金属波纹管膨胀节某些构件设计问题讨论

　　金属波纹管膨胀节的通用结构件如内压或外压作用下的筒节、立板、铰链板、销轴、拉杆等,文献[1]在提示附录中已给出设计公式。对于法兰式各种膨胀节,如带法兰的铰链型膨胀节、带法兰的大拉杆横向型膨胀节以及各种带法兰的压力平衡型膨胀节中的法兰与压力容器法兰受力状态相当,均承受压力推力和变形反力,一方面要满足强度要求,另一方面尚应满足小变形的刚度要求,要按GB150规定设计。其它型式膨胀节用的法兰由于运行中不承受压力推力,例如单式轴向型,压力推力由固定支架承受等等,其法兰除满足密封性的要求外,不承受压力推力。在各种圆环形环板、万向环等的设计中,有些设计问题,本文提出一些看法供参考,以引起讨论和重视。

　　1　膨胀节中应用的圆环形环板强度分析

　　圆环形环板在很多种膨胀节中均有应用,但在不同膨胀节中它承受的载荷有所不同。例如单式轴向膨胀节中它只承受冷紧状态下的弹性反力,在各种外压膨胀节、各种压力平衡型膨胀节中它承受工作压力,在无约束膨胀节中它承受抗弯力矩和轴向压力推力,下面针对不同载荷给予分析。

　　1·1　承受内压力的圆环形环板

　　这类环板外周边固定(见图1),内周边可动固定(可移动固支),在内压作用下,外边界径向应力最大为:

　　式中　P———压力,MPa

　　D———环板外径,mm

　　t———环板厚度,mm

　　d———环板内径,mm

　　α———查表系数,见表1

　　1·2　承受轴向力的环板

　　当无约束膨胀节在直埋管道中未填土时或支架有问题时,压力推力将作用于环板上(见图2),其最大应力发生于内边界,为:

　　式中　F———承受的推力,N

　　t———环板厚度,mm

　　d———环板内径,mm

　　α———应力系数,见表2

　　1·3　承受弯矩的环板

　　外压膨胀节和无约束膨胀节均有抗弯能力,在管道中有弯矩作用时(见图3),在其内边界产生弯矩引起的应力:

　　式中　M———外力矩,N·mm

　　t———环板厚度,mm

　　α———应力系数,见表3

　　2　一次性直埋膨胀节的强度讨论

　　一次性直埋膨胀节承力较大,一方面要承受部分压力推力,另一方面要承受管道轴向热伸长或冷收缩引起的推力或张力。通常其应力按管道钢管许用应力计算,因此总的轴向力最大,为:

　　式中　D0———管道外径,mm

　　δ1———管道壁厚,mm

　　[σ]———许用应力,MPa,按GB150—1998《钢制压力容器》取值。