1、第8章工藝熱風(fēng)管道設(shè)計(jì)計(jì)算熱風(fēng)管道設(shè)計(jì)計(jì)算是水泥廠工藝設(shè)計(jì)必不可少的組成部分，涉及了水泥生產(chǎn)的各個(gè)工段。本章主要內(nèi)容包括：工況下的熱風(fēng)管道管徑計(jì)算，管道阻力計(jì)算， 管網(wǎng)阻力計(jì)算，管道重量計(jì)算，膨脹節(jié)選型計(jì)算，管道支座受力計(jì)算，收塵設(shè)備 的保溫計(jì)算以及不同工況下管道風(fēng)速，管道壁厚的選取等內(nèi)容。8.1熱風(fēng)管道設(shè)計(jì)計(jì)算熱風(fēng)管道管徑計(jì)算1. 一般地區(qū)對(duì)于海拔高度500m的一般地區(qū)，其計(jì)算公式可采用如下公式：D Qt(8-1)¥2826 v式中：D 管道直徑，m；Qt一般地區(qū)工況風(fēng)量，m3/h ；v管道風(fēng)速，m/s o2 高海拔地區(qū)對(duì)于海拔高度500的地區(qū)，由于高海拔下的大氣壓力、溫度和氣體密

2、度都會(huì)降低，系統(tǒng)風(fēng)量也會(huì)有所變化。為了保證系統(tǒng)氣體質(zhì)量、流量與海平面相同， 保持主機(jī)設(shè)備能力不降低，需要對(duì)高海拔地區(qū)工況風(fēng)量進(jìn)行修正。D 18.8 °Lg(8-2)V v式中：D 管道直徑，m；Qlo高海拔地區(qū)工況風(fēng)量，m3/h，QLg=AQ t，參考第7章風(fēng)機(jī)內(nèi)容；v管道風(fēng)速，m/s o管道不同狀態(tài)下的風(fēng)速熱風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速因輸送介質(zhì)的不同而異。當(dāng)風(fēng)速 25m/s時(shí)，阻力大，不經(jīng) 濟(jì)；風(fēng)速5m/s時(shí)，灰塵易沉降堵塞管道。通常按表 8-1選取。表8-1風(fēng)管風(fēng)速序號(hào):使用用途及管道狀況風(fēng)速(m1水平管道20222傾斜管道，灰塵不易沉降183垂直管道，灰塵垂直下洛154預(yù)熱器三次風(fēng)管1922

3、5預(yù)熱器與管道連接管道16206煤粉輸送有脈沖波動(dòng)25307煤粉制備系統(tǒng)管道18208煙囪出口滿足環(huán)保要求1016熱風(fēng)管道標(biāo)準(zhǔn)管徑及法蘭尺寸為使熱風(fēng)管徑符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)及閥門(mén)、膨脹節(jié)標(biāo)準(zhǔn)要求，風(fēng)管直徑及法蘭尺寸 建議按表8-2取值。表8-2風(fēng)管標(biāo)準(zhǔn)管徑及法蘭尺寸風(fēng)管直 徑(mm)螺栓孔所 在圓直徑(mm)法蘭扁鋼聯(lián)接螺孔風(fēng)管直 徑(mm)螺栓孔所 在圓直徑(mm)法蘭扁鋼連接螺孔寬(mm)厚(mm)數(shù)量(個(gè))直徑(mm)寬(mm)厚(mm)數(shù)量(個(gè))直徑(mm)DKeSndDKeSnd100145406414.51800187065104424200245406814.51900197065104

4、4242503055081218.520002070651048243153705081218.521202190651048243554105081218.522402310651248244004555081618.523602430651248244505055081618.525002570651252245005555082018.5265027206512562456061550102018.5280028706512602463068550102018.5300030706512602471076550102418.53150322065126424800870651024243

5、350342065126824900970651024243550362065127224100010706510282437503820651276241120119065102824400040706512802412501320651032244250432065128424132013906510322445004570651292241400147065103624475048206512962415001570651036245000507065121002416001670651040245300537065121082417001770651040245600567065121

6、1224管道直徑與壁厚關(guān)系(1) 風(fēng)管的壁厚管壁應(yīng)有合理的厚度，太薄則剛性差，受負(fù)壓吸力易變形，太厚則浪費(fèi)鋼材不經(jīng)濟(jì)。風(fēng)管壁厚按表8-3取值表8-3風(fēng)管壁厚度管徑D(mm)1006307101000112017001800265028005600管壁厚s (mm)34568（2）當(dāng)含有熟料及磨損性強(qiáng)的礦物粉塵，且流速 >15m/s時(shí)，風(fēng)管壁厚應(yīng)適 當(dāng)加大。（3）為防止大型風(fēng)管的剛度變形，在其長(zhǎng)度方向每隔2.5m增加一道加固圈, 加固圈可用寬5080mm,厚度為58mm的扁鋼制作。（4）風(fēng)管的法蘭規(guī)格、螺栓孔徑、數(shù)量等均應(yīng)按表中給定尺寸確定。管道阻力計(jì)算1 阻力計(jì)算公式 風(fēng)管系統(tǒng)阻力應(yīng)為管

7、道的摩擦阻力與局部阻力之和:L2P (二)Ko(8-3)Dn2式中：入一氣體與管道間的摩擦阻力系數(shù)，清潔空氣入值一般為0.020.04,對(duì)含塵氣體 管道，當(dāng)含塵濃度50g時(shí)，需校正：表8-4校正系數(shù)含塵濃度（g/m 3）v 50> 50100150校正系數(shù)1.01.011.021.03L 風(fēng)管長(zhǎng)度，m；E管件及變徑點(diǎn)阻力系數(shù)，見(jiàn)附錄12;v風(fēng)管中氣體流速，m/s;p空氣密度，kg/m3，20 C時(shí)=1.29;K。一阻力附加系數(shù)，K°=1.151.20;Dn 風(fēng)管直徑，m；非圓管道一般折算成等速當(dāng)量直徑de后，按圓形管道方式計(jì)算：(8-4)式中：de等速當(dāng)量直徑，m；a，b矩形風(fēng)

8、管的邊長(zhǎng)，m<2.摩擦阻力系數(shù)入計(jì)算管道內(nèi)摩擦阻力系數(shù) 入值與介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)、雷諾數(shù) 素有關(guān)，對(duì)于鋼板焊接的管道其摩擦系數(shù)入計(jì)算如下:,1.42X=Qlg（1.274 XQ Xk）URe及管壁粗糙度k等因(1)(8-5)式中：入一摩擦阻力系數(shù)，見(jiàn)表8-6, 8-7;Q管內(nèi)氣體流量，m3/h ;u管內(nèi)氣體流速，m/s;k 管壁粗糙度，mm，般取k =0.1mm。值詳見(jiàn)表8-5。表8-5k值管道類別絕對(duì)粗糙度 k (mm)新無(wú)縫或鍍鋅鋼管0.01 0.05輕度腐蝕的無(wú)縫鋼管0.2 0.3重度腐蝕的無(wú)縫鋼管0.6 0.7(2) 1 (8-6)(2吐 1.74)2式中：de當(dāng)量直徑，m；k 管壁粗

9、糙度，m表8-6摩擦阻力系數(shù)入值管壁粗糙度當(dāng)量直徑de摩擦阻力系數(shù)； 值'管壁粗糙度當(dāng)量直徑de摩擦阻力系數(shù)值(m)(m)k =0.00020.10.023k =0.00040.60.0180.20.0200.0170.30.0180.0160.40.0171.50.0150.50.0162.00.014k =0.00040.10.0280.0130.20.0230.0120.30.0214.50.01170.40.0205.00.01150.50.019表8-7管道有內(nèi)襯的入值當(dāng)量直徑de(mm)焊接的鋼煙氣管焊接的鋼煤粉管<2000.0250.0282004000.0210.

10、0234008000.0180.020>8000.0150.0173 局部阻力系數(shù)E值該系數(shù)指動(dòng)壓頭單位的局部損失數(shù)，是由于氣流經(jīng)各種管件(三通、彎頭、 變異管、閥門(mén)等)流向變換、沖擊或流速變化而引起的壓力損失。清潔氣體局部 系數(shù)按附錄12選取，但帶粉塵的局部阻力系數(shù)應(yīng)加以修正，修正公式如8-7。冷二 o(1 + k Xy)(8-7)式中：清潔氣體局部阻力系數(shù)，見(jiàn)附錄 12; 冶一帶粉塵的氣體局部阻力系數(shù)； K根據(jù)測(cè)試確定系數(shù)，取0.81.0; 卩一氣體混合物濃度，kg/kg。4阻力平衡計(jì)算水泥廠除塵管道設(shè)計(jì)時(shí)，個(gè)別車間有多個(gè)收塵點(diǎn)(如包裝車間)，形成多個(gè)支管路，而這些支管與總干管交匯處

11、壓力必須達(dá)到平衡，以保證各點(diǎn)收塵效果。平衡阻力一般有兩種方法：一種是在管道設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)改變管徑、彎頭曲率半徑或改變風(fēng)量達(dá)到阻力平衡；另一種是投產(chǎn)前在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行 逐點(diǎn)測(cè)試，以每支管閥門(mén)開(kāi)度大小來(lái)求阻力平衡。 此法比 較繁瑣，難以達(dá)到平衡，最好事先在設(shè)計(jì)中使阻力達(dá)到平 衡，計(jì)算方法如下： 當(dāng)支管與總管交匯處壓力差20%時(shí)，改變阻力大 的管徑，降低流速，以達(dá)到阻力平衡。例：總管長(zhǎng)度Li=5.2m,如圖8-1示，風(fēng)量Qi=1045m3/h，風(fēng)速Vi=15m/s，局部阻力系數(shù) 5=0.5，支L i=5.2m Q1 =1045m/h圖8-1管道結(jié)構(gòu)管長(zhǎng)度L2=4.5m，風(fēng)量Q2=850m3/h，風(fēng)速V2=18

12、m/s，局部阻力系數(shù)$=0.55計(jì)算：由Q1、V1查附錄12 知:當(dāng)量阻力系數(shù) A/d 1=0.11，動(dòng)壓頭Up /2=135Pa，管徑=160mm總管阻力：1)(0.11 5.2 0.5) 135144.7Pa支管阻力：由Q2、V2查附錄12知：當(dāng)量阻力系數(shù)A/d 2=0.14,動(dòng)壓頭V2p /2=194.4Pa管徑 d2=130mm。P2 (d2支管阻力：2L22)V(0.144.50.55)194.4229.4 Pa2阻力差：(229.4- 144.7)/229.4=36%>20%對(duì)支管管徑d2進(jìn)行調(diào)整d? = d2(P)0.225 = 130 X(229.4)0.225 = 13

13、0 X1.11 = 144.3mm /144.7取值為145mm重新查附錄12計(jì)算：d2=145mm，Q2=850m3/h，u數(shù)為 14.5m/s，Md 2=0.14，U p /2=126.15Pa。 P =（0.12 X4.5 + 0.55） X126.15= 137.5Pa阻力差：4.9% 5% （達(dá)到平衡）144.7 當(dāng)靜壓差20%時(shí)，管徑不變，將阻力小的支管風(fēng)量適當(dāng)增加，加以修正, 達(dá)到阻力平衡。J阻力大的支管壓力Q Q 阻力小的支管壓力阻力平衡計(jì)算是比較繁瑣的工兩支管靜壓差5% ,可以認(rèn)為達(dá)到阻力平衡 作，應(yīng)該耐心，反復(fù)計(jì)算，并進(jìn)行調(diào)整。8.2管道重量計(jì)算821圓形風(fēng)管G1 1.2

14、7.85式中：G1風(fēng)管重量，D 管徑，m；L 風(fēng)管長(zhǎng)度，風(fēng)管壁厚，kg;m；mm；(8-8)D2DiL2D1D圖8-2 外形圖1.2系數(shù)（考慮法蘭加固圈等重量）；7.85厚1mm面積1m2鋼板重量。保溫材料根據(jù)保溫材料種類，密度及保溫層厚度，計(jì)算保溫層重量。G2 V0.785（Di2 D；） L（8-9）式中：G2保溫層重量，kg； 丫一保溫材料密度，kg/m3； V 保溫材料體積，D i 保溫后管徑，D2保溫前管徑，L風(fēng)管實(shí)際長(zhǎng)度，823風(fēng)管內(nèi)積灰m；m；m。風(fēng)管內(nèi)積灰重量， 可按風(fēng)管布置形狀及傾斜度來(lái)考慮， 按經(jīng)驗(yàn)計(jì)算時(shí)按下列 情況確定：一般，水平管道，按其管道容積 1/3 計(jì)；傾斜管道

15、<45 °，按其管道容積 1/4 計(jì)；傾斜管道 4570 °，按其管道容積 1/10 計(jì)；傾斜管道 >70 °，積灰可以不予 考慮。事故荷載系數(shù)生產(chǎn)中為安全起見(jiàn)，應(yīng)增加安全系數(shù)。一般，安全系數(shù)取1.21.3。8.3膨脹節(jié)選型計(jì)算 膨脹節(jié)的作用熱風(fēng)管道在正常生產(chǎn)時(shí)， 受管內(nèi)熱風(fēng)的影響而產(chǎn)生膨脹， 而與其相連接的設(shè) 備、風(fēng)管支座，一般都固定在常溫狀態(tài)下的土建基礎(chǔ)上，當(dāng)受高溫影響時(shí)，風(fēng)管 熱膨脹產(chǎn)生的巨大應(yīng)力傳遞到設(shè)備和支座上， 輕則導(dǎo)致設(shè)備動(dòng)作不靈， 支座變形， 重責(zé)損壞設(shè)備和土建基礎(chǔ)。 為了保證生產(chǎn)正常進(jìn)行， 在熱風(fēng)管道的適當(dāng)位置通常 都安裝有膨脹節(jié)，以

16、吸收熱膨脹量。1金屬膨脹節(jié)構(gòu)造及用途 金屬膨脹節(jié)種類較多，水泥廠常用的是 U 型波紋管膨脹節(jié)。該膨脹節(jié)由厚 度0.81.0mm的不銹鋼板(1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni19Ti)壓制而成，一般為 U形 斷面，波紋管兩端與短管焊接， 內(nèi)外筒間隙吸收軸向膨脹時(shí)的自由運(yùn)動(dòng)， 波紋內(nèi) 填充耐高溫的保溫層， 以防波紋管磨損及熱量散失。 不同的金屬膨脹節(jié)有高低溫 之分，適用不同的壓力范圍。 U 型波紋管膨脹節(jié)耐高溫、高壓、使用壽命長(zhǎng)，但 價(jià)格高， 單個(gè)使用只能吸收軸向膨脹量， 若需要吸收徑向膨脹量， 只能用兩個(gè)膨 脹節(jié)加中間節(jié)來(lái)吸收，但增加了費(fèi)用。 此種膨脹節(jié)多用于窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)、 三次 風(fēng)管以及生

17、料粉磨管道系統(tǒng)等位置。2非金屬膨脹節(jié)構(gòu)造及用途此種膨脹節(jié)是由合成纖維或是玻纖布外層涂以橡膠制成的， 可以吸收軸向和 徑向移位量，具有吸收、隔絕震動(dòng)傳遞、無(wú)力傳遞等特點(diǎn)，因此常用在鍋爐、風(fēng) 機(jī)進(jìn)出口、磨機(jī)出氣罩等處，可耐溫度為 200500 C。用以補(bǔ)償煙氣因溫度變化 引起的移位，以及機(jī)械振動(dòng)、基礎(chǔ)下沉等不同情況引起的移位。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，節(jié) 省投資，目前大量選用非金屬膨脹節(jié)。3膨脹節(jié)技術(shù)參數(shù)( 1 )金屬波紋管軸向型膨脹節(jié)技術(shù)參數(shù)表 8-8 金屬波紋管軸向型膨脹節(jié)技術(shù)參數(shù)低溫軸向型TG系列高溫軸向型SY系列通徑DN (mm)40030004003000溫度t (C)< 400< 400

18、 C)W 600 L )< 800 B)壓力（MPa）< 0.1< 0.1補(bǔ)償量（mm）以管徑及波數(shù)而定工作介質(zhì)熱風(fēng)、煙氣熱風(fēng)、煙氣例：低溫型：TG-2000-4 （代號(hào)一通徑一波數(shù)）高溫型：SYB-2000-4 （代號(hào)800 C通徑一波數(shù)）（2）非金屬膨脹節(jié)參數(shù)此種膨脹節(jié)只適用于熱膨脹引起的軸向、徑向位移，其位移指受壓縮時(shí)的位 移，不能承受拉伸位移。表8-9非金屬膨脹節(jié)技術(shù)參數(shù)系列號(hào)圓型SFYYSFYESFYS溫度代號(hào)C< 100(Y) w 200(E) w 300(S)工作壓力kPaw 10例：SFYY-2020-550圓形100 C接管外徑軸向長(zhǎng)度 ）膨脹節(jié)選型計(jì)

19、算1 .膨脹量計(jì)算L L t（8-10）式中： L管道熱膨脹量，mm；L 兩個(gè)相鄰固定支座間風(fēng)管長(zhǎng)度，mm；t管道內(nèi)介質(zhì)與外界溫度差，°C；a管材線膨脹系數(shù)，mm/mmC，常用管材Q235 A的線膨脹系數(shù)a值見(jiàn)表8-10。表8-10管材線膨脹系數(shù)a溫度（C）a( mm/mm-C)溫度（C）a ( mm/mm-C)溫度（C）a(mm/mm-C)10012.20X 10-627013.32X 10-635013.67X 10-615012.60X 10-6280_613.36X 106400-613.90X 10620013.00X 10-629013.45X 10650022013.0

20、9X 10-630013.45X 10-660014.30X 10-623013.14X 10-6310-613.49X 10700-615.00X 1024013.18X 10-632013.54X 10625013.23X 10-633013.58X 10-626013.27X 10-634013.63X 10-62膨脹節(jié)自振頻率計(jì)算膨脹節(jié)只適合在高頻低振幅的振動(dòng)場(chǎng)合使用，不適用于低頻高振幅的場(chǎng)合當(dāng)波紋膨脹節(jié)在高頻低振幅系統(tǒng)中使用時(shí)，應(yīng)注意膨脹節(jié)的自振頻率不能與系統(tǒng) 的振動(dòng)頻率一致，以免產(chǎn)生共振，其自振頻率計(jì)算如下：（1）軸向振動(dòng)：(8-11)式中:f 自振頻率，Hz ；G 膨脹節(jié)重量，k

21、g；（2）徑向振動(dòng)f CP G(8-12)Kn整個(gè)波紋管軸向剛度，N/mm ； C自振頻率系數(shù)，取值如表8-11。階數(shù) 波'、C 波數(shù)、C1C2C3C4C5114.23215.3128.5037.19315.7030.2742.6652.3558.28415.7030.7544.9656.9966.97515.7931.0745.7259.2471.16表8-11各階數(shù)值CKn式中:Dm波紋管平均直徑，Dm d h, mm ； d波紋管直筒直徑，mm；h 波紋管高度，mm；Ln波紋管長(zhǎng)度，Ln Nq , mm；N 波數(shù)，個(gè)；q波距，mm；Kn整個(gè)波紋管的軸向剛度，N/mm ；C 自振頻

22、率系數(shù)，各階系數(shù)如表 8-12。表8-12各階系數(shù)C階數(shù)C1C2C3C4C5系數(shù)39.93109.80214.12355.79531.27（3）膨脹節(jié)推力計(jì)算F Pn A（ 8-13）式中：F壓力推力，N ;Pn 管道最大壓力，N/mm 2；A 波紋管膨脹節(jié)有效面積，mm2。（4）膨脹節(jié)預(yù)拉伸計(jì)算當(dāng)安裝地區(qū)的環(huán)境溫度與設(shè)計(jì)時(shí)的安裝溫度相差較大時(shí)，應(yīng)滿足預(yù)壓縮與拉 伸的要求，計(jì)算公式如下：x(1上亙)2 tG - t D(8-14)式中: X預(yù)拉伸量，mm；x最大軸向膨脹量，mm；t安裝時(shí)環(huán)境溫度，C；tG 管道氣體最高溫度，°C；tD 管道氣體最低溫度，C。對(duì)于拉伸的膨脹節(jié)，應(yīng)該在拉

23、伸變形后其拉桿安裝后再拆除膨脹節(jié)安裝位置及注意事項(xiàng)1 安裝位置為防止熱風(fēng)管道膨脹和設(shè)備振動(dòng)，及減少設(shè)備噪音，一般應(yīng)在下列各處設(shè)置 膨脹節(jié)（金屬，非金屬）：（1）在兩個(gè)固定支架間安裝膨脹節(jié)，以抵消土建基礎(chǔ)下沉對(duì)設(shè)備的損壞；(2) 在振動(dòng)設(shè)備的進(jìn)出口安裝膨脹節(jié)，如立磨、球磨機(jī)出口、振動(dòng)篩等；(3) 減少設(shè)備的傳遞載荷，如電收塵器進(jìn)出口；(4) 減少噪音(高壓風(fēng)機(jī)進(jìn)出口連接處)。2安裝注意事項(xiàng)(1) 膨脹節(jié)有方向性，不可裝反，否則粉塵隨氣流進(jìn)入內(nèi)外筒間隙，灰塵 積滿無(wú)法伸縮，造成失效；(2) 在傾斜及垂直管道上安裝膨脹節(jié)，為防止粉塵從內(nèi)、外筒的間隙進(jìn)入 保溫層內(nèi)，導(dǎo)致膨脹節(jié)損壞，應(yīng)在間隙處裝設(shè)不銹鋼

24、的彈簧片；(3) 不允許利用膨脹節(jié)的變形來(lái)強(qiáng)行調(diào)整管道的安裝誤差(壓縮、拉伸、 偏移、偏轉(zhuǎn))，否則，會(huì)引起膨脹節(jié)的損壞。8.4管道支座及支架管道的固定位置借助固定點(diǎn)將復(fù)雜的管系劃分為簡(jiǎn)單的管段， 以使支座基礎(chǔ) 沉降時(shí)，各支座的載荷變化不大，避免設(shè)備損壞， 故熱風(fēng)管道應(yīng)合理地分段加以 支撐。14-LV11固定支座11d111t1111II1i鉸桿支架11膨脹節(jié)中部無(wú)膨脹節(jié)圖8-5圖c管道支座形式(1) 固定支座：支座與管道焊接后不能動(dòng)移。(2) 滑動(dòng)支座：支座與管道結(jié)合面不焊死，可以自由活動(dòng)。(3) 導(dǎo)向支座：支座與管道不焊接，但只允許向一定方向移動(dòng)。 842支座設(shè)置位置(1) 熱風(fēng)管道上膨脹節(jié)

25、附近，一端應(yīng)加設(shè)固定支座，另一端應(yīng)設(shè)置滑動(dòng)支 座，如圖8-3o(2) 管道上設(shè)有兩個(gè)異徑膨脹節(jié)時(shí)，在兩個(gè)膨脹節(jié)之間應(yīng)加設(shè)固定支座。(3) 管道較復(fù)雜時(shí)，只允許設(shè)置一個(gè)固定支座，其余均應(yīng)設(shè)置滑動(dòng)支座。(4) 大型熱風(fēng)管道彎頭處應(yīng)設(shè)置滑動(dòng)支座或?qū)蛑ё?5) 為便于應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)支座，傾斜管道傾斜角度宜為30 ° ,35 ° ,45 ° ,55 °(6) 固定支座與管道結(jié)合面，應(yīng)注明“焊接”，滑動(dòng)支座活動(dòng)面應(yīng)注明“不 焊”。(7) 各種閥門(mén)不宜設(shè)在兩個(gè)支座之間，應(yīng)設(shè)在管道端部或管道懸臂端膨脹 節(jié)附近。管道支架形式支架主要與支座配合，支撐于土建基礎(chǔ)上，工藝提供載荷

26、，土建專業(yè)據(jù)此進(jìn) 行支架及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。(1) 普通鋼支架過(guò)去多采用槽鋼或角鋼焊制而成，如圖8-3, 8-5,近年來(lái)多用圓形鋼管焊接， 受力好，重量輕。(2) 鉸桿支架如圖8-4, 8-6所示，近年來(lái)不少水泥廠采用了此種支架，主要是因?yàn)槭芰η逦?jì)算簡(jiǎn)單，節(jié)省了設(shè)置膨脹節(jié)所需費(fèi)用。(3) 支架的位置當(dāng)管道較長(zhǎng)時(shí)，設(shè)有多個(gè)不同支架，固定支座設(shè)在膨脹節(jié)一端，其余皆為導(dǎo) 向支架，設(shè)置位置為：13D1I1I1I管道支座位置L:f一.I1L，=4DL；=14DLmax膨脹節(jié)固定支架導(dǎo)向支架圖8-7L1=4D，L2=14D，Lmax以公式計(jì)算，如圖8-7L1=4D (管徑)，L2=14D (管徑)，Lmax按

27、下列公式計(jì)算。(8-15)L 1 57max式中：E管道材料的彈性模量，I管道材料斷面慣性矩，P管道的工作壓力，A膨脹節(jié)的有效面積，K NKnN膨脹節(jié)波紋管波數(shù)；Kn 膨脹節(jié)的總剛度，N/mm 2;4mm ；MPa；2cm ；N/mm ；e膨脹節(jié)的單波伸縮量，mm ；±號(hào)一膨脹受壓時(shí)取“ +”，受拉時(shí)取“-”。管道支座受力計(jì)算1.計(jì)算步驟(1) 首先確定固定支座、活動(dòng)支座位置，將水平長(zhǎng)度、垂(2)直高度、傾斜角度注在圖上；計(jì)算管道全長(zhǎng)總重量及荷重(自重、保溫層重、灰重、事故重)(3)(4)(5)(6)(7)求風(fēng)管重心點(diǎn)位置；求活動(dòng)支座反力及三個(gè)軸向分力(X、丫、Z軸)；求管道摩擦力及

28、三個(gè)軸向分力；求管道合力并乘以1.2的安全系數(shù)后，再求三個(gè)軸向分力；最后求出管道彎矩，并注在工藝布置圖上。2. 同一平面內(nèi)單一風(fēng)管支座計(jì)算熱風(fēng)管道布置如圖8-8所示：支座水平管道直徑©2000mm,壁厚S =6mm A為固定支座，B為活動(dòng)支座，間距L2=3000, La=2000mm,風(fēng)管傾斜角a =55 °風(fēng)管兩端C, D各一個(gè)重1000kg的膨脹節(jié)，C點(diǎn)一個(gè)閥門(mén)重G3=2000k®圖8-8（1）重量及長(zhǎng)度計(jì)算單位長(zhǎng)度風(fēng)管重：= 1.2nXD X7.85X3=1.2 XnX2 X7.85X6 = 355.13kg/m 單位長(zhǎng)度保溫層重：q2 = nXD X7.8

29、5 X2 = 98.66kg/m 單位長(zhǎng)度總重355.13 98.66454kg/m 風(fēng)管實(shí)長(zhǎng)：10000 3000 200026152 mm（風(fēng)管加保溫層）：q q1 q2. L1 + L 2 + L 3 L =-cos aAB段風(fēng)管實(shí)長(zhǎng):cos55L110000L5-17434mmcos cos55風(fēng)管兩端C、D點(diǎn)各承受半個(gè)膨脹節(jié)重量為:G21000500kgCD管段加膨脹節(jié)重：G1 = q XL +2 XG21L4-(L1 L3 L2)2至A支座投影距離：1 (10000 20004500mm4543000)26.1522 500 12873kg風(fēng)管重心（2）支座受力計(jì)算 對(duì)A點(diǎn)取力矩后

30、求B支座反力Pb1 :G1 L4 G3 pB1.L5B支座X、Z軸的支反力:12873 4.5200017.4343 9.829.2kNFBX1 sinpB1 sin5529.2 23.9kN29.2 16.7kNFBz1 cospB1 cos55B支座由于熱膨脹引起的摩擦力（摩擦系數(shù)按0.2考慮）:Pb20.2P B1B支座熱膨脹的X、0.2 29.25.84kNZ軸摩擦力分力:Rx2cosFBz2Sin考慮安全系數(shù)cos55 ( 5.84)sin55 ( 5.84)1.2 后,Pb2Pb23.35kN4.78kNB支座的X、Z軸受力為：Pbz1.2( Pbz1pBX1.2(PbX1考慮安全

31、系數(shù)Pbz 2)PBX2 )1.2 后,1.2 (16.7 4.78)25.78kN1.2 (23.9 3.35)32.7kNA支座的X、Z軸受力：Faz 1.2(G1 g G31.2 (12873 9.8 10133.8kNg PBZ1 PBZ2 )32000 9.8 10 3 16.7 4.78)Pax Pbx 32.7kN(3) 計(jì)算結(jié)果為：A 支座受力 Paz 133.8kN, Pax -32.7kNB 支座受力 Pbz 25.78kN, Pbx 32.7kN3 空間走向的分叉風(fēng)管支座受力計(jì)算設(shè)風(fēng)管直徑樞000mm,壁厚S =6mm單個(gè)閥門(mén)重2000kg膨脹節(jié)重1000k®

32、風(fēng)管如圖8-911所示解：(1)確定工藝參數(shù)。AB需在A點(diǎn)設(shè)置固定支座，B點(diǎn)為活動(dòng)支座。根據(jù)工藝布置需要：AI=12000mm, HI=5000mm圖8-9風(fēng)管平面圖圖8-10風(fēng)管立面圖A、 B兩支座間風(fēng)管實(shí)長(zhǎng):1BAH35。(3)計(jì)算：在八AH中:HI 5000ta n2 tanHAI0.416 ,AI 12000222.62AHAI2HI2.120002 5000213000mm ABH 中：BHtan BAHAH tan 35130009103mm根據(jù)管道不積灰的要求:AB158701.3225AI12000(3)長(zhǎng)度及重量計(jì)算EF風(fēng)管實(shí)長(zhǎng):ABAH1300015870mmIJ tan

33、IAJAI由此可得：/BH 91030.7586 AI 12000IAJ=37.18°cos35 cos35在厶AIJ中：AB兩支座間風(fēng)管實(shí)長(zhǎng)與圖中(a)投影長(zhǎng)度的比例系數(shù):Lii=Z (4000+12000+2000) =1.3225 X 18000=23805mmEF風(fēng)管總重：G1'=g XLI1=454 X 23.805=10807kgE及F兩端各加半個(gè)膨脹節(jié)的重量共1000kgEF風(fēng)管加膨脹節(jié)重：G1=G ,+1000kg=11807kgEF風(fēng)管重心至支座A在立面b圖的距離為:L11(L4 L6-L5) £(12000 2000-4000) 5000mmCD

34、風(fēng)管近似實(shí)長(zhǎng)：L10=ZX 5000-2000 =1.3225X 3000=639mmCD 風(fēng)管重：G2=q XL 10=454 X 3.968=1801kgCD風(fēng)管重心至支座A投影距離為:1 1L2 (L3 L7)(5000 2000) 3500mmD點(diǎn)閥門(mén)及膨脹節(jié)重量的一半 Ga=2500kg,閥門(mén)及膨脹節(jié)A支座的投影距離為 L3=5000mm(4) 求支反力Pb1L4XPB1+G 2 XL 2+G 3 XL 3=G 1 XLPb1G1 L1 - G 2 L 2 - G 3 L 3L49.811807 5000-1801 3500-2500 50001200032.9kN垂直分力:Pbzi

35、 =cos aXB1=cos35X32.9=26.9kN水平分力：Pbxyi=sin i%Pbi=sin35 °%2.9=18.9kNX 軸向分力：Pbxi =cos 2P bxyi =cos22.62W.9=17.4kNY 軸向分力：Pbyi =sin 20KP bxyi =sin22.6218.9=7.27kN( 5)求正壓力 PB1 在風(fēng)管脹、縮時(shí)引起的摩擦力 PB2：PB2=0.2PB1=0.2 832.9=0.69kN摩擦力的垂直分力：PBz2=±sin 18P B2=±sin35 ° 80.69=±0.40kN摩擦力的水平分力：PB

36、xY2=±cos18PB2=±cos35 ° 80.69=±0.57kN摩擦力的 x 軸向分力：PbX2= ± COS 28P BXY2=± cos22.62 ° 08.57=± 0.53kN摩擦力的 Y 軸向分力：PBY2=± sin 28P BxY2=± sin22.62° 08.57=± 0.22kN(6) 按B點(diǎn)受力最不利情況，考慮安全系數(shù)為 1.2,求B支座反力 垂直載荷：PBz=1.2(PBz1+ PBz2)=1 .2 8 (26.9+0.4)=32.76kNx

37、軸載荷：PBx=1.2( PBx1+ PBx2) =1.28 (17.4+0.53)=21.5kNY 軸載荷：PBY=1.2( PBY1+ PBY2) =1.28 (7.27+0.22)=8.9kN(7) 求 A 支座反力，考慮安全系數(shù)為 1.2 垂直載荷：PAz 1.2 (G1 g 103 G2 g 10 3 G3 g 103 PBz1 PBz2)1.2 (11808 9.8 10-3 1801 9.8 10-3 2500 9.8 10-3 -26.9 0.4) 131.4kNX 軸載荷 Pax= Pbx= 21.5kN丫 軸載荷 Pay= Pby= 8.9kN(8) 求A支點(diǎn)承受的彎矩。由

38、于 G2和G3在風(fēng)管平面圖中偏離EF，風(fēng)管L8和L9產(chǎn)生彎矩。MaXYG2 g 103 L8 G3 g IO" L91801 9.8 10 3 2.9 2500 9.8 10 3 4.1151.6kN m考慮安全系數(shù)1.2后轉(zhuǎn)矩分解到X、Y軸：Max=1.2 X cosXtM axy=1.2 X cos22.62 15X.6=167.9kNmMay=1.2 X sinXM axy=1.2 X sin22.62 15X6=69.*N m(9) 計(jì)算結(jié)果A支座受力：PAz=131.4kN; Pax= 21.5kN; Pay= 8.9kN分解到X、Y軸的力矩為：Max=167.9kN Ma

39、y=69.9kN mk'cRJvr# £* vc2、F圖8-12 傾斜管道垂直于地面的橫B支座受力：PBz=32.76kN, PBx=21.5kN, PBY=8.9kN4 支座間允許最大跨度計(jì)算（1）支座間允許最大跨度的計(jì)算在熱風(fēng)管道設(shè)計(jì)中，根據(jù)工藝布置需要，有時(shí) 支座間距較大，到底允許最大跨度是多少？這里介 紹一種計(jì)算方法，可以用來(lái)驗(yàn)算，見(jiàn)圖 8-12。在不 考慮支座以外懸壁部分管道影響時(shí)，支座間允許最大跨度的計(jì)算公式如下：L maxw 2.24(8-16)式中：Lmax 管道最大允許跨度，m；q管道均布載何，N/m（管材重+保溫重+附加重）;w管道斷面抗彎模數(shù)，3cm ;

40、©管道橫向焊縫系數(shù)，對(duì)于熱風(fēng)管道（手工無(wú)墊環(huán)焊縫），© =0.7 ;J管道熱態(tài)許用應(yīng)力，N/mm 2,對(duì)于一般風(fēng)管采用的熱軋 Q235-A鋼板，不同 溫度下的許用應(yīng)力見(jiàn)下表8-13o Q235-A鋼板許用應(yīng)力 見(jiàn)表8-13o表8-13 Q235-A鋼板許用應(yīng)力$ 溫度（C）20100150200250300350許用應(yīng)力（N mrS）113113113105948677水泥廠設(shè)計(jì)的熱風(fēng)管大多數(shù)為傾斜布置，管道垂直地平面的橫斷面為橢圓 形，見(jiàn)圖8-12。橢圓外表面，短軸長(zhǎng)等于風(fēng)管外徑 D，內(nèi)表面短軸要減去風(fēng)管壁 厚 S既 d=2（R- S ）。長(zhǎng)軸外表面為： D/COS a

41、=2R/C0S a長(zhǎng)軸內(nèi)表面為： d/cos a-=2（/C0S a由此推導(dǎo)出：R4 R 4W = Wy24Rcos(8-17)計(jì)算舉例：已知一熱風(fēng)管道外徑 D=2m，壁厚S =6mm帶保溫層，風(fēng)管與地面傾斜角45。，最高工作溫度350 C,計(jì)算允許最大跨度。如圖8-13o 風(fēng)管均布載荷式中:K1 K2 (q1 q2 q3)gcos(8-18)風(fēng)管單位長(zhǎng)度自重，q1q1=1.2 n DX 7.85 X 6=355kg/m ;q2保溫層重，q2=1.2 n DX 7.85 X 2=99kg/m ; q3風(fēng)載，按 75kg/m2 計(jì)，q3=75 X D=150kg/m ;K1 地震載荷影響系數(shù)，取

42、K2管內(nèi)積灰影響系數(shù)，取6=圖 8-13K1=1.3;如1.5;q 35 窗"150) 9.8cos4516323N /m 風(fēng)管斷面抗彎模數(shù)WnR4 -(R - S)32 37.36 m4 X100 Xcos 45 350 C時(shí)需用應(yīng)力，查表8-13得：毎77N/mm2; 最大跨度：L max2.24 . 37360 °.7 77V 1632324.9m8.5管道及收塵設(shè)備保溫計(jì)算熱風(fēng)管道保溫層厚度(ti £)(tb ta)式中：S管道保溫厚度，m；入一保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，w/(m)；X熱氣體溫度，C；tb要求保溫層的表面溫度，C；(8-19)ta環(huán)境溫度，C；a保

43、溫層向環(huán)境綜合散熱系數(shù)，W /(m 2 C )，見(jiàn)表3-14。溫度差(C)4050100150200250備注環(huán)境狀況室內(nèi)室夕卜風(fēng)速V>5m/sts=0150 C時(shí)，a近似值平壁圓壁aX4.1868(kJ/m 2 h C)8.4 0.06(仏 ta)8.10.045( tb ta)10 6上a(W/m 2 C)9.8 0.07(tb ta)9.40.052( tb ta)V<5m/s6.2+4.2V>5m/s7.8v0.78有保溫的設(shè)備及 管道外壁散熱系 數(shù)表8-14綜合散熱系數(shù) a- ta q收塵設(shè)備保溫層厚度(8-20)式中:s收塵器保溫層厚度，m；入一保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，

44、W/(m C )；t1收塵器內(nèi)壁溫度(煙氣溫度)，C；ta環(huán)境溫度，C，防結(jié)露時(shí)取當(dāng)?shù)刈畹蜌鉁刂担籥綜合散熱系數(shù)，W/(m 2 C )，一般 取21.5W/(m2 C )；q收塵器平壁單位熱損失， W/m2,其值見(jiàn)表8-15oS、 煙氣溫度（C） 環(huán)境溫度ta（飛）、處理的煙氣溫度50751001251501602002252503003504004505586379889910412213114216318320422725586776859397110119127144160178195表8-16電收塵器保溫層厚度（mm）、環(huán)境年均溫度煙氣溫度（C廠、51015202530<1505

45、5535749474520078767472706825010210098969492300129126124122120118350156154152149147145說(shuō)明：保溫材料為超細(xì)玻璃棉保溫板設(shè)備保溫經(jīng)濟(jì)厚度表8-17保溫材料參數(shù)保溫材料內(nèi)表面 溫度（C） '、巖棉微孔硅酸鈣板防水泡沫石棉膨脹珍珠巖100809080120q43.553.352.467.4ts15.717.117.019.0150s100120100140q62.874.769.072.1ts 117.418.418.021.0200120150120160q80.386.682.093.0ts18.919.419.022.0250s160180130180q85.396.598.5104.9ts19.320.320.522.0300s180200150200q101.2110.6107.2116.3ts n20.721.521.222.0350s200220160220q116.6123.7122.0133.7ts22.022.023.023.0說(shuō)明：3保溫層厚度，mm; q單位熱損失， W/m 2; ts外表面溫度，C。常用保溫材料性能表表8-18常用保溫材料性能表材料名稱使用密度(kg/m 3)溫度(C)常溫導(dǎo)熱率入0寸(W/m C)使用溫度下熱八、導(dǎo)