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Caesar4.5 冷紧下弹簧的选型

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作者:陈建发

导引:



在不考虑非线性约束的影响的情况下,冷紧并不能减少二次应力[1],但是冷紧可以改变支架的受力大小,可以改变支架点的位移水平,所以冷紧在化工装置中也偶有使用。

     但是,在不是非常必要的情况下,从我个人的理解上来说,应该尽量避免应用冷紧,这里面主要有如下两个原因:

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由于冷紧两端焊缝以及施工技术的影响,冷紧的有效长度很难和设计值一致

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在需要冷紧的管线中,如果有设置弹簧,那将是一个更加复杂,让人烦恼的事情,因为冷紧与弹簧施工的先后顺序影响着弹簧的选型及设计,下面打算讨论冷紧下弹簧选型到底存在哪些问题。

先安装弹簧后冷紧:

      在一般情况下,无论是恒力弹簧还是变力弹簧,当弹簧运到现场的时候,弹簧处于锁定状态也即刚性支状态。如果施工的时候,弹簧在管线未冷紧的状态下,按设计标高,直接将弹簧安装在设计标高的位置上,刚性支撑起作用,然后继续安装管线,直至整个管线施工到剩下冷紧口,然后拉合,进行管线的冷紧焊接的方法,我把他称为先安装弹簧后冷紧,这种施工方式,在施工对实现起来比较简单,但是这种施工方式,不能用在垂直管道做冷紧又有弹簧的系统中,在水平管线冷紧的情况下还可以勉强使用,但是对于一些比较注重细节的应力工程师来说,肯定非常排斥此种施工方法,但是现场确实存在这样的施工方式,如何考虑这种施工方式下在弹簧选型的时候应该注意一些问题:

1.
由于弹簧在施工的时候一直是刚性支撑起作用,所以这个时候应该增加一个工况 L1 = W + P + CS(弹簧刚度为 rigid);一个工况 2 = W+P(弹簧刚度为 rigid),然后L3 = L1 – L2 (exp,组合方式为ALG)来运算此种方式下的二次应力,因为冷紧后,管线还是放了好几个月才开车,这个时候如果二次应力非常的大,那也是不合适的。

2.
弹簧行车选择工况,从理论上来说不能按照caesar推荐W + T +PHGR)工况,而应该改为W + T + P + 0.67CS(HGR)

3.
除了步骤2的弹簧形成以外,如果需要还需要查看一下工况W + P + CS(弹簧刚度为 as designed)下的弹簧点位移,如果有必要,在选择弹簧型号的时候也需要包括这个可能出现反方向的位移,如果不考虑,原则上也不会有问题,因为咱们已经在步骤1的时候按照刚性支撑的情况下验证二次应力以及此种工况下的各支架受力

先冷紧后弹簧:

      这种施工方式,在弹簧点需要用临时支架先支撑着,然后当把冷紧口焊接上的时候,所有弹簧的临时支撑必须逐步调整并放开,知道受力为0,这个时候在弹簧点才把刚性支撑的弹簧给安装上去,这种施工方式非常的困难,但是从理论上来讲,应该需要采用这种施工方式才是对,因为这个时候弹簧的安装标高,相当于冷紧状态下的标高,而不是设计标高,当采用这种方式的时候,应该注意的问题如下:

1.
弹簧的行程 从理论上 应该是 工况 W + P +T + H + 0.67CS与工况W +P +CS的差值,也即热态下位移减去热态下位移(热态下位移定义为,热态下的位置减去设计位置),但是由于caesar选择弹簧的算法只有一个弹簧行程工况可用,所以很难使用这个差值,这个时候如果有必要可以使用先算出冷态位移,然后再弹簧点上加上Cnode点,然后在Cnode点上定义冷态位移的方式,但是这种方式非常的麻烦,所以不如直接采用caesar默认的方式选择弹簧,在没有非线性支架的情况下,结果是一样的,有非线性支架的时候,结果有微小的差别。

2.
Caesar
默认的弹簧行程选型工况为:W + P +T ,为什么况 W + P +T + H + 0.67CS与工况W +P +CS的差值与W + P +T大约相等呢?因为W + P + T的位移等于温度影响产生的位移,W + P +T + H + 0.67CS与工况W +P +CS也等于温度影响下的位移(相减以后就去掉了冷紧的影响了,但是这是对线性支架而言)

3.
所以如果按caesar默认的工况选择冷紧状态下的弹簧,施工时需要确认与这种方式进行,否则有可能出现较大的偏差

总之,冷紧下的弹簧选择,每个人有每个人的看法,但是关键还是施工方式有关,现场到底是怎么做的,我也不是很清楚,但是我看石化都是直接按先弹簧后冷紧的方法施工,这种施工方式比较简单,但是弹簧的行程不能直接采用caesar弹簧报表中数值,可能需要关注一下其他工况的位移;如果采用后种方法,又担心施工的方式是按第一种方法施工的,所以我也伤脑筋。有时候想在技术文件中规定施工方法,但是好像没有人这么做,也就不了了之,希望有这方面经验的同仁提供一些经验。虽然我说了这么多,感觉不这么做好像事情很严重似的,但是通过看以前的一些项目,他们也没有特意注重施工方式也没有特意考虑这些问题,现场也没有出事,所以规定施工队按哪种施工方式的做法,我就不敢直接规定,因为怕规定以后,万一出了事,那就是你自己整的和大家不一样才出事,可是不规定,又不知道该怎么选择弹簧。

脚注


[1]因为在有冷紧的时候,二次应力的最大范围为:L3 = L1 - L2(组合方式:ALG);其中L1 = W +T + D + P + H + 0.67CS ,L2 = W + P +H + CS,在热态下为什么要乘以一个系数0.67,这个规范GB50316里面有介绍,冷态不需要乘系数,这样才是一个较为保守的组合。

在没有冷紧的工况,L1,L2不需要加CS,所以通过ALG运算后的结果,在所有支架为线性支架的情况下,有无冷紧,二次应力不变;在有非线性支架的情况下,有无冷紧张的二次应力有一定的差别,但是这并不能作为减少二次应力的有效方法。

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发表于 2010-8-28 11:59:00

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4111441114VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP北京市
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是门型的补偿器的垂直恒力弹簧么?

 

发表于 2015-11-10 08:48:44

 

 

 

Peterpaul彼得保罗
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guolugongVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP北京市
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楼主写的很详细,以前都没有想过这么这些,仔细想想还挺可怕的

 

发表于 2017-6-28 16:00:22

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