碳鋼無縫化彎頭的布置方向如何處理及應用

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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風速分布情況，可見不管碳鋼無縫化彎頭的布置方向如何，濃側的風速均大于淡側，這與試驗結果是吻合的。其中以工況3即彎頭分離與擋塊分離同向，彎頭角度為45°時濃側風速最高，超過了工況4彎頭角度為90°的工況。據分析盡管90°彎頭的離心作用超過45°彎頭，彎頭出口風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，偏向淡側的后彎曲板使部分高速氣流轉向淡側所致。工況5對應現場實際情況，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，濃淡側的風速偏差有所降低，而濃淡側風速均衡對于保護淡側噴口安全非常重要。現場試驗工況5濃淡側速度偏差為5。lm/s，數值模擬結果為6m/s。數值計算時顆粒粒徑按R-R分布，平均粒徑取為SO}m，煤粉均勻性指數n取為1.1.在拉格朗日坐標系中跟蹤了各顆粒的運動軌跡。作為示例，出了各工況下帶有不同結構前置彎頭的濃淡分離器內的50m顆粒運動軌跡。可見對于彎頭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計能獲得良好分離效果的濃淡分離器失效，大量煤粉進入隔板附近的淡側。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出現在濃側遠離隔板位置，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，該結果通過對17600條顆粒軌跡統計獲得，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顆粒的運動軌跡，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用
隨著集中供熱規模的不斷擴大，大口徑、高壓力的直埋供熱管道得到了普遍的應用，管徑尺寸已經達到DN1400.但是國內沒有針對大口徑直埋管道明確的受力計算方法標準，尤其彎頭，沿用DN500以下規程的設計理論，將其簡化為一個點，仍采用彈性抗彎鉸解析法進行應力計算，工程中大量設置固定墩和補償器來保護彎頭。本文通過對大口徑直埋供熱彎頭的力學研究，在復雜的力的作用下，對位移、應力的精確計算，可以達到減少固定墩和補償器的使用數量，減小工程造價，加快施工速度，增強管網的可靠性之目的。本文針對大口徑直埋供熱彎頭，做了以下幾個方面的工作：
1、無縫化彎頭對大口徑直埋供熱管道進行全面的受力分析：考慮管道以及介質本身的重量、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行了理論分析，選擇出更接近實際的管道受力計算公式。
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力大小和應力分布情況，為有限元建立模型提供了理論依據。
3、進一步分析了國內DN500以下直埋技術規程關于彎頭的應力計算方法，通過大量計算和對計算結果的分析表明，管網設計壓力、埋深、循環工作溫差、碳鋼無縫彎頭的曲率半徑和轉角大小對直埋供熱水平、豎向轉角管段彎頭的承載能力有不同程度的影響，其中循環工作溫差、彎頭的曲率半徑禾轉角管段的折角的影響最為明顯。對國外規范關于彎頭的施工處理，以及疲勞壽命驗算，進行了簡單的介紹，這些作為有限元數值計算的理論依據。為有限元模型載荷施加、參數的選擇，提供了理論依據。
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，在內壓荷載、位移荷載(溫度荷載)等作用下進行了數值模擬。從模擬結果中，得出了各種影響因素對彎頭最大當量應力的定量影響關系。利用曲線擬合方法，擬合出理想彎頭的最大當量應力和內壓荷載、位移荷載的關系式。以此為依據，通過彎頭不等壁厚和橢圓化情況的修正，就能通過簡單計算得到實際彎頭的精確地數值計算結果。
5、最后通過工程實例，證明簡化公式的合理性。現有DN500以下直埋技術規程繼續應用于大口徑直埋供熱彎頭的疲勞強度驗算，過于保守，不能充分發揮出彎頭的潛力。
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