Bourdon效应,真实有效的轴向力的重要性

管道中的Bourdon作用

Bourdon效应与管道和管道系统的压力伸长有关。在管道和管道系统中,肘部或弯曲经常用于改变管道的方向。与直管相比,肘部和弯管的行为与内部压力相比是完全不同的。由于弯曲的罐和外壳表面区域之间的差异,管道开始通过内部压力产生的不平衡力伸直。这种管道弯曲在内部压力下打开的趋势是作为Bourdon效应的术语。 而且,不平衡的压力推力导致直管伸长。

传统上,由于效果可忽略不计,因此不考虑钢管效应的影响。然而,随着压力和管道长度的增加,专门用于长管道系统,这种效果可观,并且必须在分析中使用,以避免在肘部的意外变形和高应力。同时用于分析PE,HDPE,GRE,FRP,GRP系统等塑料管道系统,必须考虑BOURDON效果。

Bourdon效应的背景在通过/开始 - 教授

通过/启动 - 教授 始终考虑到Bourdon效果。默认情况下,选择该选项,用户无法关闭。我们坚持为此,因为当用户忘记将此效力造成了很多情况时,我们在真正需要的情况下进行了很多情况:高压管道系统和管道,HDPE,FRP,GRP,GRE管道。这条规则是安全性的,并提供人类错误的保护。

但是,这一决定从我们的通过/开始 - 专业软件用户中产生了许多问题,这些用户认为支持负载是“不正确”从他们的角度来看,或者认为锚载荷和内部力之间的平衡条件“不满意”在连接的管道中。

在与客户讨论之后,我们意识到许多经验丰富的工程师会让您对压力推力效果的理解以及应如何用于支持和喷嘴载荷计算,屈曲计算,法兰泄漏计算和应力计算。很多人认为压力根本不会产生任何变形和负载。

在软件技术支持下,我必须每次又一次地解释一次,再次为每个客户解释。

最后,我决定做一个 轮询 在社交媒体平台上,LinkedIn具有以下简单问题(图1)。

linkedin的民意调查输出
图1:LinkedIn的轮询输出

结果令人惊叹。投票分配几乎甚至。所以我决定写这篇文章来帮助工程师更好地了解这种现象。并且还解释了如何通过/启动软件处理它。

压力效应问题描述

上面轮询(图1)的问题可以用以下图片说明:

内部压力对受限制管的影响
图2:内部压力对受限制管的影响

在一开始的时候, 请阅读第一部分 本文 关于受限制,无拘无束的,部分限制的管道。 我将在这里显示(图3)仅具有方程的最终表。

内部压力对无限制,完全克制和部分限制的管道的影响
图3:内部压力对无限制,完全克制和部分限制的管道的影响

管道轴向力方程如下:

如果热膨胀为零,则“纯”压力的内部力将是阳性的,即拉伸。所以上面轮询的正确答案(图1)是 “拉伸”。

在里面 文学 力“n”称为“真轴力”,力“R”称为“有效轴向力”。我之前不知道,直到有一天,我与客户进行对话,引起了这一事实。这就是为什么我称之为“轴向力,n”和“支持负载,r”。

“真实”和“有效”轴向力

从上表中的支撑载荷方程“R”称为“有效轴向力”。轴向力“n”称为“真正的轴向力”。

对于从轮询的示例模型,“有效轴向力”可以被解释为“压缩”,因为它产生推动锚点的负载:

但这只是一个虚构的定义。管壁中的真实轴向力“n”将是拉伸的。

“真正的轴力” (上表中的轴向力“n”)用于:

  • 轴向管应力计算。
  • 本地管道壁屈曲分析。
  • 管元件内部力。如下所示,应取消选中复选框“喷嘴载荷”
管道元素桌中的内部力
图4:管道元件表中的内部力

“有效的轴力” (上面表中的支持“R”)用于:

  • 负载支持计算。
  • 负载压力容器和罐喷嘴,旋转设备负载等。
  • 法兰泄漏检查。
  • 管道动荡屈曲计算。
  • 管道全球屈曲(欧拉屈曲)计算。
  • 管元件内部力。应检查复选框“喷嘴载荷”

为什么“有效的轴向力r”应该用于计算喷嘴载荷,法兰检查,全球屈曲而不是“真正的轴力n”?

如果下图上的管道的左端连接到压力容器喷嘴或旋转设备,则设备喷嘴中的“真实”轴向力将是n(见上表)。但是当设备制造商使用有限元软件计算允许的负载时 通过/喷嘴-Em,他们假设喷嘴具有端盖和容器在压力下。这意味着当计算允许载荷的喷嘴允许的载荷时已经考虑了由压力推力引起的轴向应力,并且不应被认为是两次。

因此,我们必须将压力推力载荷从真正的轴向力排除并使用该值与喷嘴允许的负载进行比较。这意味着我们必须使用用于设备喷嘴检查的有效轴向力“R”。例如,如果我们将管道连接到喷嘴,则喷嘴墙壁中的真正真正的轴向力将是

但我们应该将压力推力部件排除在该力中,即使用等于零的有效轴向力。只想象一下,喷嘴和管道都有上面的图片上的端盖。因此喷嘴载荷为零。

法兰泄漏检查可以提供相同的解释。如果您查看等效的压力方法方程,您将看到,内部压力已经考虑,我们应该仅应用由热膨胀和其他影响引起的额外载荷,但不是压力推力。

但为什么我们应该使用“有效的轴向力”来全球屈曲和动力屈曲计算,但同​​时使用“真正的轴力”为当地管壁屈曲?这种现象有点难以解释。我会尝试使用简单的例子进行。

为了计算纵向屈曲,我们需要考虑偏转的管形状,而不是初始(安装)形状。为了解释这种效果,让我们来看看这个简单的模型,包括两个管道

  • (a)由于求解向量的结果,作用在管端的“帽压”力P·a产生倾向于将管道推向横向的力“S”。
  • (b)如果我们将管道代表为多边形链,那么在管道的每个转弯时,我们将具有横向力“s”试图将管道推开。
  • (c)最后,如果我们将管道代表为无限数量的多边形,我们将具有均匀的横向载荷,导致管道全球屈曲。

我会通过方程式过程的推导,你可以找到它 文学 并说最后的结论是,应与临界轴向力值进行比较有效的轴向力,而不是真正的轴力“n”。对于弹性屈曲,没有土壤抵抗和热膨胀,欧拉方程将是:

附加的“盖子压力”力产生分布式负载“S”。

这种现象可以通过以下情况解释:在偏转的形式中,外管壁长度比内壁长度长,因此外表面上的总压力通过“S”值更大。

此外,下一个类比有助于理解这种现象。想象在压力下的限制管道就像钢筋混凝土梁一样。管道正在播放加强杆(拉伸)的角色,并且管材含量(水)弯曲就像压缩杆一样(参见下图)。

使用全球屈曲使用 启动元素 procedure.

我希望这篇文章能够帮助工程师更好地了解BOURDON效果,并批判地审查了各种管道应力分析软件所获得的结果。

以下是演示由于内部压力导致的管道弯曲如何引起的视频 深水地平线爆炸,导致11名工人死亡,并造成了巨大的持续漏油进入墨西哥湾。 

要倾听作者关于上述文章并学习遵循以下视频帖子:

视频:Bourdon效果的重要性
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Alex Matveev.

Alex Matveev.是管道应力分析代码GOST 32388-2013工艺管道的作者之一,以及GOST 55596-2013区域供热网络。他也是开发人员之一 通过/启动 - 教授 自1965年以来开发的软件,在俄罗斯和独联体国家的95%的过程,电力,区供暖,天然气和石油运输设计公司中使用;它是该地区的行业标准。 他是通过/开始 - 专业管道应力分析软件开发团队的负责人。此外,他为他们的软件的用户提供了技术支持和培训,该软件的数字已经3000多,自1965年以来,在2017年的几个国家的工业标准,2017年翻译成英文,从国内市场出来,并开始销售自2018年以来的国际市场。

5 thoughts on “Bourdon效应,真实有效的轴向力的重要性

  1. 这是非常有趣的文章,我一次又一次地读。

    我有个问题。

    靠近图4,以上和下方,提及饼元件内部力,用于真正的轴向力和有效的轴向力。

    那正确吗?我猜是应该被删除。

    1. 这不是错误的。在开始 - 专业软件中,您可以看到真实且有效的轴向内部力量。如果检查复选框“喷嘴载荷(不包括压力推力)”,则会看到有效的轴向力,如果没有检查,您将收到真正的轴向力。

  2. 谢谢你的重要文章。
    这篇文章与我如此相关,因为我现在正在使用GRP管道分析。
    我有点混淆了关于喷嘴检查的文章的末尾。
    我将泵排出喷嘴建模为锚。由于大管道直径,锚定主要是由于内部压力而受到高轴向载荷(推力)。 60“。
    我将上述负载送到泵制造商的其他负载中进行检查。
    现在我的问题是:
    我是否对将上面的负载发送到制造商。或者我应该从总负载中省略它?

    谢谢,

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