方形補償器彈性力和彎曲應(yīng)力計算軟件的開發(fā)

曹志勇

【摘 要】介紹了兩種不同形式方形補償器的彈性力和彎曲應(yīng)力的計算方法，給出了各參數(shù)的計算公式；在此基礎(chǔ)上，以Delphi 7.0為平臺，編寫了方形補償器彈性力和彎曲應(yīng)力的計算軟件，并舉例說明了軟件的計算過程。計算結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的查線算圖計算彈性力和彎曲應(yīng)力的方法相比，軟件計算的結(jié)果具有更高的準(zhǔn)確性。

【關(guān)鍵詞】方形補償器；自然補償；彈性中心法；彈性力；彎曲應(yīng)力；軟件

1前言

方形補償器，又稱矩形補償器，是一種常見的補償器。其制造方便，可以在施工現(xiàn)場就地煨制或焊接，作用在固定支架上的軸向推力小，補償能力大，不需維護，可使用于任何工作壓力和工作溫度的管道。正是由于方形補償器具有上述優(yōu)點，因此在熱力管道設(shè)計中被廣泛采用。

方形補償器根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為圓角彎方形補償器和焊接彎方形補償器兩種形式。圓角彎方形補償器適用于管徑較小的情況，而焊接彎方形補償器通常在管徑較大時使用。

為保證補償器的安全，補償器的彎曲應(yīng)力不應(yīng)大于管道的許用應(yīng)力值。根據(jù)實際情況，將許用應(yīng)力值代入上式即可求出方形補償器外伸臂H的值。

3 計算軟件的編寫

通過上面的分析可以看出，給出所需的參數(shù)，就可以計算出方形補償器的彈性力和彎曲應(yīng)力，但是計算量較大。為了簡化計算，手冊中通常會給出部分管道的線算圖，通過查圖表來計算彈性力，但是一般只給出了部分管道的線算圖，且線算圖是在某些限定條件下繪制的，很多情況下還需對計算結(jié)果進行修正，使用起來較為繁瑣。為了能夠快速準(zhǔn)確的計算方形補償器的彈性力和彎曲應(yīng)力，特編寫了本軟件。

本軟件以Delphi 7.0為平臺，無需安裝，使用簡單方便。軟件主要包括“管材參數(shù)”設(shè)置、“參數(shù)輸入”和“結(jié)果輸出”三部分。使用時，首先設(shè)置管材參數(shù)，選擇需要計算的補償器的類型，并輸入相應(yīng)的補償器的參數(shù)，然后點擊“計算”按鈕，即可在“結(jié)果輸出”欄內(nèi)顯示本次計算的結(jié)果。

需要注意的是：（1）計算中，方形補償器兩邊自由臂長??；（2）補償器熱伸長系數(shù)的缺省設(shè)置為，如果設(shè)計的補償器有預(yù)拉伸（冷緊），計算時可先計算熱伸長量，然后對熱伸長量進行修正，即乘上相應(yīng)的補償器熱伸長系數(shù)，再進行計算即可。熱伸長系數(shù)的取值可參考文獻【1】。

4 應(yīng)用實例

已知管道鋼號為A8號鋼，規(guī)格為D133×4，管內(nèi)熱媒：飽和蒸汽，表壓力13bar（t1≈194℃），管道安裝溫度t2=-6℃?，F(xiàn)根據(jù)預(yù)先選定的方形補償器的尺寸，求彈性力及熱脹彎曲應(yīng)力的大小。方形補償器的尺寸為： H=4.0m，，R=0.6m，固定支座間的間距m。

通過軟件計算求得，該方形補償器的彈性力為3.19kN，彎曲應(yīng)力為157.1MPa，與文獻【2】中例題14-1的計算結(jié)果一致，從而驗證了軟件的準(zhǔn)確性。計算過程詳見圖3。

5 結(jié)語

為了進一步驗證軟件計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，對文獻【1】中圖7-34～ 7-42的示例進行了對比計算，對比結(jié)果見表6。對比計算是以線算圖的編制條件為依據(jù)進行的，相應(yīng)的參數(shù)采用了與線算圖相同的取值?？紤]到查線算圖時存在的讀數(shù)誤差，可以看出使用本軟件計算方形補償器的彈性力和彎曲應(yīng)力具有較高的準(zhǔn)確性。

文獻【1】中圓角彎方形補償器線算圖編制條件如下：（1）自由伸長臂；（2）彈性模數(shù)E取碳素鋼在20℃的數(shù)值，即MPa；（3）允許縱向補償彎曲應(yīng)力MPa；（4）補償器的熱伸長系數(shù)。（5）對于焊接彎方形補償器而言，彎管應(yīng)力修正系數(shù)，焊縫系數(shù)。

表6計算結(jié)果對比

參考文獻：

[1]《工業(yè)鍋爐房設(shè)計手冊》，中國建筑工業(yè)出版社，1985，第二版

[2]《供熱工程》，賀平，孫剛，建筑工業(yè)出版社，2009.08，第四版

[3]《熱力管道設(shè)計手冊》，趙廷元，岳學(xué)文，孫振安，山西科學(xué)教育出版社，1986.5，第一版

[4] DL/T 5366-2006 《火力發(fā)電廠管道應(yīng)力計算技術(shù)規(guī)程》