工業金屬管道(dao)的(de)膨脹和(he)柔(rou)性計算的(de)基本要(yao)求主要(yao)有以下(xia)幾點(dian)：
一、一般規(gui)定(ding)
1. 管(guan)系對約束(shu)點（諸(zhu)如管(guan)端(duan)設備接(jie)口(kou)處等）產生作(zuo)用力和力矩。作(zuo)用力和力矩過大，需加(jia)以限制，以防造成以下危害∶
a. 作用力和力矩(ju)過(guo)大，在管道與(yu)設備或(huo)管道組(zu)成件的(de)連接處易發生泄漏或(huo)損壞(huai)。
b. 作用力和力矩過大(da)會導(dao)致與管道相(xiang)連接的設(she)備內部(bu)（泵(beng)、汽輪機(ji)(ji)、透(tou)平壓縮(suo)機(ji)(ji)等(deng)）產(chan)生過量的應力和變形，無法(fa)正常運行(xing)甚至引起機(ji)(ji)件的損壞(huai)。
2. 本規范(fan)對劇烈循環條(tiao)件的管道(dao)有(you)關(guan)系的條(tiao)文(wen)號列(lie)于下，以便查(cha)對∶本規范(fan)第(di)2.1.23、5.2.2條(tiao)，第(di)5.3.2.3款，第(di)5.4.1條(tiao)，第(di)5.4.3.4、5.4.4.2款，第(di)5.6.3、5.8.7條(tiao)，第(di)5.9.1.2、5.9.2.4、5.9.3.2款，第(di)11.4.1條(tiao)，第(di)13.1.3款；附(fu)錄D第(di)D.0.1條(tiao)，附(fu)錄J第(di)J.1.3、J.2.1條(tiao)。
二、管道柔性計算的范圍及方法
1. 管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)柔(rou)性(xing)計(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)(de)(de)范(fan)圍基本(ben)上包(bao)括了(le)-50℃以下的(de)(de)(de)(de)冷管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)以及絕大部分的(de)(de)(de)(de)熱管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)。但按管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)公(gong)稱直徑規定柔(rou)性(xing)計(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)(de)(de)范(fan)圍，與設計(ji)溫度、管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)重要(yao)性(xing)、尤其與管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)布(bu)置的(de)(de)(de)(de)具(ju)體(ti)情(qing)況(kuang)有關。如管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)布(bu)置的(de)(de)(de)(de)剛(gang)性(xing)大，雖然管(guan)(guan)(guan)(guan)徑小些，柔(rou)性(xing)也未(wei)必(bi)合格。而計(ji)算(suan)(suan)人員的(de)(de)(de)(de)經驗有助于這種(zhong)判斷(duan)。所以計(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)(de)(de)管(guan)(guan)(guan)(guan)徑范(fan)圍要(yao)在工程(cheng)設計(ji)時確(que)定。隨著微機的(de)(de)(de)(de)日(ri)益廣泛(fan)使用和管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)計(ji)算(suan)(suan)程(cheng)序及一體(ti)化設計(ji)的(de)(de)(de)(de)完善，用計(ji)算(suan)(suan)機計(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)(de)(de)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)范(fan)圍可能隨之(zhi)擴(kuo)大。
2. 對(dui)于諸如高溫高壓蒸汽管(guan)(guan)道的疏水管(guan)(guan)，雖然它們管(guan)(guan)徑不(bu)大，可不(bu)在計算范圍(wei)內，但由于在工作(zuo)條件(jian)下，關斷閥(fa)上游(you)管(guan)(guan)道仍處(chu)于高溫狀態，要(yao)求它具有(you)較好(hao)的自(zi)補(bu)償(chang)能力；同(tong)時(shi)，這類(lei)小(xiao)(xiao)管(guan)(guan)道由于與主(zhu)管(guan)(guan)道相(xiang)(xiang)比(bi)其剛度甚小(xiao)(xiao)，相(xiang)(xiang)差懸(xuan)殊，致使在工作(zuo)條件(jian)下，主(zhu)管(guan)(guan)道熱(re)位(wei)移時(shi)對(dui)小(xiao)(xiao)管(guan)(guan)道產生(sheng)較大的牽連(lian)，往(wang)往(wang)因此(ci)(ci)造成小(xiao)(xiao)管(guan)(guan)道與主(zhu)管(guan)(guan)道相(xiang)(xiang)接處(chu)損壞。為此(ci)(ci)，對(dui)此(ci)(ci)類(lei)小(xiao)(xiao)管(guan)(guan)道要(yao)進行計算。
3. 柔性計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)的方(fang)法分為用(yong)計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)機(ji)(ji)程序進(jin)行分析、近(jin)似方(fang)法及簡化(hua)判斷法等。柔性計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)人(ren)員的經驗與采用(yong)的計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)方(fang)法的選擇有(you)關，條文已明(ming)確重(zhong)要(yao)(yao)的管道需要(yao)(yao)用(yong)計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)機(ji)(ji)程序計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)。對(dui)于復雜的管道系統都是(shi)在用(yong)電子(zi)計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)機(ji)(ji)程序進(jin)行計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)之列。簡化(hua)計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)包括采用(yong)圖表計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)在內(nei)，一般要(yao)(yao)求計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)結果可信，又(you)能(neng)節省(sheng)設計(ji)(ji)(ji)計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)的工(gong)時的情(qing)況(kuang)下使(shi)用(yong)。
三、管道柔(rou)性計算的(de)基本要求
在設(she)計(ji)中導向架(jia)的(de)(de)結構應符合計(ji)算(suan)程(cheng)序(xu)中所(suo)設(she)定的(de)(de)約束(shu)條件(jian)。對于滑動支(zhi)架(jia)所(suo)產生的(de)(de)摩擦力在計(ji)算(suan)程(cheng)序(xu)中沒有考慮時(shi)，則計(ji)算(suan)結果(guo)會有誤差。
四、管道的位移應力
1. 全(quan)補償值是管系由冷態到熱態間的(de)(de)變化所引起(qi)的(de)(de)，包括有管系本(ben)身(shen)的(de)(de)熱膨脹值和(he)管道(dao)端點的(de)(de)附加位移值。
2. 當(dang)量(liang)力矩(ju)的(de)計算(suan)。在(zai)計算(suan)當(dang)量(liang)合成(cheng)力矩(ju)時，不論計算(suan)點是在(zai)彎頭彎管(guan)上還是在(zai)三通上，應力增大系數可有兩(liang)種(zhong)取(qu)法。在(zai)柔(rou)性計算(suan)中，應注意檢查法蘭接頭處的(de)合成(cheng)彎矩(ju)值，并(bing)加(jia)以(yi)(yi)控制。以(yi)(yi)防在(zai)熱態下產生泄(xie)漏。見本規范條(tiao)(tiao)文(wen)說明第9.1.1條(tiao)(tiao)的(de)要求。
3. 截面系數的(de)計算參照了ASME B31.1及B31.3的(de)規定(ding)。
4. 熱脹應(ying)力(li)(li)范(fan)圍(wei)的(de)(de)計(ji)(ji)算。工業管(guan)道大多數使用(yong)了(le)具(ju)有良好(hao)塑性的(de)(de)管(guan)材，它們在運行(xing)初期往往不(bu)會因二次應(ying)力(li)(li)過大而馬上引起管(guan)道的(de)(de)破壞(huai)，總要(yao)經(jing)歷反復(fu)啟動停運多次重復(fu)地交(jiao)變(bian)運行(xing)，才(cai)可能產(chan)生疲勞破壞(huai)。因此(ci)，對該類型應(ying)力(li)(li)的(de)(de)限制就不(bu)取決于某一(yi)時間的(de)(de)應(ying)力(li)(li)水平，而取決于交(jiao)變(bian)的(de)(de)應(ying)力(li)(li)范(fan)圍(wei)和交(jiao)變(bian)循環的(de)(de)次數。本(ben)規范(fan)對這(zhe)種應(ying)力(li)(li)是計(ji)(ji)算其應(ying)力(li)(li)范(fan)圍(wei)。并(bing)按本(ben)規范(fan)第3.2.7條(tiao)式（3.2.7-1）及式（3.2.7-2）進行(xing)限制。由于當量力(li)(li)矩編人兩種公(gong)式，故熱脹應(ying)力(li)(li)范(fan)圍(wei)的(de)(de)計(ji)(ji)算式也有兩種公(gong)式。
5. 雖然(ran)超過屈服極限的(de)應(ying)(ying)力在運行(xing)狀(zhuang)態(tai)(tai)下隨時間的(de)推移而(er)減(jian)小，但熱(re)態(tai)(tai)、冷(leng)態(tai)(tai)的(de)應(ying)(ying)變會(hui)自均衡至一定程(cheng)度而(er)穩定下來，任一循環中熱(re)態(tai)(tai)與冷(leng)態(tai)(tai)應(ying)(ying)變的(de)總(zong)和卻(que)基本保持不(bu)變，把(ba)冷(leng)態(tai)(tai)與熱(re)應(ying)(ying)變總(zong)和稱為應(ying)(ying)變范(fan)圍；冷(leng)態(tai)(tai)與熱(re)態(tai)(tai)應(ying)(ying)力總(zong)和稱為應(ying)(ying)力范(fan)圍。
6. 管(guan)(guan)道熱脹或位(wei)移(yi)應力(li)不(bu)直接(jie)與外(wai)力(li)相平(ping)衡，具有自限性。熱脹和其(qi)他位(wei)移(yi)在運(yun)(yun)行條件(jian)下產生的初應力(li)大到(dao)某一程度，就(jiu)會(hui)由于屈(qu)服、蠕變、應力(li)松(song)弛而(er)降(jiang)低下來，回到(dao)停運(yun)(yun)狀態則出現相反(fan)方向的應力(li)，這(zhe)種現象類似于管(guan)(guan)系的冷拉(la)，稱為自拉(la)。它與管(guan)(guan)材性能、運(yun)(yun)行溫度、初應力(li)水平(ping)、安裝應力(li)大小(xiao)、持續運(yun)(yun)行時間長短等因素有關。
7. 熱(re)脹(zhang)(zhang)應力(li)范(fan)(fan)(fan)圍(wei)(wei)的(de)(de)(de)(de)評(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)。目(mu)前許(xu)用(yong)熱(re)脹(zhang)(zhang)應力(li)范(fan)(fan)(fan)圍(wei)(wei)的(de)(de)(de)(de)評(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)有(you)(you)(you)兩種(zhong)模(mo)式(shi)(shi)，采用(yong)該兩個公(gong)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)分別為∶前者(zhe)以(yi)國家(jia)現行(xing)標準《火(huo)力(li)發電廠(chang)汽水管道應力(li)計(ji)算技術規定(ding)(ding)(ding)》SDGJ6為代(dai)表，同時還有(you)(you)(you)其他部(bu)的(de)(de)(de)(de)一些(xie)設(she)(she)計(ji)院的(de)(de)(de)(de)熱(re)力(li)管道設(she)(she)計(ji)；后(hou)(hou)者(zhe)以(yi)國家(jia)現行(xing)標準《化工(gong)管道設(she)(she)計(ji)規范(fan)(fan)(fan)》HG20695為代(dai)表，以(yi)及有(you)(you)(you)關設(she)(she)計(ji)院的(de)(de)(de)(de)管道設(she)(she)計(ji)。在本規范(fan)(fan)(fan)第(di)(di)3.2.7條中(zhong)已(yi)提出本規范(fan)(fan)(fan)采用(yong)后(hou)(hou)者(zhe)的(de)(de)(de)(de)公(gong)式(shi)(shi)，并在本規范(fan)(fan)(fan)條文說明(ming)第(di)(di)3章(zhang)中(zhong)已(yi)有(you)(you)(you)解釋(shi)。如果需要降低材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)許(xu)用(yong)應力(li)時，符合ASMEB31.1的(de)(de)(de)(de)規定(ding)(ding)(ding)。則評(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)值大幅度降低。上(shang)述(shu)兩種(zhong)公(gong)式(shi)(shi)評(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)模(mo)式(shi)(shi)僅差(cha)(cha)6%，由于安(an)全系數不同，評(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)值相差(cha)(cha)竟達20%以(yi)上(shang)。這(zhe)說明(ming)上(shang)述(shu)第(di)(di)一種(zhong)公(gong)式(shi)(shi)，評(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)值仍不能接(jie)近ASME B31.1的(de)(de)(de)(de)水平。
五(wu)、管道對(dui)設備或端點的作(zuo)用力
在(zai)計算(suan)運行初期冷(leng)(leng)(leng)態作(zuo)用力時，計算(suan)補(bu)償(chang)(chang)值(zhi)即(ji)冷(leng)(leng)(leng)補(bu)償(chang)(chang)值(zhi)僅為(wei)冷(leng)(leng)(leng)拉(la)值(zhi)；在(zai)計算(suan)運行初期熱態作(zuo)用力時，計算(suan)補(bu)償(chang)(chang)值(zhi)除管系熱膨脹值(zhi)和管道端點的附加位移(yi)值(zhi)外(wai)，還要計及冷(leng)(leng)(leng)拉(la)值(zhi)的無效部(bu)分（不冷(leng)(leng)(leng)拉(la)就不存在(zai)這項）。
六、改善管道柔性的措施
1. 改(gai)善(shan)管系的(de)柔性(xing)問(wen)題(ti)，首先需考慮能否用(yong)改(gai)變支(zhi)架型式來(lai)解決(jue)。因管系可能存在局部過應變。
2. 當(dang)管(guan)系結構(gou)中的絕大(da)部分(fen)(fen)或比較大(da)的范圍(wei)處于彈(dan)性(xing)(xing)(xing)狀態，僅·有很(hen)小(xiao)(xiao)部分(fen)(fen)管(guan)道(dao)運行在非彈(dan)性(xing)(xing)(xing)范圍(wei)，就會(hui)發(fa)(fa)生(sheng)彈(dan)性(xing)(xing)(xing)轉(zhuan)移(yi)引起應變(bian)(bian)集中。當(dang)管(guan)道(dao)工作在蠕變(bian)(bian)范圍(wei)且變(bian)(bian)形(xing)分(fen)(fen)布很(hen)不均勻時(shi)(shi)，這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)就更突(tu)出(chu)。管(guan)系中剛(gang)(gang)(gang)性(xing)(xing)(xing)強的部分(fen)(fen)與剛(gang)(gang)(gang)性(xing)(xing)(xing)弱的部分(fen)(fen)相連(lian)接時(shi)(shi)，隨時(shi)(shi)間的推(tui)移(yi)，作用(yong)在結構(gou)兩端的位移(yi)將發(fa)(fa)生(sheng)再分(fen)(fen)布，剛(gang)(gang)(gang)性(xing)(xing)(xing)強的部分(fen)(fen)應變(bian)(bian)減小(xiao)(xiao)，剛(gang)(gang)(gang)性(xing)(xing)(xing)弱的部分(fen)(fen)應變(bian)(bian)增大(da)，發(fa)(fa)生(sheng)局部過(guo)應變(bian)(bian)，并易引起屈(qu)服變(bian)(bian)形(xing)。
3. 為保證管系(xi)整體結構安(an)全運行，避免因(yin)彈性轉移引起的局部過應變，設(she)計管系(xi)時應在(zai)以下方面(mian)充分注意∶
a. 管系中小直徑管道與(yu)大直徑或剛性強的(de)管道串聯相接；
b. 管(guan)系中局(ju)部管(guan)道(dao)的(de)尺寸或(huo)斷(duan)面(mian)縮小，或(huo)者(zhe)是采用了性能較弱的(de)管(guan)道(dao)材料
c. 管系中管道材質和規格(ge)相(xiang)同，但(dan)在布置格(ge)局(ju)上大部分(fen)(fen)的管道處于或(huo)接近中性軸（或(huo)推力線(xian)），小部分(fen)(fen)管道偏(pian)離(li)中性軸，甚至(zhi)有較多的偏(pian)離(li)卻要吸收較大的應變。
上(shang)述情況應在(zai)布置管道時盡量避免，尤(you)其采(cai)用(yong)延(yan)展性較(jiao)低的材料(liao)時更應引起重視。若無法(fa)避免，就(jiu)應采(cai)取一(yi)些有(you)效措施如(ru)加限位裝置等(deng)。
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