1、關(guān)于型膨脹節(jié)設(shè)計(jì)與計(jì)算理論說明及軟件說明按GB 16749 壓力容器波形膨脹節(jié)的規(guī)定，波形膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)包括應(yīng)力計(jì)算及其校核；軸向剛度和軸向位移計(jì)算；平面失穩(wěn)壓力計(jì)算；疲勞壽命校核；外壓校核；第一部分 型膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算理論設(shè)計(jì)參數(shù)（運(yùn)行工藝參數(shù)）：設(shè)計(jì)壓力P，MPa；設(shè)計(jì)溫度T，；失效循環(huán)次數(shù)Nc；所需要的補(bǔ)償量，mm；筒體內(nèi)徑Db，mm；型膨脹節(jié)的各參數(shù)及含義如下：1、Db 型膨脹節(jié)的直邊段內(nèi)直徑(等于筒體內(nèi)徑),mm ；2、R 型膨脹節(jié)的內(nèi)半徑, mm；（R應(yīng)小于10%Db）3、t 每層膨脹節(jié)名義厚度, mm；4、n 型膨脹節(jié)的層數(shù)；5、Dm 型膨脹節(jié)波紋管的平均直徑, mm ；（

2、由結(jié)構(gòu)圖經(jīng)計(jì)算可的）6、Lk 型膨脹節(jié)的開口量, mm；（膨脹節(jié)的開口量應(yīng)小于R/2）7、Lbt 波距（膨脹節(jié)相鄰兩個(gè)波中心的距離），mm；（波距一般取2.8R）8、Lb 型膨脹節(jié)直邊段到第一個(gè)波中心的距離，mm；9、Cwb 波紋管材料的縱向焊縫系數(shù)，可以取0.9或1；10、Cwc 增強(qiáng)套箍材料的縱向焊縫系數(shù)，可以取0.9或1；11、Lw 型膨脹節(jié)兩端連接焊縫的間距，一般Lw=2Lb+(n-1)Lbt；12、Eb 波紋管材料在設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量，MPa；13、Eb20 波紋管材料在室溫下的彈性模量，MPa；14、Ec 增強(qiáng)套箍材料在設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量，MPa；15、Ec20 增強(qiáng)套箍材料在

3、室溫下的彈性模量，MPa；16、Dc 波紋管直邊段增強(qiáng)套箍的平均直徑，mm；17、rd 膨脹節(jié)倒角小波的內(nèi)半徑，mm；18、Lbc 相鄰兩個(gè)外側(cè)加強(qiáng)環(huán)中心線的距離；19、Lbc 外側(cè)加強(qiáng)環(huán)中心線與相鄰的膨脹節(jié)波中心的距離，mm；20、At 波紋管所有增強(qiáng)套箍橫截面的金屬面積；（注：該截面與管道軸線平行）22、tc 直邊段增強(qiáng)套箍的厚度，mm；23、Sab 波紋管在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa；24、Sac 增強(qiáng)套箍在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa；25、tp 考慮到成型減薄后膨脹節(jié)單層的實(shí)際厚度，mm；26、e 一個(gè)波的軸向位移，mm；27、B1，B2，B3 隨形狀變化因子（查形狀因子系數(shù)曲線可

4、獲得）；28、 膨脹節(jié)形狀變化因子，；29、r 波紋管波紋的平均直徑，mm；30、 基于初始角位移得柱狀失穩(wěn)壓力削弱系數(shù)，31、 初始角位移和最終角位移之比，；32、 從平直位置起的最大的角位移（弧度）；33、 膨脹節(jié)材料在室溫下的強(qiáng)度限（抗拉極限）；34、 膨脹節(jié)材料在設(shè)計(jì)溫度下的強(qiáng)度限（抗拉極限）；35、N 總波數(shù)；型膨脹節(jié)的計(jì)算公式：按美國膨脹節(jié)制造協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（EJMA）C-4.2.3 型波紋管的設(shè)計(jì)公式如下：（1）、內(nèi)壓在波紋管直邊段中所產(chǎn)生的環(huán)向（周向）薄膜應(yīng)力： （C-39a）其中S1 CwbSab；（2）、內(nèi)壓在套箍中所產(chǎn)生的環(huán)向（周向）薄膜應(yīng)力： （C-39b）其中S1 CwcS

5、ac；（3）、內(nèi)壓在波紋管中產(chǎn)生的環(huán)向（周向）薄膜應(yīng)力： （C-40）其中S2 CwbSab；（4）、內(nèi)壓在波紋管中所產(chǎn)生的經(jīng)向（子午向）薄膜應(yīng)力： （C-41）其中S2 Sab；注：公式（C-41）為EJMA上的計(jì)算公式，國內(nèi)一般的經(jīng)驗(yàn)公式為下式（GB/T12777-99）：（5）、位移在波紋管中所產(chǎn)生的經(jīng)向（子午向）薄膜應(yīng)力： （C-42）（6）、位移在波紋管中所產(chǎn)生的經(jīng)向（子午向）彎曲應(yīng)力： （C-43）（7）、疲勞壽命： （C-44）式中 a、b和c為材料加工常數(shù)，；注：疲勞壽命的計(jì)算公式中a、b和c材料加工常數(shù)的確定比較麻煩，工程上比較常用的是下面簡化的公式（目前容標(biāo)委也用此公式來計(jì)

6、算型膨脹節(jié)的疲勞壽命），這與GB/T12777有點(diǎn)差別：失效循環(huán)次數(shù) 疲勞壽命溫度修正系數(shù) 組合應(yīng)力 需用循環(huán)次數(shù) ，nc為設(shè)計(jì)安全系數(shù)（EJMA取15，而在GB/T12777中取10）。（8）根據(jù)柱失穩(wěn)而確定的極限設(shè)計(jì)壓力（兩端固定）： （C-45）無特殊說明的情況下，取1.0； （9）、波紋管軸向剛度的理論值： （C-46）以上是型膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算的全部公式，主要包括：（1）、應(yīng)力計(jì)算及其校核；（2）、軸向剛度和軸向位移計(jì)算；（3）、平面失穩(wěn)壓力計(jì)算；（4）、疲勞壽命校核；（5）、外壓校核；這五方面的計(jì)算內(nèi)容。型膨脹節(jié)計(jì)算事例實(shí)例一：某臺(tái)換熱器上有一材料為0Cr18Ni11Ti制造的型膨脹

7、節(jié)，幾何參數(shù)為：，設(shè)計(jì)溫度為T=150，設(shè)計(jì)壓力為P=3.5MPa，單層單波（n=1，N=1），設(shè)計(jì)循環(huán)次數(shù)為4000次，校核該膨脹節(jié)波殼是否符合應(yīng)力評(píng)定要求？解：先計(jì)算波殼的幾何系數(shù)：從B1、B2和B3的系數(shù)曲線查得：B1=4.07，B2=1.07，B3=2.58內(nèi)壓引起的波殼中的環(huán)向薄膜應(yīng)力：內(nèi)壓引起的波殼中的經(jīng)向薄膜應(yīng)力：位移引起的波殼中的經(jīng)向薄膜應(yīng)力：位移引起的波殼中的經(jīng)向彎曲應(yīng)力：組合應(yīng)力：溫度修正系數(shù)循環(huán)次數(shù)取安全系數(shù)nc=10，需用循環(huán)次數(shù)為N=8700次由于僅有一個(gè)波故不考慮其柱失穩(wěn)。應(yīng)力評(píng)定：，CwbSab=0.9*137.0=123.3MPa，所以CwbSab；，所以N=

8、8700>4000次結(jié)論：此膨脹節(jié)符合應(yīng)力評(píng)定要求。實(shí)例二：1、此實(shí)例為石化紡纖PTA項(xiàng)目中E1-162焚燒器第二預(yù)熱器中型膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（此膨脹節(jié)多次被容標(biāo)委及一些大學(xué)作為課題研究，并成為有關(guān)膨脹節(jié)計(jì)算的基本范例）圖一 帶加強(qiáng)環(huán)的多層多波型膨脹節(jié)的幾何模型此帶加強(qiáng)環(huán)的多層多波型膨脹節(jié)的幾何模型如上圖所示，有波紋管和內(nèi)外兩層加強(qiáng)環(huán)組成。其中，單層波紋管每一波由三段圓弧相切構(gòu)成；這里共2層（見局部放大圖）；圖二 帶加強(qiáng)環(huán)的多層多波型膨脹節(jié)的截面放大圖2、圖一及膨脹節(jié)計(jì)算中需要的基本參數(shù)如下：Db = 1100 mm 膨脹節(jié)直邊段內(nèi)直徑；Dm = 1194.96 mm 膨脹節(jié)波紋的平均直

9、徑；t = 2 mm 每層膨脹節(jié)壁厚；Lk = 12 mm 膨脹節(jié)的開口量；Lbt = 110 mm 膨脹節(jié)相鄰兩個(gè)波中心的距離；hc = 110 mm 外側(cè)加強(qiáng)環(huán)的高度；R = 25 mm 膨脹節(jié)大波的內(nèi)半徑；tc = 20 mm 內(nèi)側(cè)加強(qiáng)環(huán)的厚度；r = 10 mm 膨脹節(jié)倒角小波的內(nèi)半徑；Lbc = 110 mm 相鄰兩個(gè)外側(cè)加強(qiáng)環(huán)中心線的距離；Lb = 50 mm 膨脹節(jié)直邊段到第一個(gè)波中心的距離；b20 波紋管材料在室溫下的抗拉強(qiáng)度。本實(shí)例中b20=827.4MPa；bt 波紋管材料在設(shè)計(jì)溫度下的抗拉強(qiáng)度。本實(shí)例中bt=708.1MPa下標(biāo) b、c分別表示波紋管和增強(qiáng)套箍的材料。Cw

10、：根據(jù)相關(guān)規(guī)范而確定的縱向焊縫有效系數(shù)。本實(shí)例取Cwb=Cwc=1。Sa：除非另外說明，系指按適當(dāng)規(guī)范而確定的、在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力。本實(shí)例中膨脹節(jié)的材料為N06625(鎳基合金) ，增強(qiáng)套箍的材料為16MnR，所以取Sab=202MPa，Sac=109 MPa 。n ：多層波紋管厚度為t的材料層數(shù)。本實(shí)例中n=2。t：波紋管單層材料的公稱厚度。本實(shí)例中t=2mm。Lw：型波紋管兩端連接焊縫的間距。本實(shí)例中Lw=2Lb+(n-1)Lbt=650mm。E：除非特殊說明，系指材料在設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量。本實(shí)例中取Eb= 1.9×105MPa， Ec=1.8×105MPa。tc

11、：直邊段增強(qiáng)套箍的厚度。本實(shí)例中tc=20mm 。Dc：波紋管直邊段增強(qiáng)套箍的平均直徑。Dc=Db+2nt+tc=1128 mm。At：波紋管直邊段增強(qiáng)套箍橫截面的金屬面積。（注：該截面管道軸線平行）這里所有增強(qiáng)套箍橫截面的金屬面積為橫截面上（如圖三矩形框內(nèi)的結(jié)構(gòu)）內(nèi)外兩側(cè)加強(qiáng)環(huán)的面積之和。由上所述的幾何尺寸可計(jì)算出其面積約為At36484 mm2。圖三 增強(qiáng)套箍橫截面的金屬面積示意圖tp：波紋管中單層材料的實(shí)際厚度，即考慮到成型過程中厚度減薄。r：型波紋管波紋的平均半徑。本實(shí)例中Dm：型波紋管波紋的平均直徑。本實(shí)例中Dm=1194.96mm。e：一個(gè)波的軸向位移。本實(shí)例中e = 5 mm。3、計(jì)算過程如下：先計(jì)算波殼的幾何系數(shù)：從B1、B2和B3的系數(shù)曲線查得：B1=1.34，B2=1.0，B3=1.24（1）、內(nèi)壓在波紋管直邊段中所產(chǎn)生的環(huán)向（周向）薄膜應(yīng)力： 所以S1 CwbSab=1.0×202=202MPa；（2）、內(nèi)壓在套箍中所產(chǎn)生的環(huán)向（周向）薄膜應(yīng)力： 所以S1 CwcSac=1.0*109MPa；（3）、內(nèi)壓在波紋管中產(chǎn)生的環(huán)向（周向）薄膜應(yīng)力： 所以S2 C