan)(guan)道(dao)(dao)布置(zhi)的(de)(de)(de)具體(ti)情況有關。如管(guan)(guan)道(dao)(dao)布置(zhi)的(de)(de)(de)剛性(xing)(xing)(xing)大，雖然(ran)管(guan)(guan)徑(jing)小些，柔(rou)性(xing)(xing)(xing)也未必(bi)合格。而(er)計(ji)(ji)算(suan)人員的(de)(de)(de)經驗有助于這(zhe)種判(pan)斷(duan)。所以計(ji)(ji)算(suan)的(de)(de)(de)管(guan)(guan)徑(jing)范圍(wei)(wei)要(yao)在工程設計(ji)(ji)時確定。隨著微(wei)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)日益廣泛使用(yong)和(he)管(guan)(guan)道(dao)(dao)計(ji)(ji)算(suan)程序(xu)及一體(ti)化設計(ji)(ji)的(de)(de)(de)完善，用(yong)計(ji)(ji)算(suan)機(ji)(ji)計(ji)(ji)算(suan)的(de)(de)(de)管(guan)(guan)道(dao)(dao)范圍(wei)(wei)可能隨之擴大。
2. 對于諸如高溫(wen)高壓(ya)蒸汽管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)的疏水管(guan)(guan)(guan)(guan)，雖然它們(men)管(guan)(guan)(guan)(guan)徑(jing)不(bu)大(da)，可不(bu)在計算范圍內，但(dan)由(you)于在工作(zuo)條件(jian)下，關(guan)斷閥上游管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)仍處于高溫(wen)狀態，要求它具有較好的自(zi)補償(chang)能力；同(tong)時，這類小(xiao)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)由(you)于與主(zhu)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)相比其剛(gang)度甚(shen)小(xiao)，相差(cha)懸殊，致使在工作(zuo)條件(jian)下，主(zhu)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)熱(re)位移(yi)時對小(xiao)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)產生較大(da)的牽連(lian)，往(wang)往(wang)因此(ci)造成小(xiao)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)與主(zhu)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)相接處損壞。為此(ci)，對此(ci)類小(xiao)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)要進行計算。
3. 柔(rou)性(xing)計(ji)(ji)(ji)(ji)算的(de)方法分(fen)(fen)為用(yong)計(ji)(ji)(ji)(ji)算機程(cheng)序(xu)進行(xing)分(fen)(fen)析、近似方法及簡化判斷法等。柔(rou)性(xing)計(ji)(ji)(ji)(ji)算人員的(de)經驗(yan)與(yu)采用(yong)的(de)計(ji)(ji)(ji)(ji)算方法的(de)選擇有關，條文已明確重要的(de)管道需要用(yong)計(ji)(ji)(ji)(ji)算機程(cheng)序(xu)計(ji)(ji)(ji)(ji)算。對(dui)于復雜的(de)管道系統(tong)都(dou)是在(zai)(zai)用(yong)電子計(ji)(ji)(ji)(ji)算機程(cheng)序(xu)進行(xing)計(ji)(ji)(ji)(ji)算之列。簡化計(ji)(ji)(ji)(ji)算包括采用(yong)圖表(biao)計(ji)(ji)(ji)(ji)算在(zai)(zai)內(nei)，一(yi)般要求計(ji)(ji)(ji)(ji)算結果(guo)可(ke)信，又能節省設計(ji)(ji)(ji)(ji)計(ji)(ji)(ji)(ji)算的(de)工時的(de)情況下使用(yong)。
三、管道柔(rou)性(xing)計算的基本要求(qiu)
在設計(ji)中(zhong)導向架的結(jie)構應符合(he)計(ji)算程序(xu)(xu)中(zhong)所(suo)(suo)設定的約束條件。對于滑動支架所(suo)(suo)產生(sheng)的摩擦力在計(ji)算程序(xu)(xu)中(zhong)沒(mei)有考(kao)慮時(shi)，則計(ji)算結(jie)果會有誤差(cha)。
四、管道的位移(yi)應力
1. 全補償值(zhi)是管系由(you)冷態到熱態間的(de)(de)變化所引起(qi)的(de)(de)，包括有管系本身的(de)(de)熱膨脹(zhang)值(zhi)和管道(dao)端點(dian)的(de)(de)附(fu)加(jia)位(wei)移值(zhi)。
2. 當量(liang)力矩(ju)的(de)計(ji)算。在(zai)計(ji)算當量(liang)合成(cheng)力矩(ju)時，不論(lun)計(ji)算點是(shi)在(zai)彎頭彎管上還是(shi)在(zai)三通(tong)上，應(ying)(ying)力增(zeng)大系數可(ke)有兩種取法。在(zai)柔性計(ji)算中，應(ying)(ying)注意(yi)檢(jian)查法蘭接頭處的(de)合成(cheng)彎矩(ju)值，并加以(yi)控制。以(yi)防(fang)在(zai)熱態下產生(sheng)泄(xie)漏。見本規(gui)范條文(wen)說明第9.1.1條的(de)要求。
3. 截面系(xi)數(shu)的(de)計算參照了ASME B31.1及B31.3的(de)規定。
4. 熱脹(zhang)應(ying)(ying)力(li)范(fan)(fan)圍(wei)(wei)的計(ji)(ji)算(suan)。工業管(guan)(guan)道大多數使(shi)用了(le)具有(you)良好塑性的管(guan)(guan)材，它們在運行初期往往不會(hui)因(yin)二(er)次(ci)(ci)應(ying)(ying)力(li)過大而(er)馬上引(yin)起管(guan)(guan)道的破壞，總要經歷(li)反復(fu)(fu)啟動停運多次(ci)(ci)重復(fu)(fu)地交變(bian)運行，才可能產生(sheng)疲(pi)勞破壞。因(yin)此，對(dui)該類型應(ying)(ying)力(li)的限制就(jiu)不取(qu)決于某一時(shi)間的應(ying)(ying)力(li)水平(ping)，而(er)取(qu)決于交變(bian)的應(ying)(ying)力(li)范(fan)(fan)圍(wei)(wei)和交變(bian)循環的次(ci)(ci)數。本(ben)規范(fan)(fan)對(dui)這種應(ying)(ying)力(li)是計(ji)(ji)算(suan)其應(ying)(ying)力(li)范(fan)(fan)圍(wei)(wei)。并按本(ben)規范(fan)(fan)第3.2.7條式（3.2.7-1）及式（3.2.7-2）進行限制。由于當量力(li)矩編人兩種公式，故熱脹(zhang)應(ying)(ying)力(li)范(fan)(fan)圍(wei)(wei)的計(ji)(ji)算(suan)式也有(you)兩種公式。
5. 雖然超過屈服極(ji)限的(de)(de)應(ying)(ying)力在運行狀態(tai)(tai)下隨(sui)時(shi)間的(de)(de)推移而減(jian)小，但熱(re)態(tai)(tai)、冷(leng)態(tai)(tai)的(de)(de)應(ying)(ying)變會(hui)自均衡至一(yi)定(ding)(ding)程度(du)而穩定(ding)(ding)下來，任一(yi)循環中熱(re)態(tai)(tai)與冷(leng)態(tai)(tai)應(ying)(ying)變的(de)(de)總(zong)和卻(que)基本保持不變，把冷(leng)態(tai)(tai)與熱(re)應(ying)(ying)變總(zong)和稱(cheng)為應(ying)(ying)變范圍；冷(leng)態(tai)(tai)與熱(re)態(tai)(tai)應(ying)(ying)力總(zong)和稱(cheng)為應(ying)(ying)力范圍。
6. 管(guan)道熱脹或(huo)位移應(ying)力不直接(jie)與外(wai)力相平衡，具有(you)自(zi)限性。熱脹和其他位移在運(yun)行(xing)條件下產生(sheng)的初應(ying)力大(da)到某一程(cheng)度(du)，就會由于(yu)屈服(fu)、蠕變、應(ying)力松弛而降低(di)下來(lai)，回到停運(yun)狀態則出現相反方向的應(ying)力，這種現象類(lei)似于(yu)管(guan)系的冷拉，稱為自(zi)拉。它(ta)與管(guan)材性能、運(yun)行(xing)溫度(du)、初應(ying)力水平、安裝應(ying)力大(da)小、持續(xu)運(yun)行(xing)時間長短等因(yin)素有(you)關(guan)。
7. 熱脹(zhang)應力(li)(li)(li)范(fan)(fan)(fan)圍的(de)(de)評(ping)定(ding)。目(mu)前許(xu)用熱脹(zhang)應力(li)(li)(li)范(fan)(fan)(fan)圍的(de)(de)評(ping)定(ding)有(you)兩種(zhong)模(mo)式(shi)，采用該(gai)兩個(ge)公式(shi)的(de)(de)分別(bie)為(wei)∶前者(zhe)以國家(jia)現行標準《火力(li)(li)(li)發電廠汽水管(guan)道應力(li)(li)(li)計(ji)(ji)算技術規定(ding)》SDGJ6為(wei)代表，同時(shi)還有(you)其他部的(de)(de)一些設(she)計(ji)(ji)院(yuan)的(de)(de)熱力(li)(li)(li)管(guan)道設(she)計(ji)(ji)；后者(zhe)以國家(jia)現行標準《化工管(guan)道設(she)計(ji)(ji)規范(fan)(fan)(fan)》HG20695為(wei)代表，以及有(you)關設(she)計(ji)(ji)院(yuan)的(de)(de)管(guan)道設(she)計(ji)(ji)。在本規范(fan)(fan)(fan)第(di)3.2.7條中已(yi)提(ti)出本規范(fan)(fan)(fan)采用后者(zhe)的(de)(de)公式(shi)，并在本規范(fan)(fan)(fan)條文說明第(di)3章(zhang)中已(yi)有(you)解釋。如(ru)果需(xu)要降(jiang)低材料的(de)(de)許(xu)用應力(li)(li)(li)時(shi)，符(fu)合ASMEB31.1的(de)(de)規定(ding)。則(ze)評(ping)定(ding)值大幅(fu)度降(jiang)低。上(shang)述兩種(zhong)公式(shi)評(ping)定(ding)模(mo)式(shi)僅差6%，由于(yu)安(an)全系數不同，評(ping)定(ding)值相差竟(jing)達20%以上(shang)。這(zhe)說明上(shang)述第(di)一種(zhong)公式(shi)，評(ping)定(ding)值仍不能(neng)接近ASME B31.1的(de)(de)水平。
五、管道對(dui)設備(bei)或端點(dian)的作用力
在(zai)(zai)(zai)計(ji)算(suan)運行初(chu)期冷(leng)態(tai)作用力時(shi)，計(ji)算(suan)補(bu)償(chang)(chang)值(zhi)(zhi)即冷(leng)補(bu)償(chang)(chang)值(zhi)(zhi)僅為冷(leng)拉(la)值(zhi)(zhi)；在(zai)(zai)(zai)計(ji)算(suan)運行初(chu)期熱態(tai)作用力時(shi)，計(ji)算(suan)補(bu)償(chang)(chang)值(zhi)(zhi)除管(guan)系熱膨脹值(zhi)(zhi)和管(guan)道端點的(de)附加(jia)位移值(zhi)(zhi)外，還要計(ji)及冷(leng)拉(la)值(zhi)(zhi)的(de)無效部(bu)分（不冷(leng)拉(la)就不存在(zai)(zai)(zai)這項(xiang)）。
六、改善(shan)管道柔性的措施(shi)
1. 改善管系的柔(rou)性問題，首(shou)先(xian)需考慮能否用改變(bian)支架(jia)型式(shi)來解(jie)決。因管系可能存在局部過應變(bian)。
2. 當管(guan)(guan)系結構(gou)中(zhong)的(de)(de)絕(jue)大(da)部(bu)分(fen)(fen)(fen)或(huo)比較(jiao)大(da)的(de)(de)范(fan)(fan)圍處于彈性狀態，僅·有(you)很小部(bu)分(fen)(fen)(fen)管(guan)(guan)道運行在非(fei)彈性范(fan)(fan)圍，就會(hui)發(fa)生彈性轉(zhuan)移引起應(ying)變(bian)集中(zhong)。當管(guan)(guan)道工作(zuo)在蠕變(bian)范(fan)(fan)圍且(qie)變(bian)形分(fen)(fen)(fen)布(bu)很不(bu)均勻時(shi)，這種現象就更突出(chu)。管(guan)(guan)系中(zhong)剛(gang)性強的(de)(de)部(bu)分(fen)(fen)(fen)與剛(gang)性弱的(de)(de)部(bu)分(fen)(fen)(fen)相連接時(shi)，隨時(shi)間的(de)(de)推移，作(zuo)用在結構(gou)兩端的(de)(de)位移將發(fa)生再分(fen)(fen)(fen)布(bu)，剛(gang)性強的(de)(de)部(bu)分(fen)(fen)(fen)應(ying)變(bian)減(jian)小，剛(gang)性弱的(de)(de)部(bu)分(fen)(fen)(fen)應(ying)變(bian)增大(da)，發(fa)生局部(bu)過應(ying)變(bian)，并易引起屈(qu)服變(bian)形。
3. 為保證管系整體(ti)結構安全運行，避免因彈性轉移引起的局部(bu)過應(ying)變，設計管系時(shi)應(ying)在以下(xia)方(fang)面(mian)充分注意∶
a. 管系(xi)中(zhong)小直徑管道與大直徑或剛(gang)性強的管道串(chuan)聯相接(jie)；
b. 管系中局部管道的(de)尺(chi)寸或斷(duan)面(mian)縮小，或者是(shi)采用了性(xing)能較弱的(de)管道材料(liao)
c. 管系中(zhong)(zhong)管道(dao)材質和規格(ge)相同，但在布置格(ge)局上大(da)部(bu)分(fen)的(de)管道(dao)處于或(huo)(huo)接近中(zhong)(zhong)性軸（或(huo)(huo)推力線），小(xiao)部(bu)分(fen)管道(dao)偏離中(zhong)(zhong)性軸，甚至有較多(duo)的(de)偏離卻要吸收較大(da)的(de)應變(bian)。
上(shang)述(shu)情況應在布(bu)置管道時盡量避免(mian)(mian)，尤其(qi)采用延(yan)展性(xing)較低(di)的(de)材料時更應引(yin)起重視(shi)。若無法避免(mian)(mian)，就應采取一些有效措(cuo)施如加限位裝置等(deng)。
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