直埋供热管道新型三通加强结构应力分析

直埋供热管道新型三通加强结构应力分析

朱方勤

  江苏中核华兴劳务有限公司  210000

摘要：随着中国城市集中供热规模的不断扩大,大直径直流供热管道的应用越来越普遍,对供热网络的安全运行提出了更高的要求。其中,三通作为供热管网的重要扩散部件,在供热管网的运行中会受到内部压力、温度、土壤限制等诸多因素的影响。总体实力复杂;同时,由于干线连续性引起的三通孔分支,导致三通中的连续力面积重合,三通中会产生较大的应力集中,这是供热网络的薄弱环节。因此,研究如何加强三通以降低应力集中程度,对提高供热管网的安全性具有重要意义。

关键词：直埋供热管道；新型三通加强结构；应力；

引言

在传统的供热管道施工过程中，利用直埋敷设的技术，使得室外供热管道的建设更加合理化。这样能够提高施工效率，节约资源投资，降低当前维护工作的整体难度。当前很多供热的管道使用时间较长的情况，会出现漏水问题。为了加强供热管道的使用质量，而且使用期间能够保证管网的安全性，并且加强当前供热管道的稳定性，避免漏水的可能性。在施工过程中，需要进行新旧管道的互换，能够提高实际的管网质量。通过直埋敷设的供热管道施工方式，提高整体的施工质量。

1供热管道改线难点

受新建综合管廊、地铁车站结构、道路周边构建筑物影响，迁改的供热管道需绕行至主干道路下方，敷设于地铁结构上方，同时下穿新建综合管廊。为减少因管线的热膨胀和冷缩引起的热应力及震动，有效地延长管道寿命，避免磨损将对系统设备、构筑物产生作用力，需增加补偿器进行调节。受地下构筑物空间限制及后期管道维护引起的道路交通的影响，增加人工补偿器补偿无法实施，需对管道的补偿方式进行优化。

2新型三通加强结构物理模型

新型三通加固结构的三维示意图见图1a,在常规三通加固结构的基础上,依次焊接肋、环管和夹层。其中,外管包括一个洞口干线和一个短支管,主孔可以水平切开,然后焊接。首先,沿轴向三通道焊接4根规格相同的肋,其中两根水平上侧肋位于三通腹部,两根下侧肋与上侧肋水平对称,然后将主管内壁与肋焊接,然后将主管上的短焊管与孔形成外管,最后,两端的肋与短管形成环形密封层。图1b表示新三通加固结构的截面,α表示肋的角度。新的三通加固结构将把以前集中在三通上的部分应力通过肋骨传递到腹部管道中,以减少三通应力,达到三通的保护效果。

图1新型三通加强结构模型

3研究必要性

1管道屈曲响应行为受到高温、高压荷载的双重作用，屈曲管段应力应变处于多轴非线性时变状态。材料非线性的变化导致管道局部刚度不断改变，增加了管道屈曲行为的复杂程度。②埋地管道受到管周土壤的约束作用，使管道局部热屈曲发生，管道后屈曲形态受到土壤约束与热应力自限性耦合动态平衡的影响。③城镇供热管网运行工况随多层次原因改变而形成时变温压荷载，交变热应力会使屈曲位置管体产生塑性累积疲劳损伤，使得管道破裂极限状态受其全寿命荷载特性的影响。

4直埋供热管道基本分类

因为直埋供热管道存在不同的情况。需要以科学的方式进行有效处理，从而实现工作方式细致的转化，进行直埋供热管道的铺设和使用。如果按照是否产生热位移进行划分，需要考虑管道的实际情况，通过对不同部分的管道的热位移进行科学的划分处理。直埋管道中是否产生热位移，需要分为锚固段。然后对产生的热应力位移进行处理，通过对过渡段的管道进行摩擦力度的处理，从而提高安装的效率，保持良好的运行状态。如果按照是否热补偿进行划分，可以考虑到热补偿管道和没有热补偿管道的段落情况。因为热补偿可以有效地吸收一定的热位移，从而直接抵消温度的热应力。通过对管道的热膨胀情况进行影响，安装热补偿器，防止因为热力挤压而产生变形的情况。如果无补偿器直埋管道，可能会影响受热，所以单纯的依靠管材自身进行受力，可能会影响器材的实际使用质量。如果补偿器管段的补偿方式进行划分，会采取不同的材料。一般分为自然补偿管道和补偿器补偿管道，所以当前的管道是通过吸收热能来工作。但是有些补偿器中存在很多问题，需要增强其运行管理的能力，从而加强补偿器的维护，避免因为工作运行情况，使得补偿器出现问题。

5新型三通加强结构的结构参数对其应力特性的影响

三通抑制时的最大应力随肋宽度的增大而减小,但减小较小;外管的最大应力也随着肋宽的增大而减小,而肋本身的最大应力随宽度的增大而减小和增大,当肋宽为20mm时,其值最小。事实上,增加肋宽相当于增加受压三通与外管之间的接触面积,但增加接触面积不等于增加传压效果,肋宽不大越好。三通抑制时的最大应力随着肋高度的增加而逐渐减小,而最大应力减小更为明显。外管最大应力随肋高度的增大而略有波动,应注意的是,随着肋高度的增大,外管直径也相应增大,导致外管应力值增大;同时,增加肋高会增加外管弯曲强度,降低外管应力值,两者同时起作用,效果相等,最终会反映在外管应力的最大变化不明显。此外,肋本身的应力随肋高增加而减小,特别是当肋高小于16mm时,最大肋应力迅速减小,而当肋高大于16mm时,最大肋应力减小。压缩三通、外管和肋的最大应力随外管壁厚度的增大而减小,其中压缩三通和外管的最大应力明显减小,最大肋应力缓慢减小。这表明,管道厚度越大,新型三通增强剂对降低三通抑制最大应力的作用就越明显。管壳壁厚度的增加增强了其抗弯强度,从而增强了其限制三通变形的能力,从而降低了受压三通壳与肋之间的应力。

6工作展望

②确定直埋热水管道温压荷载的时变规律模型，考虑管材损伤累积，查明时变温压荷载作用下直埋热水管道后屈曲管段塑性损伤的演化规律和应变特征，揭示管材损伤过程中塑性变形的非线性时空分布特征及累积规律，准确分析时变温压荷载作用下直埋热水管道最终失效极限状态。建立基于塑性累积疲劳损伤的寿命预测模型。在管道非线性屈曲机理和塑性累积疲劳损伤研究的基础上，构建综合考虑管材疲劳失效极限的直埋热水管道疲劳失效评价准则。综合时变规律模型，预测温压荷载下管道剩余寿命，构建大管径直埋热水管道全寿命完整性评价方法。

结束语

与常规压缩三通相比,新的三通加固结构可以有效地降低三通中的最大电压,使电压值小于规范要求的疲劳电压极限。同时还发现,干线直径越小,主干线直径比值越小,最大电压降低的效果就越明显。增加肋高和增加外管壁厚可以大大降低三通的最大应力,增加肋宽也可以降低三通的最大应力,但效果不明显;另外,增加肋角度抑制三通的最大电压不明显,但可以增加外管的最大电压,充分发挥外管的作用。控制孔的长度对抑制三通的最大电压影响不大,在项目中可以缩短控制孔的长度以减少投资。

参考文献

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