椭圆形封头在管系静应力分析的目的及任务

　　椭圆形封头在管系在正常的工作期间，受到的载荷是多种多样的，归纳起来，这些载荷可以分为以下几类：

　　a、重力荷载。它包括椭圆形封头与管道自重、保温重、介质重和积雪重等;

　　b、压力荷载。它包括椭圆形封头内压力或外压力;

　　c、位移荷载。它包括椭圆形封头与管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支撑沉降等;

　　d、风荷载;

　　e、地震荷载;

　　f、瞬变流冲击荷载。如 阀启跳或阀门的快速启闭时的压力冲击;

　　g、两相流脉动荷载;

　　h、压力脉动荷载。如往复压缩机的往复运动所产生的压力脉动;

　　i、机械振动荷载。如回转设备的简谐振动。

　　除了上面介绍的载荷之外，椭圆形封头还常常存在焊接残余应力、加工残余应力、铸造残余应力和装配应力(如强行组焊)等应力。这些应力与上述载荷引起的管系应力叠加后，有时对管道元件的强度破坏影响较小，有时则影响较大，例如当它与腐蚀介质共同作用而引起材料应力腐蚀破坏时，这些应力的影响是不可忽视的。但这些应力并非属于管系应力，也不能由管系应力分析中求得，故在此不作讨论，仅仅提醒椭圆形封头设计人员，当该管系在有应力腐蚀环境下工作时，应适当控制其应力水平。

　　重力载荷和支架反力等合起来常称之为持续外载荷。

　　椭圆形封头的压力载荷和持续外载荷在管道上产生的应力一般为一次应力，它应符合按弹性准则给出的强度判定条件。事实上，压力载荷和持续外载荷在管系中也会产生二次应力和峰值应力，如第四章第三节所提到的管道开孔补强问题。也 是说，在管系中只要存在结构不连续或载荷突变，同样也将产生二次应力和峰值应力。一般情况下，压力载荷产生的二次应力和峰值应力已在管道元件的单体强度设计中作了充分考虑，故在椭圆形封头在管系应力分析中一般不再考虑这些应力。持续外载荷引起的二次应力和峰值应力一般较小，故在管系应力分析中也不再考虑。

　　位移载荷产生的应力一般为二次应力，它应符合按塑性准则确定的安定状态强度判定条件。

　　风载荷、地震载荷和瞬变流冲击载荷等都属于临时载荷，它对椭圆形封头与管系的破坏 征是既可因造成较大的位移而使管道元件发生破坏，又可激起管道元件的带阻尼自由振动而发生疲劳破坏。由于临时载荷作用时间较短，故当它与其它管系载荷叠加作用时，可以将其许用应力值适当扩大，一般为常值的1.33倍。一般情况下，风载荷、地震载荷、瞬变流冲击载荷等临时载荷在同一时间内同时出现的几率很小，故在计算时不应同时考虑。

　　两相流脉动载荷、压力脉动载荷、机械振动载荷等都属于动载荷。有关动载荷作用下的管道应力分析及其强度设计将在第七章中介绍。

　　通过上面的介绍可以看出，不同的载荷引起的应力类型也不同，那么应用的分析方法也 不一样。椭圆形封头在管系静力分析的目的 是充分考虑各种静载荷的作用 性，利用适当的方法求解管系在载荷的作用下引起的力、应力和位移，并加以判据，使其满足管道元件以及相连设备的强度要求，使压力管道及相连设备能够 运行，同时又使得管道的一次投资 少。工程上，管系静应力的分析主要包括以下内容：

　　a、压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算 ¾ 防止椭圆形封头局部发生过度塑性变形而破坏;

　　b、管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算 ¾ 防止管道元件发生疲劳破坏;

　　c、管道对相连设备作用力的计算 ¾ 防止管系对相连设备的作用力太大，保证设备正常运行;

　　d、管道支吊架的受力计算 ¾ 为支吊架强度设计提供荷载数据;

　　e、管道上法兰的受力计算 ¾ 防止法兰泄漏。

　　在平常的设计中，椭圆形封头与管道的经济问题常常在管系静力分析中被忽略，一些设计人员在分析静力计算结果时，只关心输出数据是否满足设计要求(这些要求往往是由相应标准规定的)，只要输出数据全部在允许范围内，而无论该结果是否合理， 籍此确定了管道的空间走向。这样做有时是不妥的，尤其是对高压或贵重管道，在关心应力计算结果满足要求的同时，还应注意计算结果中的力(包括力矩)、应力、位移等数值的大小，如果这些数据比规定值低许多，即椭圆形封头在管道的强度等尚有较大的富裕量，可考虑改变管道空间走向如缩短管道补偿长度、减少拐弯等，以节省管道元件的用量，使管道设计 经济。这部分内容将在下一节中详细讨论。