碳鋼無縫化彎頭的布置方向如何處理及應(yīng)用

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最后更新：	2017-04-19 15:35
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各工況下分離器出口濃淡側(cè)風(fēng)速分布情況，可見不管碳鋼無縫化彎頭的布置方向如何，濃側(cè)的風(fēng)速均大于淡側(cè)，這與試驗(yàn)結(jié)果是吻合的。其中以工況3即彎頭分離與擋塊分離同向，彎頭角度為45°時(shí)濃側(cè)風(fēng)速最高，超過了工況4彎頭角度為90°的工況。據(jù)分析盡管90°彎頭的離心作用超過45°彎頭，彎頭出口風(fēng)速的最大值位置也更靠近彎頭外壁，但由于濃淡分離器擋塊對面彎曲板的存在，偏向淡側(cè)的后彎曲板使部分高速氣流轉(zhuǎn)向淡側(cè)所致。工況5對應(yīng)現(xiàn)場實(shí)際情況，與工況3相比，工況5由于彎頭出口與濃淡分離器入口有0.82D的距離，濃淡側(cè)的風(fēng)速偏差有所降低，而濃淡側(cè)風(fēng)速均衡對于保護(hù)淡側(cè)噴口安全非常重要?，F(xiàn)場試驗(yàn)工況5濃淡側(cè)速度偏差為5。lm/s，數(shù)值模擬結(jié)果為6m/s。數(shù)值計(jì)算時(shí)顆粒粒徑按R-R分布，平均粒徑取為SO}m，煤粉均勻性指數(shù)n取為1.1.在拉格朗日坐標(biāo)系中跟蹤了各顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡。作為示例，出了各工況下帶有不同結(jié)構(gòu)前置彎頭的濃淡分離器內(nèi)的50m顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡?？梢妼τ趶濐^分離與擋塊分離方向相反的工況1，2，采用按來流均勻條件設(shè)計(jì)能獲得良好分離效果的濃淡分離器失效，大量煤粉進(jìn)入隔板附近的淡側(cè)。而對于碳鋼無縫彎頭分離與擋塊分離方向相同的工況3，4，煤粉濃淡分離效果良好，兩種分離效果的疊加使煤粉濃度最高點(diǎn)出現(xiàn)在濃側(cè)遠(yuǎn)離隔板位置，而且該處煤粉濃度很高。出了不同工況下分離器出口濃度分布，該結(jié)果通過對17600條顆粒軌跡統(tǒng)計(jì)獲得，彎頭對濃淡分離器分離效果的重要影響。
由于無縫化碳鋼彎頭和分離器分離方向相反而導(dǎo)致濃淡分離效果差的問題，可采用升高擋塊高度的方法提高分離效果。試驗(yàn)獲得的在來流均勻條件下該濃淡分離器分離效果隨擋塊高度的變化曲線。圖7則示出了擋塊相對高度h=HlL由工況1的0.3增加到0.38后50m顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，可見升高擋塊高度后，彎頭造成的分離器濃淡比下降問題已完全消除。
彎頭在直埋供熱管道得到了普遍的應(yīng)用
隨著集中供熱規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大口徑、高壓力的直埋供熱管道得到了普遍的應(yīng)用，管徑尺寸已經(jīng)達(dá)到DN1400.但是國內(nèi)沒有針對大口徑直埋管道明確的受力計(jì)算方法標(biāo)準(zhǔn)，尤其彎頭，沿用DN500以下規(guī)程的設(shè)計(jì)理論，將其簡化為一個(gè)點(diǎn)，仍采用彈性抗彎鉸解析法進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，工程中大量設(shè)置固定墩和補(bǔ)償器來保護(hù)彎頭。本文通過對大口徑直埋供熱彎頭的力學(xué)研究，在復(fù)雜的力的作用下，對位移、應(yīng)力的精確計(jì)算，可以達(dá)到減少固定墩和補(bǔ)償器的使用數(shù)量，減小工程造價(jià)，加快施工速度，增強(qiáng)管網(wǎng)的可靠性之目的。本文針對大口徑直埋供熱彎頭，做了以下幾個(gè)方面的工作：
1、無縫化彎頭對大口徑直埋供熱管道進(jìn)行全面的受力分析：考慮管道以及介質(zhì)本身的重量、地下水位的浮力、管頂覆土重力、地面交通載荷以及堆積載荷的作用，對大口徑直埋供熱管道的垂直荷載進(jìn)行了理論分析，選擇出更接近實(shí)際的管道受力計(jì)算公式。
2、簡要介紹了碳鋼彎頭加工工藝，加工過程中彎頭存在的缺陷：如壁厚不均、截面橢圓化。這些必然影響到彎頭應(yīng)力大小和應(yīng)力分布情況，為有限元建立模型提供了理論依據(jù)。
3、進(jìn)一步分析了國內(nèi)DN500以下直埋技術(shù)規(guī)程關(guān)于彎頭的應(yīng)力計(jì)算方法，通過大量計(jì)算和對計(jì)算結(jié)果的分析表明，管網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力、埋深、循環(huán)工作溫差、碳鋼無縫彎頭的曲率半徑和轉(zhuǎn)角大小對直埋供熱水平、豎向轉(zhuǎn)角管段彎頭的承載能力有不同程度的影響，其中循環(huán)工作溫差、彎頭的曲率半徑禾轉(zhuǎn)角管段的折角的影響最為明顯。對國外規(guī)范關(guān)于彎頭的施工處理，以及疲勞壽命驗(yàn)算，進(jìn)行了簡單的介紹，這些作為有限元數(shù)值計(jì)算的理論依據(jù)。為有限元模型載荷施加、參數(shù)的選擇，提供了理論依據(jù)。
4、利用有限元軟件，對理想無縫彎頭、不等壁厚彎頭、橢圓化彎頭等，在內(nèi)壓荷載、位移荷載(溫度荷載)等作用下進(jìn)行了數(shù)值模擬。從模擬結(jié)果中，得出了各種影響因素對彎頭最大當(dāng)量應(yīng)力的定量影響關(guān)系。利用曲線擬合方法，擬合出理想彎頭的最大當(dāng)量應(yīng)力和內(nèi)壓荷載、位移荷載的關(guān)系式。以此為依據(jù)，通過彎頭不等壁厚和橢圓化情況的修正，就能通過簡單計(jì)算得到實(shí)際彎頭的精確地?cái)?shù)值計(jì)算結(jié)果。
5、最后通過工程實(shí)例，證明簡化公式的合理性?，F(xiàn)有DN500以下直埋技術(shù)規(guī)程繼續(xù)應(yīng)用于大口徑直埋供熱彎頭的疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算，過于保守，不能充分發(fā)揮出彎頭的潛力。
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