方形補償器彈性力和彎曲應力計算軟件的開發

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力的計算方法，給出了各參數的計算公式；在此基礎上，以Delphi 7.0為平臺，編寫了方形補償器彈性力和彎曲應力的計算軟件，并舉例說明了軟件的計算過程。計算結果表明，與傳統的查線算圖計算彈性力和彎曲應力的方法相比，軟件計算的結果具有更高的準確性。

【關鍵詞】方形補償器；自然補償；彈性中心法；彈性力；彎曲應力；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點，因此在熱力管道設計中被廣泛采用。

方形補償器根據結構形式的不同，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，補償器的彎曲應力不應大于管道的許用應力值。根據實際情況，將許用應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，就可以計算出方形補償器的彈性力和彎曲應力，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果進行修正，使用起來較為繁瑣。為了能夠快速準確的計算方形補償器的彈性力和彎曲應力，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”設置、“參數輸入”和“結果輸出”三部分。使用時，首先設置管材參數，選擇需要計算的補償器的類型，并輸入相應的補償器的參數，然后點擊“計算”按鈕，即可在“結果輸出”欄內顯示本次計算的結果。

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

4 應用實例

已知管道鋼號為A8號鋼，規格為D133×4，管內熱媒：飽和蒸汽，表壓力13bar（t1≈194℃），管道安裝溫度t2=-6℃?，F根據預先選定的方形補償器的尺寸，求彈性力及熱脹彎曲應力的大小。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，彎曲應力為157.1MPa，與文獻【2】中例題14-1的計算結果一致，從而驗證了軟件的準確性。計算過程詳見圖3。

5 結語

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

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E取碳素鋼在20℃的數值，即MPa；（3）允許縱向補償彎曲應力MPa；（4）補償器的熱伸長系數。（5）對于焊接彎方形補償器而言，彎管應力修正系數，焊縫系數。

表6計算結果對比

參考文獻：

[1]《工業鍋爐房設計手冊》，中國建筑工業出版社，1985，第二版

[2]《供熱工程》，賀平，孫剛，建筑工業出版社，2009.08，第四版

[3]《熱力管道設計手冊》，趙廷元，岳學文，孫振安，山西科學教育出版社，1986.5，第一版

[4] DL/T 5366-2006 《火力發電廠管道應力計算技術規程》