管道系统计算说明书540557页

1、Ameron GRE 管道系统计算手册索引1. 简介2. 在内压基础上确定的管线壁厚2.1壁厚2.2 直径2.3管道量纲特性3. 由于温度及长度不同产生的推力3.1 长度变化3.2 推力4. 支撑及导轨间距5. 管道弯曲半径6. 液体的抗挤强度7. 管道-环刚度8. 水力冲击及水击9. 液体流动压头损失或压力下降10.文献资料11. 葡萄牙语1. 简介 本技术说明对玻璃纤维增强环氧树脂管系常用公式做以概述。2. 管道壁厚管道要求的最低壁厚基于ASME和ANSI设计规范。大多数产品的新增次级内衬由C 纱及树脂组成。3. 由于温度、压力及长度不同产生的推力在多数情况下，管道根据介质压力及不同的温度

2、制造。如果产品不受控制，压力不同将导致长度改变。由于泊松效应，压力的增加将缩短管道。这由阿洛斯数学解释。由于温度及内部压力不同导致的扩张及收缩将共同或单独导致锚固点推力。4. 支撑物及导轨间距公式用来计算给定的单、局部和连续跨度，两个支撑物或导轨间最佳距离。该计算考虑液体密度和管道的重量。5. 弯曲半径管道方向轻微渐变或偏斜可以通过管道的弹性实现。在这种情况下，增强环氧玻璃钢管允许的弯曲半径可以通过计算得出。6. 液体的抗挤强度当外压作用于管道可能超过内压时，需考虑到液体的抗挤强度。这由等式控制，不同于那些内部压力。7. 管道-环 刚度为了计算埋地管道土荷载与轮荷载，必须使用STIS值（=特定

3、初始切线刚度），STES（=特定尾端切线刚度）和其他值，如美国应用的刚度系数及管道刚度。8. 水力冲击及水击流体速度的变化引起压力变化。特别是当速度的变化是突然发生时，则产生可能危害管道系统的较大冲力。9. 液体流动压头损失或压力下降水头损失或压降，对于水可以应用Hazen-Williams方程来计算。层流流动，例如石油适用Darcy-Weisbach方程。管件头部损失通过确定相应的管道长度来计算。1. 简介本手册介绍了Aermon玻璃增强环氧树脂管道各个方面的计算。这将有助于读者了解那些控制GRE管道系统某些常见工程实例方程。同时，这些方程可用于进行所需计算。当进行这些计算时，输入的数据应基

4、于Aermon产品的物理机械性能、直径、壁厚：Aermon提交的文件在电子表格中给出这些数值。2. 在内压基础上确定的管线壁厚2.1壁厚最小壁厚的计算根据ASME / ANSI B31.3 1 (段落 A304.1.2)中的公式ASTM D-2992 2使用相同类型的公式来计算环向应力，如下：上述提到的公式已被重新排列，以导出内衬，Aermon用来计算Bondstrand管道最低增强厚度公式，如下：最小增强壁厚m:最小总壁厚m:2.2 直径 管道最小外径m:管壁直径平均值m:2.3 管线量纲特性最小管壁横截面积m2:管道口径面积m2:最小结构管壁横截面积m2:内衬横截面积m2:每单位长度管道的

5、重量kg/ m2:每单位管线长度流体重量kg/ m2:线性时刻管道的惯性m4：线性时刻的结构管壁惯性m4：线性时刻内衬的惯性m4：注释：如果运用总壁厚的时刻惯性及结构管壁的弹性模量进行计算，惯性时刻可以乘以内衬弹性模量与结构墙之间近似的比率0.25，。刚度系数3 由于温度及长度不同产生的推力3.1长度改变如其他类型管道材料，在不受控制的条件下，Bondstrand玻璃钢增强管道将随着温度的变化而发生长度的变化。试验显示，膨胀量随着温度的不同而不同，换言之，Bondstrand的热膨胀系数是常量4, 5, 6.热膨胀导致长度改变m:由于内部压力，自由Bondstrand管道将受管道两端的推力使长

6、度增长。改变的程度是压力、管道壁厚、直径、泊松比及在操作温度下轴向及环向弹性模量作用的结果。压力引起的长度改变m:总长改变是由温度及压力造成长度改变的总和：上述显示由于压力导致长度改变方程，与一般方程相比：所示，由阻塞力导致的长度增加，因泊松效应而大幅减少。减少可以达到50%，受制于值，如，2000系列：2 x 0,56 x 11000 / 25200 = 0,49 (在21C下).3.2 推力温度导致的推力，原则上与管道长度无关。在实践中，最大的压缩推力通常由第一个特定的温度循环形成。随后，因为它受制于温度循环，管道产生压缩和拉伸负荷。既不预计压缩荷载也不预计拉伸荷载超过第一周期推力，不管温

7、度变化范围。在完全限制及阻止或锚Bondstrand管，由温度变化引起的长度变化通过锚抵制转换为推力4，5，6。由温度产生的推力N:在限制管道中，由内压产生的推力，其原理相当复杂。这是因为在直的，带刚结点的限制管线，泊松效应在管壁产生很大的拉伸力。随着内压的施加，管道环向扩张，同时纵向收缩。这将在管壁产生巨大的拉伸力，减少作用于锚的静水推力。在带弯头、关闭阀、变径或关闭端的管线系统中，内压作用于尾端区域的横截面。这一推力可以使作用于管壁的压力效果增加两倍。推力与流动长度或支撑间距无关由压力产生的推力N:设计锚时，必须同时结合压力及温度效应。同样，对多管线路，必须加上在所有线路中产生的推力，作为

8、锚的整体效应。由于温度及压力产生的推力N:两根管线在弯头或管线转弯处推力产生的合力N:在大口径直的管道上，收缩部分受到的力：N:在封锁管或锚管系统，泊松效应引起管壁拉力抵消温度产生的推力。管壁的拉力可能正面或负面，受制于温度/压力改变的方向。在限制封锁或锚管由于温度改变及压力改变造成的管壁推力或拉力：方程20有效，可以看出，代替及重新排列给方程20方程20的产物：负号 - 泊松效应引起的管壁拉力，抵消作用于堵塞或锚的阻塞力。4 支撑物及导轨间距两个相继支撑物之间的距离，取决于负载参数，惯性和弹性的时刻，以及系统的布局。本地负载，如重型重件法兰安排，阀门等垂直运行，以及在水平方向的变化，也可能会

9、影响支撑距离。0,0127米的长期挠度，通常是外观可以接受且排水充分的。部分线路3, 7支撑之间的距离m:（注释！英制输入，如果用0.258代替1.24 则可以使用本方程）对于连续跨度Lp可以增加20%，对于单个跨度Lp应减少20%，使用下列方程得到同样结果：连续线路支撑物之间的距离m:单个线路支撑物之间的距离m:（注释！英制输入，如果用0.31代替1.486；0.207代替0.994 则可以使用本方程）部分跨度解释用来计算连续跨度最大管体偏斜的一般方程单跨如果是0.0127，这些方程可以重新排列来计算如方程29及方程30跨度。部分跨度方程28是方程29和方程30的平均值，如果将方程29增加2

10、0%或方程30减少20%，结果相同。如果锚用于管线的两端，为了限制轴向移动，直到控制方法必须设计来阻止由于压力荷载造成的过度侧向挠度或管道纵弯。在连接膨胀接头或膨胀圈时需要指导，来控制过度偏斜。导轨间距通过使用重组欧拉方程乘75%导架间距离m:上述方程用来解决最大稳定长度，当假定两端固定时，减少25，形成曲线原来的一部分，现在只看到在较小的直径，并考虑到曲线起源附近非欧拉现象。不仅要抵制管道的纵向挠度作为柱形结构或蛇形“管道屈曲”而且应调整导轨间距，以防止由于重量造成的过度垂直弯曲。欧拉方程计算得出的长度，应使用下列方程4进行检验：垂直偏斜m:如果y小于-0.0127 m，从欧拉方程得到的导轨

11、距离Lg是推荐的导轨间距。如果y大于-0.0127 m，应选择较短的距离用于罗克方程直到通过试验或错误，一个最终长度接近-0.0127 m yLg被确定。由于偏斜或纵向弯曲导致的管道挠距（使用4）Nm:5 管道弯曲半径关于弯曲半径知识是埋管道系统所需要的，以便知道是否管道可以按照现有的或预计的弯管轨道运行。所允许的最低弯曲半径取决于温度和压力。最小允许弯曲半径7 m:因内压、双轴荷载系统产生的实际轴向应力N/mm2:因内压、单轴荷载系统产生的实际轴向应力N/mm2:注释：1. 对于允许轴向拉伸应力的50用于轴向弯曲强度。显示在管道数据表中。因为Bondstrand管及接头可以双向轴向加载，因此

12、大多数使用这种方式。管道数据表显示的最低弯曲半径基于双向轴荷载。6 液体抗挤强度管道可能遭受内压，如在箱，浮力系统、潜水等，抗挤能力可能确定。最小抗挤压力3 in Pa= N/m2如果管道足够长：注释：1bar，0.75是可接受系数足够的抵抗内压。对于海上使用的管道，如海船，系数0.3用于足够安全抵抗3bar或30m量水管。外压荷载有效的弹性环向模量由理论及实际数据确定。7 管道-环 刚度刚度数据用于计算埋地管线的土荷载及轮荷载8.STIS及 STES 根据NEN 7037.特定切线原始刚度，STIS 9, N/m2:特定切线尾端刚度 STES, N/m2:管道刚度（根据 ASTM-D 241

13、2试验10）PS, in psi:刚度系数（根据 ASTM-D 2412 10）SF, in inch2.lb/inch:STISN/m2与SFinch.lb之间关系:STIS (N/m2) 及 PS psi之间关系:8 水击流体速度的变化可引起压力的变化。特别是当这些速度的变化是突然发生时，将有害于管道系统。速度的变化可能是由于阀门的运动，启动和水泵的停止，阀门的检查，或关闭甚至是管道破裂引起，使用Joukowski方程11.用仪表测量水头压力改变：在一个密封的管道系统，压力波速度取决于流体的特性、管道的尺寸和管壁的弹性模量。计算压力波速度“C”可以使用Talbot方程。封闭管道压力波速率m

14、/s：H压力变化，再加上系统最高的发生工作压力，不应高于最大的系统设计压力1.5倍。如果阀门在一个波动周期内关闭，例如，从关闭阀门到另一端再返回，然后水击应根据即时阀门关闭的基础计算。一压力波时间秒：可以看出，tw增加将减少c，然后减少p因此，波周期时间越长，压力冲击越小。延迟关闭时间：水锤压力增加pv通过考虑关闭阀Tv可以计算如下9 压头损失或液体流动压力下降液体流量损失，往往能通过图和表获得。然而，也有相当简单的方法来计算水头损失。一个非常简单的方法来计算水头损失是由哈真和威廉姆斯创建的。此方法可用于水，适用温度范围为0 到37（英制：31 F到100 F）之间。液体流动水头损失 在米 量

15、水管/ 100米管长度（英制：ft 水/100 ft）使用海登一威廉方程与哈森威廉姆斯因子C = 150Bondstrand管道。国际单位 输入数据：英制 输入数据：计算水头损失的另一种方法是使用达西一魏斯巴赫方程。这种方法比海登一威廉法复杂，但其优势是可以用于其它温度和其它液体。那个达西摩擦系数是可变的，受制于雷诺兹数，遂使用方法变得复杂。液体流动水头损失，m 量水管/ 100米管长度（英制：ft 水/ 100 ft），使用达西一魏斯巴赫方程：层流达西摩擦系数（(Re 4000):雷诺数：液体流动速度：温度密度绝对粘度动态的粘度温度密度绝对粘度动态的粘度在定义完等效长度后，接头及管件水头损失

16、的计算可以使用与管道同样的方法。等效长度LE可通过等效长度Bondstrand管件获得。这图表是为1阻力系数的“K ”的管件而设计，液体是水。受制于管件配置，阻力系数“k”的变化，可从表“管件阻力系数”中获得。用K乘LE得到管件真正的等效长度。水作为流体管件真正的等效长度米：其他流体管件，真正管道等效长度米：10 文献1 ASME B31.3标准/ ANSI和美国国家标准ASME压力管道规范，B31。2美国ASTM - 2992，获得静压或压力设计规范的“玻璃纤维”（玻璃纤维设计的基础上加强热固性树脂）管及管件的标准规范。3 RoarkR.J. ，应力和应变公式，新加坡，1976年4Hoa S

17、.V.,纤维增强塑料管及管线设计分析，兰开斯特，宾夕法尼亚州，19915 Heiler H., Verstrkte KunststoffeRaumfarhttechniek。1996年12月。6文森JR，Sierakowski RL，复合材料组成结构，1987。7Mnch E, Einfhrungsvorlesung Technische Mechanik,Wien，1973年。8Algra E.A.H., Mechanische Aspekte bei drucklosbetriebenen, erdverlegten GFK-Rohren, Delft9NEN 7037，玻璃增强热固性塑料

18、管排水和污水 - 要求和试验方法。10美国ASTM - 2412，测定塑料管外部负载特色的平行板荷载标准测试，1993年。11Tyler G. Hicks P.E., Hicks D.S.,工程计算标准手册，美国1972年11. 葡萄牙语 :管道材料蠕动系数 : 管道材料的改变系数 : 应变率 : 动力粘度 Ns/m2= 103 centipoise : 轴向热膨胀系数 m/m/K in/in/FL :由于温度及压力造成的总长度的改变LT: 因热膨胀引起的长度变化mLp: 因压力引起的长度变化p : 压力改变c: 泊松比 (环向拉力引起的纵向收缩)l: 泊松比 (纵向拉力引起的环向收缩) :

19、运动粘度 m2/s = 106centistokef : 流体密度 kg/m3lb/inch3l:内衬材料密度kg/m3lb/inch3s : 结构管壁密度 kg/m3lb/inch3: 静水压设计基础 (H.D.B.) in N/m2 = Pa psil: 容许的轴向拉伸应力 N/m2p : 内压产生的实际轴向应力N/m2T: 温度的改变 K or C; ( F)A b: 管孔的横截面积m2inch2Abl: 大管孔的横截面积m2 inch2Abs : 小管孔的横截面积m2inch2Al: 内衬的横截面积m2inch2As : 最小结构壁厚的横截面积m2 inch2A w : 管壁的横截面积

20、m inchAwl: 大管道管壁横截面积m2 inch2Aws : 小管道管壁横截面积 m2inch2c : 管线管压力波速率m/s in/sD : 管道最小外径 md :管线内径 mDa : 平均增强外径 mDm : 管壁平均直径m inche : 管道内壁绝对粗糙度m; ft or inch.Eb: 弹性梁模量，根据.ASTM D-2925 in N/m2=Pa; (psi)Ec: 环弹性模量N/m2 = Pa psiEl: 纵弹性模量N/m2 = Pa psiEI : 单位长度管壁刚度系数 inch2-lbs/inchf : Darcy摩擦系数无量纲fw : 管体偏斜F : 设计系数Fe

21、 : 两管道在弯头或转弯处由于推力引起的合力 NFp : 压力引起的推力Fpr :作用于管道环的荷载inch.(lbf/m3)Fr : 在大口径直的管道上，收缩部分受到的力NFT : 温度产生的推力FTp : 温度及压力产生的推力Fw : 由于温度改变及压力改变在限制或锚管道推力或拉升g : 重力加速m/s2 in/s2H1:水头损失Il :管道惯性的线性时刻m4; inch4Ilin :线性时刻的内衬惯性 m4; inch4Is : 结构墙惯性线性的线性时刻m4; inch4Iw : 管壁惯性时刻inch3k : 推力刚度相关系数 无量纲K : 压缩流体体积模量N/m2Kr : 管件阻力系数-无量纲L : 管道初始长度 m inchLc : 连续运行支撑物间距离Le : 等效管长度，表中获得 m ftLE : 管件真正等效管线长度Lg: 导轨间距离 m; inchLp: 部分运行支撑物之间距离m; inchLw :管线管关闭面长度m;Ls : 单运行支撑物间距离M :由于偏斜