國內工業管道中的三通種類繁多,按照不同的形式大致可分為以下幾種類型。1)按制造方式可分為:焊制三通、擠壓三通、鍛造三通和鑄造三通;2)按主、支管軸線的夾角,可分為正三通(900)、斜三通和Y型三通;3)按支管半徑大小,又可分為等徑和異徑三通;4)按三通與直管的連接方式可分為:(a)對焊三通。
國標三通通常用在公稱直徑(DN)等于或大于40mm的管道上,廣泛用于可燃物料的管道,也用于其它高壓、高溫物料的管道。對焊連接比其它連接形式可靠、價格便宜且沒有泄漏點。一般要求三通與直管的連接處壁厚相同。(b)承插焊三通。一般用鍛造后再機加工的方法制造,石油化工企業管道中多采用了公稱直徑在15-80mm范圍內的鍛鋼制承插焊三通。(c)螺紋三通。螺紋三通通常由鍛鋼、鑄鋼、鑄鐵和可鍛鑄鐵等制造。鑄鐵國標碳鋼三通適用于低壓水、氣管道,鑄鋼螺紋三通作為高溫高壓管件,材料一般為碳素鋼、鋁鋼、鉻鋁鋼等。(d)法蘭三通。法蘭三通多用于特殊場合,例如鑄鐵管、襯里管以及與設備或閥門的連接。
盡管國標無縫三通有如此多的種類,但實際石化和熱電行業常用的類型不多。以制造方式區分,在中低壓力和小口徑場合多見擠壓三通,而在高壓和大口徑情況下多選用碳鋼三通;以連接方式分,直徑在50毫米以上的管道一般采用對焊三通,直徑在40毫米以下的管道多采用承插焊三通或螺紋三通加密封焊。
三通適于工程應用的計算方法
鑒于國標碳鋼三通自身結構復雜、結構參量甚多及極限載荷研究在含缺陷壓力管道安全評估中的重要地位,同時考慮到建立含局部減薄缺陷三通應力及極限載荷解析解的難度和理論推導不能較好地模擬力學模型及其邊界條件的局限性,本文決定以有限元分析方法為手段,在積累大量不同幾何參量三通塑性極限載荷數據的基礎上擬合獲得塑性極限載荷的計算式,從而探索出適于工程應用的計算方法。針對目前所存在的問題,在前人研究成果的基礎上確定了以下研究內容:
(1)用有限元方法分析計算無缺陷焊制三通在內壓作用下的極限載荷,研究國標無縫三通幾何參量對塑性極限內壓的影響規律,從而達到簡化塑性極限內壓影響因素的目的,并在大量有限元計算的基礎上,建立覆蓋面較廣的塑性極限內壓數據庫。
(2)通過已建立的無缺陷焊制國標碳鋼三通塑性極限內壓的數據庫,擬合適合于工程應用的、具備較高精度的無缺陷三通塑性極限內壓的工程估算式。
(3)對含局部減薄缺陷焊制三通受內壓作用的情況進行數值分析計算,研究其塑性極限內壓。
a、通過對含底部凹坑缺陷的三通進行有限元分析,研究減薄軸向長度、周向長度及減薄深度對塑性極限內壓的影響規律。
b、通過對減薄尺寸相同的三通進行有限元分析,研究三通本身的幾何參量對三通塑性極限內壓的影響規律。
c、完成大量的有限元計算,并建立具有較廣覆蓋面的含缺陷國標無縫三通塑性極限內壓數據庫,從而為含缺陷碳鋼三通塑性極限載荷工程估算式的提出提供數據基礎。
d、對上述的研究成果進行分析,給出含缺陷三通塑性極限內壓的工程估算式。
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