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公司新聞

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三通是石油、化工管道和電站管網中大量采用 的壓力管件,在形式多樣的三通管中,擠壓三通由 于其獨特的優越性而被大量采用。擠壓三通的制造 是根據金屬塑性變形原理,将内充超高壓油的管 坯,在一定軸向壓力和速度下,使管坯金屬在模腔 内産生塑性流動而成。其特點是相貫線處大彎曲應 力區域中沒有焊縫,便于進行無損探傷,保證其可 靠性大大優于其它種類的三通,并且肩部擠壓增 厚,強度有了改善。目前擠壓三通在各行業尤其是 化學:L_業中得到了廣泛的應用,不少國家都制定了 擠壓三通的制造标準,如美國國定标準ANSI B16.9 《鋼制對焊管件》,日本國家标準J1SB2311《普通管 道用鋼制對焊管件》。我國現沿用的标準有原化工 部設計标準HGJ514《碳鋼、低合金鋼無焊縫對焊 管件》,國标GB12459《鋼制對焊無縫管件》
 
由于三通幾何形狀複雜,數學分析困難,至今 沒有完整的有關強度的理論分析解,各國設計标準
也太多采用了E力面積法、削弱系數法等經驗計算 方法,這些計算方法并沒有考慮三通肩部的擠壓圓 角對三通強度的影響,因而具有更大的近似性。本 文通過建立簡化模型,考慮了擠壓角的影響,得到 了擠壓圓角處的強度計算公式,為今後進行有關的 擠壓三通強度設計和選魁,提供了參考依據.
 
1結構分析
 
二通是不規則的幾何異形體,七:、定管相貫, 柑'與于在圓柱筒體上g向大開孔主管上的這部分 面積失去了承載能力,其載荷隻能疊加到支管的拫 莖部位,即所謂三通肩部,故在此局部區域形成峰 值應力3有限元分析和應力測試結果表明,兩側肩 部的内壁轉角處是峰值應力區■:轉角「太小時、應 力集中系數大,對三通強度不利。tfiir過大,應力 集中幅度增大,對強度也不利。美國原子能壓力容 器法規規定内轉角隻為轉龜壁
 
轉角r小,外轉角r大,使得最弱的肩部有最多的 金屬,有利補強a擠壓三通的成型工藝恰好保證了 結構受力的要求。管坯經軸向擠巧、以大量的長度 (或徑向)補償的同時,使三通的‘肩¥和腹部得到 局部增厚,分别相當于公稱壁厚的1.40和1,25 倍,爆破試驗證明其整體結構強度已超過相應直管 的強度。
 
針對如圖1所示的擠壓三通的結構特點,可以 把其看成由三個部件組成:筒體,擠壓圓角接頭及 接管。各部件相互連接處的受力情況如圖1所示, 在筒體與擠壓圓角的連接處,作用着軸向力 橫向力匕以及彎矩在擠壓圓角與接管連接 處,作用着軸向力橫向力<h及彎矩
 
擠壓三通一般具有較大的擠壓圓角半徑,因此 可以把擠壓角處看作一個具有負曲率的圓環殼,對 于圓環殼受内壓或外載荷作用時,殼體内的彈性應 力分布并沒有衰減的趨勢,它們對整個壞殼體的應 力都是有影響的。因此,雖然部件相互連接處的作 用力都是考慮它們之間的變形連續條件而得出的' 并且對于筒體及接管都将産生二次應力及局部薄膜 應力,但對于擠壓圓角處來說,它們産生的應力為 一次薄膜應力及一次彎曲應力C
圖1擠壓三通結構示意圖
 
當擠壓圓角半徑相對筒體壁厚較小時,擠壓圓 角處的應力性質發生變化,此時筒體與接管的連接 處可看成筒體與接管直接連接,在内壁處具有一定 的圓角過度,這時三通應看成接管和筒體兩部分組 成,擠壓圓角處的内壁圓角半徑将對峰值應力有較 大的影響。可見,圓角半徑對整個擠壓三通強度的 影響是很大的,它的數值不但對擠壓角處的應力分 布有影響,而且将改變應力的性質。目前、尚沒有 較完善的方法來具體判定内壁圓角半徑對翻邊管接 頭應力性質的影響,一般對内壁圓角半徑規定一定 的限制,以防止出現較大的一次彎曲應力3
 
2理論分析
 
對于工業應用最廣泛的等徑擠壓三通,可以進
行以下假設,以建立力學模型:(1)主支管正交且 壁厚均勻相等,二者具有無限的長度;(2)主支管 強度相等,即受到同樣的削弱。按照四通模式考 慮’可取如圖2部分進行分析;(3)殼體壁厚足夠 薄(R/t > 20),且為理想圓柱體;(4)擠壓圓角 在縱向平面内為理想的四分之一圓弧,且與主支管 相切,忽略擠壓造成的壁厚不均勻、即擠E圓角處 等厚度-
 
2.1 JL钶分析
 
把整個三通看成由一系列條塊組成的結構,每 一長條具有無限小的寬度,且都承受内壓載荷,在 不同條塊的連接處滿足載荷和變形的連續條件對 于縱向平面内擠壓圓角處的條塊圓弧來說 (圖2),它具有無限窄的寬度和有限的長度(JTT/ 2),而主管筒體上的條塊CD具有無限窄的寬度和 半無限長度。很明顯,條塊CD的曲率半徑就是主 支管的半徑而擠壓圓角處的弧線條塊的 第一曲率半徑為r,第二曲率半徑的大小可以通過 下面的幾何分析來決定。
 
由等徑三通的結構特點可知,截面FB實質上 為一個以F點為中心的半個橢圓(圖2),其短軸 半徑b為R'長軸半徑為FB0通過簡單的幾何分 析,可以
圖2擠壓三通結構四分之一橫截面 在FB确定的半橢圓上,S點的曲率半徑允由 橢圓半徑的幾何關系,可以很容易得到:
 
亍是,縱向平面内擠壓圓角處的條塊仙(7, 可以看成以為半徑,繞垂直于i線FB的某一 軸線為軸心的圓環殼上的一個圓弧條 2.2栽荷分析
 
由前面假設可知,在擠壓三通的縱向平面内, 圓弧線狀(7條塊的載荷和變形,對于B點來說具 有對稱性,因此可以取其一半SC來考慮t對于筒 體條塊at和擠壓圓角條塊說其邊緣載荷在圖j 給出,二者交點c的法向轉角應該滿足連續條件:
 
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