工藝熱風(fēng)管道設(shè)計計算

1、百度文庫第8章工藝熱風(fēng)管道設(shè)計計算熱風(fēng)管道設(shè)計計算是水泥廠工藝設(shè)計必不可少的組成部分，涉及了水泥生產(chǎn)的各個工段。本章主要內(nèi)容包括：工況下的熱風(fēng)管道管徑計算，管道阻力計算， 管網(wǎng)阻力計算，管道重量計算，膨脹節(jié)選型計算，管道支座受力計算，收塵設(shè)備 的保溫計算以及不同工況下管道風(fēng)速，管道壁厚的選取等內(nèi)容。8.1 熱風(fēng)管道設(shè)計計算8.1.1 熱風(fēng)管道管徑計算1. 一般地區(qū)對于海拔高度500m的一般地區(qū)，其計算公式可采用如下公式：/Q-Q+D . Qt(8-1).2826 v式中：D管道直徑，m；Qt一般地區(qū)工況風(fēng)量，m3/h；v管道風(fēng)速，m/so2,高海拔地區(qū)對于海拔高度500m勺地區(qū)，由于高海拔下的

2、大氣壓力、溫度和氣體密度都 會降低，系統(tǒng)風(fēng)量也會有所變化。為了保證系統(tǒng)氣體質(zhì)量、流量與海平面相同， 保持主機(jī)設(shè)備能力不降低，需要對高海拔地區(qū)工況風(fēng)量進(jìn)行修正。D 18.8，%(8-2)v式中：D管道直徑，m；QLg高海拔地區(qū)工況風(fēng)量，m3/h, QLg=AQt,參考第7章風(fēng)機(jī)內(nèi)容；v管道風(fēng)速，m/so8.1.2 管道不同狀態(tài)下的風(fēng)速熱風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速因輸送介質(zhì)的不同而異。當(dāng)風(fēng)速 25m/s時，阻力大，不經(jīng) 濟(jì)；風(fēng)速5m/s時，灰塵易沉降堵塞管道。通常按表 8-1選取。 /表8-1 風(fēng)管風(fēng)速序號;使用用途及管道狀況風(fēng)速(m/s)1水平管道20222傾斜管道，灰塵不易沉降/183垂直管道，灰塵垂直卜落

3、/154預(yù)熱器三次風(fēng)管/19225預(yù)熱器與管道連接管道/16206煤粉輸送有脈沖波動25307煤粉制備系統(tǒng)管道18208煙囪出口滿足環(huán)保要求10168.1.3 熱風(fēng)管道標(biāo)準(zhǔn)管徑及法蘭尺寸為使熱風(fēng)管徑符合國際標(biāo)準(zhǔn)及閥門、膨脹節(jié)標(biāo)準(zhǔn)要求，風(fēng)管直徑及法蘭尺寸 建議按表8-2取值。表8-2風(fēng)管標(biāo)準(zhǔn)管徑及法蘭尺寸風(fēng)管直 徑(mm)螺栓孔所 在圓直徑 (mm)法蘭扁鋼聯(lián)接螺孔風(fēng)管直、 徑(mm)螺栓孔所 在圓直徑 (mm)法蘭扁鋼連接螺孔寬(mm)厚(mm)數(shù)量 (個)直徑(mm)寬(mm)厚(mm)數(shù)量(個)直徑(mm)DKe八ndDK e§nd 1100 :14540 /6414.51800

4、1870 x6510 14424 :200245二 406814.519001970飛6510/5081218.52000207065104824315 137050 181218.52120219065 1014824 :3554105081218.52240231065 124824400 /4555081618.5236024306512482445,5055081618.525002570 16512、522415005555082018.526502720 16512 1562456061550102018.5280028706512602463068550

5、102018.5300030706512_60 M24710 176550 1102418.531503220 6512 ；64 24 18008706510242433503420651268249009706510242435503620651272241000 :107065 110282437503820 1651217624 :1120 11190651028244000407065128024 _12501320651032244250432065128424132013906510322445004570651292241400 1147065 :10362447504820 6

6、51219624 11500157065103624500050706512100241600167065104024530053706512108241700177065104024560056706512112248.1.4管道直徑與壁厚關(guān)系(1)風(fēng)管的壁厚 管壁應(yīng)有合理的厚度，太薄則剛性差，受負(fù)壓吸力易變形，太厚則浪費(fèi)鋼材不經(jīng)濟(jì)。風(fēng)管壁厚按表8-3取值表8-3風(fēng)管壁厚度管徑D(mm)1006307101000112017001800265028005600管壁厚s (mm)34568(2)當(dāng)含有熟料及磨損性強(qiáng)的礦物粉塵，且流速 >15m/s時，風(fēng)管壁厚應(yīng)適當(dāng)加大。(3)為防止大型風(fēng)

7、管的剛度變形，在其長度方向每隔2.5m增加一道加固圈, 加固圈可用寬5080mm,厚度為58mm的扁鋼制作。/(4)風(fēng)管的法蘭規(guī)格、螺栓孔徑、數(shù)量等均應(yīng)按表中給定尺寸確定。8.1.5管道阻力計算 、/1 .阻力計算公式風(fēng)管系統(tǒng)阻力應(yīng)為管道的摩擦阻力與局部阻力之和：L2P ()K0(8-3)Dn2式中：入-氣體與管道間的摩擦阻力系數(shù)，清潔空氣入值一般為0.020.04,對含塵氣體管道，當(dāng)含塵濃度50g/m時，需校正/表8-4校正系數(shù)含塵濃度(g/m3)<50>50100150校正系數(shù),1.01.01、1.0211.03L一風(fēng)管長度，m； /己-管件及變徑點(diǎn)阻力系數(shù)，見附錄12;v風(fēng)管

8、中氣體流速，m/s；廠空氣密度，kg/m3, 20c時p =1.29;K0阻力附加系數(shù)，K0=1.151.20;Dn一風(fēng)管直徑，m；非圓管道一般折算成等速當(dāng)量直徑de后，按圓形管道方式計算：de2ab(8-4)35式中：dL等速當(dāng)量直徑，m；a, b矩形風(fēng)管的邊長，m。2,摩擦阻力系數(shù)人計算管道內(nèi)摩擦阻力系數(shù) 入值與介質(zhì)流動狀態(tài)、雷諾數(shù) Re及管壁粗糙度k等因 素有關(guān)，對于鋼板焊接的管道其摩擦系數(shù)人計算如下：, 、142(D入=(8-5)lg(1.274XQ Xk2)u式中：入一摩擦阻力系數(shù)，見表8-6, 8-7;Q管內(nèi)氣體流量，m3/h;l管內(nèi)氣體流速，m/s；l管壁粗糙度，. mm, 一般

9、取i=0.1mm。k值詳見表8-5。/表8-5k值管道類別絕對粗糙度 k (mm)新無縫或鍍鋅鋼管0.01 0.05輕度腐蝕的無縫鋼管0.2 0.3重度腐蝕的無縫鋼管0.6 0.7(2)1 (8-6)de2(2lg 1.74)2式中：dL當(dāng)量直徑，m；l管壁粗糙度，m表8-6摩擦阻力系數(shù)入值管壁粗糙度當(dāng)量直徑de摩擦阻力系數(shù)八/ 值/'管壁粗糙度當(dāng)量直徑de摩擦阻力系數(shù) 值(m)(m)K =0.00020.10.023K =0.00040.60.0180.20.0200.7-0.80.0170.3/0.0180.9-1.00.0160.4 )0.017r 1.50.0150.50.01

10、6L 2.00.014K =0.0004 /0.10.028_2.5-3.00.013./0.20.023r 3.5-4.00.0120.30.0214.50.01170.40.0205.00.01150.50.019表8-7管道有內(nèi)襯的 入值當(dāng)里直徑de（mm）焊接的鋼煙氣管焊接的鋼煤粉管<2000.0250.028、2004000.02110.023 4008000.0180.020>8000.0150.0173.局部阻力系數(shù)己值該系數(shù)指動壓頭單位的局部損失數(shù)，是由于氣流經(jīng)各種管件（三通、彎頭、 變異管、閥門等）流向變換、沖擊或流速變化而引起的壓力損失。清潔氣體局部 系數(shù)按附錄

11、12選取，但帶粉塵的局部阻力系數(shù)應(yīng)加以修正，修正公式如 8-7。帛=&（1+ 句 X）（8-7）式中：旬一清潔氣體局部阻力系數(shù)，見附錄12;價一帶粉塵的氣體局部阻力系數(shù)；J根據(jù)測試確定系數(shù)，取0.81.0;氣體混合物濃度，kg/kg。4.阻力平衡計算水泥廠除塵管道設(shè)計時，個別車間有多個收塵點(diǎn)（如包裝車間），形成多個支管路，而這些支管與總干管交匯處壓力必須達(dá)到平衡，以保證各點(diǎn)收塵效果。平衡阻力一般有兩種方法：一種是在管道設(shè)計時通過改變管徑、彎頭曲率半徑或改變風(fēng)量達(dá)到阻力平衡；另一種是投產(chǎn)前在現(xiàn)場進(jìn)行L =5.2m逐點(diǎn)測試，以每支管閥門開度大小來求阻力平衡。此法比'Q:1045m/

12、h Iv 1=15m/s1=0.5較繁瑣，難以達(dá)到平衡，最好事先在設(shè)計中使阻力達(dá)到平 / 讓55 ；衡，計算方法如下：, 產(chǎn) V當(dāng)支管與總管交匯處壓力差20%時，改變阻力大das 4/Q =15N的管徑，降低流速，以達(dá)到阻力平衡。uZ=4/例：總管長度L1=5.2m,如圖8-1示，風(fēng)量（Q1=1045m3/h,風(fēng)速 V1=15m/s,局部阻力系數(shù) 3=0.5,支圖8-1管道結(jié)構(gòu)管長度L2=4.5m,風(fēng)量Q2=850m3/h,風(fēng)速v2=18m/s,局部阻力系數(shù) 淳=0.55計算：由Qi、vi查附錄12知：當(dāng)量阻力系數(shù)/i/di=0.11,動壓頭i2p/2=135Pa管徑di=160mm。 總管阻

13、力： 2p1 ( 1 L11)-d12(0.11 5.2 0.5) 135144.7Pa支管阻力：由Q2、v2查附錄12知：當(dāng)量阻力系數(shù)？2/d2=0.14,動壓頭v2p /2=194.4Pa 管徑 d2=130mm。_, 2. v2P2( L22)(0.144.50.55)194.4229.4 Pad22支管阻力：阻力差：(229.4144.7) /229.4=36%>20%對支管管徑d2進(jìn)行調(diào)整d2' = d2(-2-)0.225 = 130 X(229.4)°.225 = 130 X1.11 = 144.3mmA 1144.7取值為145mm重新查附錄12計算：d

14、2'=145mm, Q2=850m3/h, 數(shù)為 14.5m/s, M/d2=0.14, u p /2=126.15Pa A& = (0.12X4.5 + 0.55) M26.15= 137.5Pa阻力差：144.7-137.5 4.9% <5%(達(dá)到平衡)144.7當(dāng)靜壓差<20%時，管徑不變，將阻力小的支管風(fēng)量適當(dāng)增加，加以修正， 達(dá)到阻力平衡。阻力大的支管壓力、Q Ql；阻力小的支管壓力阻力平衡計算是比較繁瑣的工兩支管靜壓差<5%,可以認(rèn)為達(dá)到阻力平衡c 作，應(yīng)該耐心，反復(fù)計算，并進(jìn)行調(diào)整。圖8-2 外形圖8.2管道重量計算8.2.1 圓形風(fēng)管G1 1.

15、2 7.85 DL(8-8)式中：G1一風(fēng)管重量，kg；D一管徑，m；'、L一風(fēng)管長度，m；/管壁厚，mm；1.2一系數(shù)(考慮法蘭加固圈等重量)；7.85厚1mm面積1m2鋼板重量。8.2.2保溫材料根據(jù)保溫材料種類，密度及保溫層厚度，計算保溫層重量。G2 V / 0.785(d2 D；)%L(8-9)式中：G2保溫層重量，kg;/丫一保溫材料密度，kg/m3;V保溫材料體積，m3;Di保溫后管徑，m；、D2一保溫前管徑，m；L風(fēng)管實(shí)際長度，m08.2.3 風(fēng)管內(nèi)積灰、風(fēng)管內(nèi)積灰重量，可按風(fēng)管布置形狀及傾斜度來考慮， 按經(jīng)驗(yàn)計算時按下列 情況確定：一般，水平管道，按其管道容積1/3計；

16、傾斜管道45°,按其管道容積1/4 計；傾斜管道4570°,按其管道容積1/10計；傾斜管道70°,積灰可以不予考 慮。8.2.4 事故荷載系數(shù)生產(chǎn)中為安全起見，應(yīng)增加安全系數(shù)。一般，安全系數(shù)取1.21.3。8.3膨脹節(jié)選型計算8.3.1 膨脹節(jié)的作用熱風(fēng)管道在正常生產(chǎn)時，受管內(nèi)熱風(fēng)的影響而產(chǎn)生膨脹，而與其相連接的設(shè) 備、風(fēng)管支座，一般都固定在常溫狀態(tài)下的土建基礎(chǔ)上，當(dāng)受高溫影響時，風(fēng)管 熱膨脹產(chǎn)生的巨大應(yīng)力傳遞到設(shè)備和支座上， 輕則導(dǎo)致設(shè)備動作不靈，支座變形， 重責(zé)損壞設(shè)備和土建基礎(chǔ)。為了保證生產(chǎn)正常進(jìn)行，在熱風(fēng)管道的適當(dāng)位置通常 都安裝有膨脹節(jié)，以吸收熱膨脹量

17、。1 .金屬膨脹節(jié)構(gòu)造及用途/金屬膨脹節(jié)種類較多，水泥廠常用的是 U型波紋管膨脹節(jié)。該膨脹節(jié)由厚 度0.81.0mm的不銹鋼板(1CU8Ni9Ti或0CU8Ni19Ti)壓制而成，一般為U形 斷面，波紋管兩端與短管焊接，內(nèi)外筒間隙吸收軸向膨脹時的自由運(yùn)動，波紋內(nèi)填充耐高溫的保溫層，以防波紋管磨損及熱量散失。不同的金屬膨脹節(jié)有高低溫 之分，適用不同的壓力范圍。U型波紋管膨脹節(jié)耐高溫、高壓、使用壽命長，但 價格高，單個使用只能吸收軸向膨脹量， 若需要吸收徑向膨脹量，只能用兩個膨 脹節(jié)加中間節(jié)來吸收，但增加了費(fèi)用。' 此種膨脹節(jié)多用于窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)、三次風(fēng)管以及生料粉磨管道系統(tǒng)等位置。2 .

18、非金屬膨脹節(jié)構(gòu)造及用途此種膨脹節(jié)是由合成纖維或是玻纖布外層涂以橡膠制成的，可以吸收軸向和徑向移位量，具有吸收、隔絕震動傳遞、無力傳遞等特點(diǎn)，因此常用在鍋爐、風(fēng) 機(jī)進(jìn)出口、磨機(jī)出氣罩等處，可耐溫度為 200500C。用以補(bǔ)償煙氣因溫度變化 引起的移位，以及機(jī)械振動、基礎(chǔ)下沉等不同情況引起的移位。為簡化設(shè)計，節(jié) 省投資，目前大量選用非金屬膨脹節(jié)。3 .膨脹節(jié)技術(shù)參數(shù)（1）金屬波紋管軸向型膨脹節(jié)技術(shù)參數(shù)表8-8金屬波紋管軸向型膨脹節(jié)技術(shù)參數(shù)低溫軸向型TG系列高溫軸向型SY系列通徑DN ( mm)40030004003000溫度t (C)<400<400(C) <600(L) <

19、;800(B)壓力（MPa）<0.1<0.1補(bǔ)償量（mm）以管徑及波數(shù)而定工作介質(zhì)熱風(fēng)、煙氣熱風(fēng)、煙氣例：低溫型：TG-2000-4 （代號一通徑一波數(shù)）高溫型：SYB-2000-4 （代號800C通徑一波數(shù)）（2）非金屬膨脹節(jié)參數(shù)此種膨脹節(jié)只適用于熱膨脹引起的軸向、徑向位移，其位移指受壓縮時的位 移，不能承受拉伸位移。表8-9非金屬膨脹節(jié)技術(shù)參數(shù)系列號圓型SFYYSFYESFYS溫度代號C<100(Y)< 200(E) <300(S)工作壓力kPa<10例：SFYY-2020-550（圓形100C接管外徑軸向長度 ）8.3.2 膨脹節(jié)選型計算1 .膨脹量計

20、算L L t（8-10）式中：A L管道熱膨脹量，mm；/L一兩個相鄰固定支座間風(fēng)管長度，mm；/及一管道內(nèi)介質(zhì)與外界溫度差，C；/a-管材線膨月系數(shù)mm/mm C,常用管材 Q235-A的線膨脹系數(shù)a值見表8-10。溫度（C）a (mm/mm C)溫度（C）a (mm/mm C)溫度（C）a (mm/mi m C)10012.20X10-6270 /13.32X 10-635013.67 X 10-615012.60X10-628013.36X 10-640013.90X 10-620013.00X10-629013.45X 10-650022013.09 X10-630013.45X 10

21、-660014.30X 10-623013.14X10-631013.49X 10-6 70015.00X 10-6240Z13.18X10-632013.54X 10-6250 /13.23 X10-633013.58X 10-626013.27 X10-634013.63X 10-6表8-10管材線膨脹系數(shù)a2 .膨脹節(jié)自振頻率計算膨脹節(jié)只適合在高頻低振幅的振動場合使用，不適用于低頻高振幅的場合當(dāng)波紋膨脹節(jié)在高頻低振幅系統(tǒng)中使用時，應(yīng)注意膨脹節(jié)的自振頻率不能與系統(tǒng) 的振動頻率一致，以免產(chǎn)生共振，其自振頻率計算如下：（1）軸向振動：f c/G（8-11）式中：f一自振頻率，Hz;G一膨脹節(jié)重

22、量，kg;Kn一整個波紋管軸向剛度，N/mm ;C一自振頻率系數(shù)，取值如表8-11。C數(shù) CiC2C3C4C5114.23215.3128.5037.19315.7030.2742.6652.3558.284 15.7030.7544.9656.9966.97515.7931.0745.7259.2471.16表8-11各階數(shù)值Cf l式中：Dm一波紋管平均直徑，Dm d一波紋管直筒直徑，mm； h一波紋管高度，mm；Ln一波紋管長度，Ln Nq ,CF)泛(8-/L n - G/d h, mm ;mm；（2）徑向振動N一波數(shù)，個；q一波距，mm；Kn一整個波紋管的軸向剛度，N/mm ;C一自

23、振頻率系數(shù)，各階系數(shù)如表/ 8-12表8-12各階系數(shù)C階數(shù)CiC2C3C4C5系數(shù)/F 39.93109.80214.12355.79531.27(3)膨脹節(jié)推力計算F PN A(8-13)式中：F一壓力推力，N;Pn管道最大壓力，N/mm2;A 一波紋管膨脹節(jié)有效面積，mm2。(4)膨脹節(jié)預(yù)拉伸計算當(dāng)安裝地區(qū)的環(huán)境溫度與設(shè)計時的安裝溫度相差較大時，應(yīng)滿足預(yù)壓縮與拉 伸的要求，計算公式如下：1 t -tX x (-)(8-14)2 tG - tD式中：AX-預(yù)拉伸量，mm；x最大軸向膨脹量，mm；t一安裝時環(huán)境溫度，C；tG管道氣體最高溫度，C；tD一管道氣體最低溫度，C。'對于拉伸

24、的膨脹節(jié)，應(yīng)該在拉伸變形后其拉桿安裝后再拆除。8.3.3膨脹節(jié)安裝位置及注意事項(xiàng)1 .安裝位置為防止熱風(fēng)管道膨脹和設(shè)備振動，及減少設(shè)備噪音，一般應(yīng)在下列各處設(shè)置 膨脹節(jié)(金屬，非金屬)：/(1)在兩個固定支架間安裝膨脹節(jié)，以抵消土建基礎(chǔ)下沉對設(shè)備的損壞；(2)在振動設(shè)備的進(jìn)出口安裝膨脹節(jié)，如立磨、球磨機(jī)出口、振動篩等；(3)減少設(shè)備的傳遞載荷，如電收塵器進(jìn)出口；/(4)減少噪音(高壓風(fēng)機(jī)進(jìn)出口連接處)。2 .安裝注意事項(xiàng)/(1)膨脹節(jié)有方向性，不可裝反，否則粉塵隨氣流進(jìn)入內(nèi)外筒間隙，灰塵積滿無法伸縮，造成失效；(2)在傾斜及垂直管道上安裝膨脹節(jié)，為防止粉塵從內(nèi)、外筒的間隙進(jìn)入保溫層內(nèi)，導(dǎo)致膨脹

25、節(jié)損壞，應(yīng)在間隙處裝設(shè)不銹鋼的彈簧片；(3)不允許利用膨脹節(jié)的變形來強(qiáng)行調(diào)整管道的安裝誤差(壓縮、拉伸、偏移、偏轉(zhuǎn))，否則，會引起膨脹節(jié)的損壞。、8.4管道支座及支架/管道的固定位置借助固定點(diǎn)將復(fù)雜的管系劃分為簡單的管段， 以使支座基礎(chǔ) 沉降時，各支座的載荷變化不大，避免設(shè)備損壞， 故熱風(fēng)管道應(yīng)合理地分段加以 支撐。膨脹節(jié)中部無膨脹節(jié)傾斜的接觸面固定支座支架1膨脹節(jié)膨脹節(jié)固定支座滑動支座固定支座;J I1支架3G分析單元1圖8-3圖8-6圖8-5,卷R2(y1)IG1Ft-圖cR4(yi)分析電兀2n JR1(x9一, R1(y)，G2R3(x) G,R2(y1) R3(y)X 口rTi圖Y1

26、 YG3 吐 飛支架2 二三8.4.1管道支座形式(1)固定支座：支座與管道焊接后不能動移。(2)滑動支座：支座與管道結(jié)合面不焊死，可以自由活動。(3)導(dǎo)向支座：支座與管道不焊接，但只允許向一定方向移動。8.4.2支座設(shè)置位置 /*支架1固定支座E吉市_-廿支座 滑動支座 支架2錢桿支架圖8-4III-1IIIII1l10(1)座，如圖(2)(3)(4)熱風(fēng)管道上膨脹節(jié)附近，一端應(yīng)加設(shè)固定支,如一端應(yīng)設(shè)置滑動支8-3。/管道上設(shè)有兩個異徑膨脹節(jié)時，在兩個膨脹節(jié)之間應(yīng)加設(shè)固定支座。 管道較復(fù)雜時，只允許設(shè)置一個固定支座，其余均應(yīng)設(shè)置滑動支座。 大型熱風(fēng)管道彎頭處應(yīng)設(shè)置滑動支座或?qū)蛑ё?5)為

27、便于應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)支座，傾斜管道傾斜角度宜為30°, 35°, 45°, 55 <(6)固定支座與管道結(jié)合面，應(yīng)注明 焊接”，滑動支座活動面應(yīng)注明 不焊(7)各種閥門不宜設(shè)在兩個支座之間，應(yīng)設(shè)在管道端部或管道懸臂端膨脹8.4.3管道支架形式/支架主要與支座配合，支撐于土建基礎(chǔ)上，工藝提供載荷，土建專業(yè)據(jù)此進(jìn) 行支架及基礎(chǔ)設(shè)計。(1)普通鋼支架過去多采用槽鋼或角鋼焊制而成，如圖8-3, 8-5,近年來多用圓形鋼管焊接, 受力好，重量輕。/ (2)錢桿支架如圖8-4, 8-6所示，近年來不少水泥廠采用了此種支架，主要是因?yàn)槭芰?清晰，計算簡單，節(jié)省了設(shè)置膨脹節(jié)所需費(fèi)用

28、。(3)支架的位置當(dāng)管道較長時，設(shè)有多個不同支架，固定支座設(shè)在膨脹節(jié)一端，其余皆為導(dǎo)向支架，設(shè)置位置為：D管道支座位置L，=4D圖8-7L2=14D導(dǎo)向支架LmaxLi=4D, L2=14D, Lmax以公式計算，如圖 8-7Li=4D (管徑)，L2=14D (管徑)，Lmax按下列公式計算L 1.57式中：E一管道材料的彈性模量, I一管道材料斷面慣性矩，N/mmmmP一管道的工作壓力，A一膨脹節(jié)的有效面積,Kc=NKnN一膨脹節(jié)波紋管波數(shù);MPacmKn一膨脹節(jié)的總剛度，N/mm； e一膨脹節(jié)的單波伸縮量，mm；it一膨脹受壓時取“+：受拉時取 產(chǎn)。8.4.4管道支座受力計算/1 .計算

29、步驟(1)首先確定固定支座、活動支座位置，將水平長度、垂直高度、傾斜角 度注在圖上；(2)計算管道全長總重量及荷重(自重、保溫層重、灰重、事故重) ；(3)求風(fēng)管重心點(diǎn)位置；(4)求活動支座反力及三個軸向分力(X、Y、Z軸)；/ (5)求管道摩擦力及三個軸向分力；(6)求管道合力并乘以1.2的安全系數(shù)后，再求三個軸向分力；(7)最后求出管道彎矩，并注在工藝布置圖上。2 .同一平面內(nèi)單一風(fēng)管支座計算熱風(fēng)管道布置如圖8-8所示：管道直徑小2000mm,壁厚6 =6nrn, A為固定支座，B為活動支座，支座水平間距J幺1L2=3000, L3=2000mm,風(fēng)管傾斜角a =55；風(fēng)管兩端C, D各一

30、妥一個重1000kg的膨脹節(jié)，C點(diǎn)L - 一個閥門重G3=2000kg。"t圖8-8(1)重量及長度計算單位長度風(fēng)管重：q1 =1.2%XD X7.85X 6=1.2X7tX2 X7.85X6 = 355.13kg/m 單位長度保溫層重：q2 =兀XD X7.85 X2 = 98.66kg/m 單位長度總重(風(fēng)管加保溫層)：q q q2 355.13 98.66 454kg/m 風(fēng)管實(shí)長：, L1 + L2+L310000 3000 2000L = 26152 mmcos acos55/AB段風(fēng)管實(shí)長：L5 工 理0 17434mmcos cos551風(fēng)管兩端C、D點(diǎn)各承受半個膨脹節(jié)

31、重量為：G2 - 1000 500kg22CD 管段加膨脹節(jié)重：G1 = qXL+2XG2 454 26.152 2 500 12873kg 風(fēng)管重心,1L4(Li L3 L2)2至A支座投影距離：1 (10000 2000 3000)4500mm（2）支座受力計算對A點(diǎn)取力矩后求B支座反力Pbi :PbiG L4 G3LT-L2 g12873 4.5 2000 3 . 9.8 29.2kN17.434B支座X、PBxisinZ軸的支反力：pB1 sin5529.2 239kNFBzicospB1 cos5529.2 16.7kNB支座由于熱膨脹引起的摩擦力（摩擦系數(shù)按0.2考慮）：Pb20.

32、2 Pb10.2 29.25.84kNB支座熱膨脹的X、Z軸摩擦力分力：FBx2 cos Pb2 cos55 ( 5.84)3.35kNFBz2sinpB2 sin55 ( 5.84)4.78kN考慮安全系數(shù)1.2后，B支座的X、Z軸受力為：pBZ1.2(PBZ1 PBZ2) 1.2 (16.7 4.78) 25.78kNPbx1.2(Pbx1 Pbx2) 1.2 (23.9 3.35) 32.7kN考慮安全系數(shù)1.2后，A支座的X、Z軸受力：Rz 1.2(G1 g G3 g PBZ1 PBZ2)1.2 (12873 9.8 10 3 2000 9.8 10 3 16.7 4.78)133.8

33、kNPaxPbx 32.7kN(3)計算結(jié)果為：A 支座受力 PAZ 133.8kN, PAX -32.7kNB 支座受力 Pbz 25.78kN, Pbx 32.7kN3.空間走向的分叉風(fēng)管支座受力計算/設(shè)風(fēng)管直徑e 2000mm,壁厚6 =6mm單個閥門重2000kg，膨脹節(jié)重1000kg風(fēng)管如圖8-911所示 /解：（1）確定工藝參數(shù)。/AB需在A點(diǎn)設(shè)置固定支座，B點(diǎn)為活動支座。根據(jù)工藝布置需要：AI=12000mm , HI=5000mm圖8-9風(fēng)管平面圖圖8-10風(fēng)管立面圖根據(jù)管道不積灰的要求:HAItan22.622AHABH 中:BAH計算:1(3)BH tan BAH AH t

34、an35 13000 9103mm2 tanHI 5000 0.416 , AI 12000, 120002 50002 13000mm35 。在 AHI中:.AI2 HI2A、B兩支座間風(fēng)管實(shí)長:AH AB cos35在AAIJ中：IJ tan IAJAI由此可得：/1300015870mm cos35BH 91030.7586AI 12000IAJ=37.18AB兩支座間風(fēng)管實(shí)長與圖中(a)投影長度的比例系數(shù):AB 皿70 1.3225AI 12000(3)長度及重量計算EF風(fēng)管實(shí)長：、L11=( (4000+12000+200) =1.3225 18000=23805mmEF風(fēng)管總重：/

35、G1'=g Lii=454>23.805=10807kg /E及F兩端各加半個膨脹節(jié)的重量共7000kgEF風(fēng)管加膨脹節(jié)重：G1=G1'+1000kg=11807kgEF風(fēng)管重心至支座A在立面b圖的距離為： 11Li -(L4 L6-L5) -(12000 2000-4000) 5000mm CD風(fēng)管近似實(shí)長：/Li0=( X 5000-2000) =1.3225 3000=3968mm CD 風(fēng)管重：G2=qXL10=454>3.968=1801kg、CD風(fēng)管重心至支座x A投影距離為：1 1L2 (L3 L7) (5000 2000) 3500mm 22D點(diǎn)閥門

36、及膨脹節(jié)重量的一半 G3=2500kg,閥門及膨脹節(jié)A支座的投影距離 為 L3=5000mm /(4)求支反力Pb1L4XPB1 +G2XL2+G3XL3=G1 XL1 口 G1 L1-G2 L2-G3 L3 Pb1gL411807 5000-1801 3500-2500 5000 9.8 1200032.9kN 垂直分力： Pbz1 =cos a >B1=cos35 °>32.9=26.9kN 水平分力：PBXY1=sin 1t>PB1=sin35 刈2.9=18.9kN X軸向分力：Pbx1 =cos(2xPBXY1=cos22.62 義 18.9=17.4kN

37、Y軸向分力：Pby1 =sin 以xPBXY1=sin22.62 >18.9=7.27kN(5)求正壓力Pb1在風(fēng)管脹、縮時引起的摩擦力 PB2：Pb2=0.2Pb1=0.2 82.9=0.69kN 摩擦力的垂直分力：Pbz2 = ± sin1 利B2=±sin35 刈.69= 0.40kN 摩擦力的水平分力：Pbxy2 = ± cos1 部B2=±cos35 ><0.69= 0.57kN/摩擦力的X軸向分力：/PBX2 = ± COS2(PBXY2 = ±cos22.62 加.57/= ±0.53kN/摩

38、擦力的Y軸向分力：/PbY2 = ± sin2 /XY2 = ±sin22.62 >0.57 = ±0.22kN(6)按B點(diǎn)受力最不利情況，考慮安全系數(shù)為1.2,求B支座反力垂直載荷：Pbz=1.2(Pbzi + Pbz2)=1.2 義(26.9+0.4)=32.76kNX軸載荷：/Pbx=1.2 (Pbxi+ Pbx2)=1.2X (17.4+0.53)=21.5kNY軸載荷：Pby=1.2 (Pbyi+ Pby2)=1.2X (7.27+0.22)=8.9kN(7)求A支座反力，考慮安全系數(shù)為1.2 垂直載荷：Paz 1.2 (Gig 103G2 g 1

39、03 G3 g 10 3Pbzi Pbz2)1.2 (118089.8 10-31801 9.8 10-3 2500 9.810-3-26.90.4)131.4kNX 軸載荷 Pax = -Pbx=- 21.5kNY 軸載荷 Pay= Pby= - 8.9kN(8)求A支點(diǎn)承受的彎矩。由于 G2和G3在風(fēng)管平面圖中偏離EF,風(fēng)管L8和L9產(chǎn)生彎矩。MaXYG2 g 103 L8 G3 g 10-3 L93 31801 9.8 102.9 2500 9.8 104.1151.6kN m考慮安全系數(shù)1.2后轉(zhuǎn)矩分解到X、Y軸:Max=1.2 Xcos>MAXY=1.2 Xos22.62 火

40、151.6=167.9kN mMay=1.2 Xsin>MAXY=1.2 刈n22.62 乂 151.6=69.9kN m(9)計算結(jié)果A支座受力：PAz=131.4kN; Pax=- 21.5kN; Pay= 8.9kN 分解到X、Y軸的力矩為：圖8-12 傾斜管道垂直于地面的橫cciL-vr+IHJmwh kcLxFMAx=167.9kN m, MAY=69.9kN mB支座受力：PBz=32.76kN, PBx=21.5kN, PBY=8.9kN4 .支座間允許最大跨度計算(1)支座間允許最大跨度的計算在熱風(fēng)管道設(shè)計中，根據(jù)工藝布置需要，有時 支座間距較大，到底允許最大跨度是多少？

41、這里介 紹一種計算方法，可以用來驗(yàn)算，見圖 8-12。在不 考慮支座以外懸壁部分管道影響時，'支座間允許最 大跨度的計算公式如下：W t,、Lmax 2.24 j q （8-16）式中：Lmax管道最大允許跨度，m；/、q一管道均布載荷，N/m （管材重+保溫重+附加重）；W一管道斷面抗彎模數(shù)，cm3;小-道橫向焊縫系數(shù)，對于熱風(fēng)管道（手工無墊環(huán)焊縫） , （I）=0.7管道熱態(tài)許用應(yīng)力，N/mm2,對于一般風(fēng)管采用的熱軋 Q235-A鋼板，不同 溫度下的許用應(yīng)力見下表8-13。Q235-A鋼板許用應(yīng)力J表8-13。表8-13 Q235-A鋼板許用應(yīng)力溫度（C）201001502002

42、50300350許用應(yīng)力（N mm-2）113P 1131131059486 q77水泥廠設(shè)計的熱風(fēng)管大多數(shù)為傾斜布置，管道垂直地平面的橫斷面為橢圓 形，見圖8-12。橢圓外表面，短軸長等于風(fēng)管外徑 D,內(nèi)表面短軸要減去風(fēng)管壁厚 6 既 d=2（R-6J長軸外表面為：D/COS a =2R/cos a長軸內(nèi)表面為：d/cos a =2（R）/cos a由此推導(dǎo)出：R4 R 4W = Wy =2 （8-17）4Rcos計算舉例:已知一熱風(fēng)管道外徑 D=2m,壁厚6=6mrm帶保溫層，風(fēng)管與地面傾斜角 45°,最高工作溫度350C ,計算允許最大跨度。如圖 8-13。Ki K2 (q1q

43、2 q3) gq cos式中：(8-18)圖 8-13風(fēng)管均布載荷q1一風(fēng)管單位長度自重，q1=1.2兀DX 7.85 X 6=355kg/m=q2保溫層重，q2=1.2 兀 DX 7.85 乂 2=99kg/mq3一風(fēng)載，按 75kg/m2 計，q3=75D=150kg/m;K1一地震載荷影響系數(shù)，取Ki=1.3;K2一管內(nèi)積灰影響系數(shù)，取 K2=1.5;1.3 1.5 (355 99 150) 9.8cos4516323N /m風(fēng)管斷面抗彎模數(shù)WW=兀 R4-(Ri =37.36m3 4Xl00Xcos 45/、350c時需用應(yīng)力，查表 8-13得：洱77N/mm2;最大跨度：W tq37

44、360 0.7 772.24.1632324.9m8.5管道及收塵設(shè)備保溫計算8.5.1 熱風(fēng)管道保溫層厚度Lmax 2.24(tl tb)(tb ta)(8-19)式中：6-管道保溫厚度，m；入T呆溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，w/(m );t1熱氣體溫度，C；tb一要求保溫層的表面溫度，C；ta環(huán)境溫度，C；a保溫層向環(huán)境綜合散熱系數(shù)，W /(m2 -C),見表8-14溫度差(C)4050100150200250備注環(huán)境狀況室內(nèi)室外ts=0150 c 時，a!P 平壁圓壁風(fēng)速V>5m/s近似值a X 4.1868 (kJ/m2 h C )8.4 0.06(tbta)8.1 0.045( tb ta

45、)10 6Wa(W/m 2 ：C)9.8 0.07(tb ta)9.4 0.052( tb ta)V<5m/s6.2+4.2V>5m/s 7.8V0.78有保溫的設(shè)備及 管道外壁散熱系 數(shù)/表8-14綜合散熱系數(shù)a8.5.2收塵設(shè)備保溫層厚度t1-ta 1 q式中：6 T攵塵器保溫層厚度，m；入T呆溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m );t1收塵器內(nèi)壁溫度(煙氣溫度)，C； / ta一環(huán)境溫度，C,防結(jié)露時取當(dāng)?shù)刈畹蜌鉁刂?(8-20)a 綜合散熱系數(shù)，W/(m2 -C), 一般取 21.5W/(m2 -C)；q一收塵器平壁單位熱損失，W/m2,其值見表8-15。表8-15收塵器平壁單位熱損

46、失 q值（W/m 2）I、,煙氣溫度 、.（） 環(huán)境溫度ta （它尸、/處理的煙氣溫度5075100M25150160 20022525030035040045055863/9889910412213114216318320422725586776859397110119127144160178195表8-16 電收塵器保溫層厚度（mm）環(huán)境年均溫度煙氣溫度51015202530<1505553574947452007876747270 68250102100989694 92300129126124122120118350156154152149147145 說明：保溫材料為超細(xì)玻璃棉

47、保溫板8.5.3設(shè)備保溫經(jīng)濟(jì)厚度表8-17保溫材料參數(shù)、保溫材料 內(nèi)表面溫度（C）巖棉微孔硅酸鈣板防水泡沫石棉膨脹珍珠巖1008809080120q43.553.352.467.4ts15.717.117.019.0150 8100120100140q62.874.769.072.1 ts17.418.418.021.0200120150120160q80.386.682.093.0/ts18.919.419.022.0 /2508 160180130180q85.396.598.5,104.9ts19.320.320.5/ 22.03008x180200150/200q101.2110.6107.2116.3ts20.7 21.521.2 ;22.0350200 220160220q116.6123.7122.0133.7ts22.022.023.023.0說明：S -保溫層厚度，mm； q 一單位熱損失， W/m2; ts外表面溫度，C。8.5.4常用保溫材料性能表/表8-18常用保溫材料性能表材料使用密度溫度（C） 常溫導(dǎo)熱率|使用溫度下 規(guī) 格（mm） |耐壓溫名稱(kg/m 3)最高使用入>0寸 (W/m C )執(zhí)八、導(dǎo)率入 1長寬厚度(MPa)巖棉及 礦渣棉 制品厚棉w 150