Έρευνα σχετικά με τη μέθοδο υπολογισμού ελέγχου αντοχής του μειωτήρα

Έρευνα σχετικά με τη μέθοδο υπολογισμού ελέγχου αντοχής του μειωτήρα

Ο μειωτήρας είναι ένα σημαντικό ατμού και νερού εξάρτημα σωληνώσεων σε λέβητες σταθμών ηλεκτροπαραγωγής. Οι μέθοδοι υπολογισμού σχεδιασμού και ελέγχου αντοχής των χαλύβδινη πλάκα συγκολλημένων μειωτήρων σε τρία πρότυπα της Κίνας, των Ηνωμένων Πολιτειών και της Ευρώπης αναλύονται συγκριτικά και η τοπική κατανομή τάσεων των μειωτήρες αναλύεται με υπολογισμό πεπερασμένων στοιχείων. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι για τον υπολογισμό του πάχους του τοιχώματος του μειωτήρα, οι μέθοδοι υπολογισμού των διαφόρων προτύπων είναι πολύ παρόμοιες. Η διαφορά στα αποτελέσματα του υπολογισμού είναι πολύ μικρή. Ακόμα, για τον έλεγχο αντοχής της σύνδεσης μεταξύ του μειωτήρα και του ευθύγραμμου σωλήνα, η διαφορά στα αποτελέσματα υπολογισμού των διαφόρων προτύπων είναι μεγάλη και τα αποτελέσματα υπολογισμού του ASME BPVC. Ⅷ-2017 Rules for Construction of Pressure Vessels δείχνουν ότι η αντοχή του μικρού άκρου του μειωτήρα με τον ευθύ σωλήνα είναι πολύ υψηλή και η αντοχή του μικρού άκρου του μειωτήρα με τον ευθύ σωλήνα είναι πολύ χαμηλή. GB 150-2011 "Δοχεία υπό πίεση", τα αποτελέσματα υπολογισμού των διαφόρων προτύπων διαφέρουν σημαντικά, ASME BPVC. Ⅷ-2017 "Κανόνες για την κατασκευή δοχείων υπό πίεση" υπολόγισε ότι το πάχος του οπλισμού στο μικρό άκρο του μειωτήρα και η σύνδεση με τον ευθύγραμμο σωλήνα είναι το μεγαλύτερο, και τα αποτελέσματα υπολογισμού του GB 150-2011 "Δοχεία υπό πίεση" είναι ελαφρώς μικρότερα από εκείνα του ASME BPVC. 2012 "Μεταλλικές βιομηχανικές σωληνώσεις - Μέρος 3: Σχεδιασμός και υπολογισμός" τα αποτελέσματα υπολογισμού του προτύπου είναι σημαντικά μικρότερα. Η ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων δείχνει σημαντική συγκέντρωση τάσεων στο μικρό άκρο του δέκτη είτε υπό συνθήκες ροπής κάμψης είτε υπό συνθήκες εσωτερικής πίεσης, με τη μέγιστη τάση να είναι περίπου 2,0 φορές μεγαλύτερη από τη μέγιστη τάση στο μικρό άκρο.

0. Εισαγωγή

Οι μειωτήρες είναι εξαρτήματα σωλήνων που συνδέουν δύο διαφορετικές διαμέτρους σωλήνων και αποτελούν σημαντικά στοιχεία των βιομηχανικών συστημάτων σωληνώσεων. Ο μειωτήρας χρησιμοποιείται γενικά για τη σύνδεση μεταξύ της εισαγωγής και εξαγωγής εξοπλισμού και αγωγού και του σωλήνα διακλάδωσης στον αγωγό για τη μείωση της διαμέτρου του σωλήνα, η οποία μπορεί να αλλάξει τον ρυθμό ροής του ρευστού, να επιβραδύνει τη διάβρωση του ρευστού στα εσωτερικά μέρη και να μειώσει την κατανάλωση του υλικά αγωγών. Οι μειωτήρες που χρησιμοποιούνται στον ατμό σύστημα σωληνώσεων των θερμοηλεκτρικών σταθμών περιλαμβάνουν χαλύβδινος σωλήνας χυτούς μειωτήρες, συγκολλητούς μειωτήρες από χαλυβδοέλασμα και συγκολλητούς μειωτήρες από χαλυβδοέλασμα έκκεντροι μειωτήρες. Ο μειωτήρας χύτευσης χαλυβδοσωλήνων είναι η χρήση χαλύβδινος σωλήνας χωρίς συγκόλληση μέσω της λειαντικής μορφοποίησης με θερμή πίεση- ο ίδιος ο μειωτήρας δεν έχει συγκόλληση και με τον ευθύ σωλήνα συγκολλημένο για να αφήσει ένα ευθύγραμμο τμήμα, έτσι ώστε να έχει υψηλή αντοχή- ο μειωτήρας με συγκολλημένη χαλύβδινη πλάκα είναι μέσω της χαλύβδινης πλάκας που κόβεται σε σχήμα βεντάλιας, η χρήση ειδικού εξοπλισμού που τυλίγεται σε, λόγω του ίδιου του μειωτήρα υπάρχει συγκόλληση, οπότε η αντοχή είναι σχετικά χαμηλή. Ατυχήματα αποτυχίας μειωτήρα συμβαίνουν συχνά στη βιομηχανική παραγωγή, πολλά από τα οποία προκαλούνται από συγκολλημένο κώνο μειωτήρα και ρωγμές συγκόλλησης δέκτη. Η ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων διαπίστωσε επίσης ότι το συγκολλημένο τμήμα του συγκολλημένου μειωτήρα από χαλύβδινη πλάκα και η συγκόλληση αγωγών έχει ένα προφανές φαινόμενο συγκέντρωσης τάσεων. Ως εκ τούτου, κατά τη διαδικασία σχεδιασμού του συγκολλητού μειωτήρα από χαλύβδινη πλάκα, το πάχος του τοιχώματος στη σύνδεση με τον αγωγό πρέπει να βαθμονομηθεί αυστηρά.
Ο υπολογισμός σχεδιασμού του μειωτήρα μπορεί να πραγματοποιηθεί σύμφωνα με τη μέθοδο μαθηματικής ανάλυσης που αναφέρεται στις αντίστοιχες προδιαγραφές σχεδιασμού αγωγών. Το πρότυπο της βιομηχανίας ενέργειας DL/T 5054-2016 "Ατμοηλεκτρικός σταθμός θερμικής ενέργειας σχεδιασμός σωληνώσεων η "προδιαγραφή" δίνει τον υπολογισμό της αντοχής και τη μέθοδο ελέγχου του μειωτήρα χύτευσης χαλυβδοσωλήνων, αλλά όχι τη μέθοδο υπολογισμού του συγκολλημένου μειωτήρα από χαλύβδινη πλάκα. Ο υπολογισμός της αντοχής και η μέθοδος ελέγχου του μειωτήρα συγκολλημένων χαλύβδινων πλακών δίνεται στο πρότυπο της ΕΕ EN 13480-3-2012 "Μεταλλικές βιομηχανικές σωληνώσεις - Μέρος 3: Σχεδιασμός και υπολογισμός", στο κινεζικό εθνικό πρότυπο GB 150-2011 "Δοχεία υπό πίεση", στο αμερικανικό πρότυπο ASME BPVC. ASME BPVC. VIII-2017 "Rules for Construction of Pressure Vessels" δίνονται, αλλά οι μέθοδοι υπολογισμού είναι διαφορετικές.
Στην παρούσα εργασία αναλύεται η επίδραση των διαφόρων παραμέτρων εσωτερικής πίεσης και διαμέτρου σωλήνα στο σχεδιασμό του μειωτήρα με τη σύγκριση και τον υπολογισμό των συγκολλημένος μειωτήρας και συγκολλημένος έκκεντρος μειωτήρας τριών διαφορετικών προτύπων στην Κίνα, τις Ηνωμένες Πολιτείες και την Ευρώπη μέσω υπολογισμών πεπερασμένων στοιχείων, αναλύεται η λεπτομερής κατάσταση κατανομής τάσεων του μειωτήρα υπό τη δράση της εσωτερικής πίεσης και της ροπής κάμψης και λαμβάνεται ο βέλτιστος συντελεστής ενίσχυσης. Τα αποτελέσματα των υπολογισμών παρέχουν μια αναφορά για την επιλογή και τον υπολογισμό του συγκολλημένου μειωτήρα από χαλύβδινες πλάκες.

1. Μέθοδοι υπολογισμού και ελέγχου της αντοχής του συγκολλημένου μειωτήρα από χαλύβδινη πλάκα

Για τον σχεδιασμό της αντοχής των εξαρτημάτων των σωλήνων υπό πίεση, η θεωρία αντοχής που χρησιμοποιείται είναι η θεωρία της μέγιστης διατμητικής τάσης. Ο τύπος πάχους τοιχώματος ευθύγραμμου σωλήνα υπό εσωτερική πίεση προέρχεται από το μοντέλο λεπτού υμενίου και λαμβάνει υπόψη την επίδραση των συγκολλημένων συνδέσεων και της θερμοκρασίας. Ο τύπος του σωλήνα μειωμένης διαμέτρου βασίζεται στον τύπο πάχους τοιχώματος του ευθύγραμμου σωλήνα- λαμβάνοντας υπόψη τη γωνία κώνου της κωνικής διατομής που λαμβάνεται, το ελάχιστο πάχος τοιχώματος της κωνικής διατομής του τύπου σε διάφορα πρότυπα παρουσιάζεται στον πίνακα 1.
Πίνακας.1 Υπολογισμός του πάχους τοιχώματος του κωνικού τμήματος του μειωτήρα

Σημείωση: S είναι το πάχος του τοιχώματος, mm- p είναι η πίεση σχεδιασμού, Pa- D_i είναι η εσωτερική διάμετρος του σωλήνα ή του μειωτήρα, mm- D_o είναι η εξωτερική διάμετρος του σωλήνα ή του μειωτήρα, mm- [σ]^t είναι η επιτρεπόμενη τάση στη θερμοκρασία σχεδιασμού του υλικού, MPa, η είναι ο συντελεστής διόρθωσης της επιτρεπόμενης τάσης, χωρίς διαστάσεις, θ είναι η γωνία μισού κώνου.
Όπως φαίνεται από τον πίνακα 1, ο συντελεστής πίεσης είναι κάτω από τον παρονομαστή του τύπου υπολογισμού του ASME BPVC. VIII-2017 "Rules for Construction of Pressure Vessels" είναι 1,2, ενώ ο συντελεστής πίεσης κάτω από τον παρονομαστή των GB 150-2011 "Pressure Vessels" και EN GB 150-2011 "Pressure Vessels" και EN 13480-3-2012 "Metallic industrial piping-Part 3: Design and Calculation" έχει συντελεστή 1. Ωστόσο, δεδομένου ότι η επιτρεπόμενη πίεση των συγκολλητών χαλύβδινων μειωτήρων που καθορίζονται στους κανονισμούς για τους σωλήνες είναι χαμηλότερη, η επίδραση αυτής της απόκλισης στα αποτελέσματα υπολογισμού δεν είναι σημαντική.
Η σύνδεση μεταξύ του μειωτήρα και του ευθύγραμμου σωλήνα έχει προφανή συγκέντρωση τάσεων, οπότε και τα τρία πρότυπα βαθμονομούνται για τη σύνδεση του ευθύγραμμου σωλήνα στο μεγάλο και στο μικρό άκρο, αντίστοιχα. Στο GB 150-2011, το πρώτο, σύμφωνα με την πίεση σχεδιασμού, την επιτρεπόμενη τάση και τον συντελεστή συγκόλλησης για να προσδιοριστεί η ανάγκη ενίσχυσης της σύνδεσης. Όταν είναι απαραίτητο να αυξηθεί το πάχος που πρέπει να ενισχυθεί, θα πρέπει να οριστεί μεταξύ του μειωτήρα και του δέκτη για την ενίσχυση του τμήματος. Το τμήμα ενίσχυσης του μειωτήρα και το τμήμα ενίσχυσης του δέκτη θα πρέπει να έχουν το ίδιο πάχος, το πάχος του πάχους του δέκτη στο ελάχιστο πάχος τοιχώματος της βάσης πολλαπλασιαζόμενο με τους συντελεστές προστιθέμενης τιμής τάσης, όπως φαίνεται στην εξίσωση (5):

S=QS₀ (5)

Στον τύπο:

• S₀ είναι το ελάχιστο πάχος τοιχώματος του δέκτη, mm,
• Q για τον συντελεστή προστιθέμενης αξίας χωρίς διαστάσεις, από την πίεση σχεδιασμού, την επιτρεπόμενη τάση και τον συντελεστή συγκόλλησης του μεγέθους προσδιορισμού, στο GB 150-2011 στον πίνακα για να ληφθεί.

ASME BPVC. VIII-2017 είναι με τη μέθοδο της περιοχής υπό πίεση που πρέπει να ικανοποιείται- η περιοχή υπό πίεση Ar που πρέπει να ικανοποιεί το ενισχυμένο τμήμα είναι

A_r=[kQR/[σ]^tE₁](1-Δ/θ) tanθ (6)

Στον τύπο:

• R είναι η ακτίνα του δέκτη, mm- k, Q, E και Δ είναι υπολογισμένοι συντελεστές συσχέτισης, οι οποίοι μπορούν να βρεθούν στις προδιαγραφές.

Η ωφέλιμη επιφάνεια A_eL του μεγάλου τέλους είναι:

Η ωφέλιμη επιφάνεια A_eS στο μικρό άκρο είναι:

Στο πρότυπο EN 13480-3-2012, πρέπει πρώτα να προσδιοριστεί αν απαιτείται οπλισμός μέσω της εξίσωσης (9):

Στον τύπο:

• β είναι ο συντελεστής που απαιτείται για τον υπολογισμό, ο οποίος προκύπτει από τον πίνακα των προδιαγραφών.

2. Αποτελέσματα υπολογισμού

Υπολογισμένο υλικό σωλήνων και μειωτήρων για Q235, ονομαστική πίεση σχεδιασμού PN16 (1,6MPa), θερμοκρασία σχεδιασμού 200 ℃, γωνία μισού κώνου μειωτήρα 15 °. Πίνακας 2 για το μεγάλο άκρο του δέκτη του μειωτήρα σωλήνων στο πάχος του οπλισμού των αποτελεσμάτων υπολογισμού, GB 150-2011 "Δοχείο πίεσης" για το μεγάλο άκρο του μειωτήρα σωλήνων δεν έχει απαιτήσεις οπλισμού, EN 13480-3-2012 "Μεταλλικές βιομηχανικές σωληνώσεις-Μέρος 3: Σχεδιασμός και υπολογισμός". Το αποτέλεσμα του υπολογισμού στο μεγάλο άκρο είναι μικρότερο από το ελάχιστο πάχος τοιχώματος του δέκτη και δεν μπορεί να γίνει συγκεκριμένος υπολογισμός στον πραγματικό σχεδιασμό. ASME BPVC. VIII-2017 "Rules for Construction of Pressure Vessels" έχει πάχος οπλισμού περίπου 1,3-1,4 φορές το ελάχιστο πάχος τοιχώματος του ευθύγραμμου σωλήνα και το αποτέλεσμα του υπολογισμού είναι πιο συντηρητικό. Αυτός είναι ο πιο συντηρητικός υπολογισμός.
Πίνακας.2 Πάχος οπλισμού στο μεγάλο άκρο

Κοινή			Πάχος οπλισμού στο μεγάλο άκρο
Εξωτερική διάμετρος του σωλήνα σύνδεσης μεγάλου άκρου	Ελάχιστο πάχος τοιχώματος του μεγάλου ακροφυσίου	Ελάχιστο πάχος τοιχώματος της διατομής κώνου	GB 150-2011	EN 13480-3-2012	ASME BPVC.VIII-2017
2438	21	21.6	Δεν χρειάζεται ενίσχυση	10.1 (Δεν απαιτείται ενίσχυση)	29
2235	19.2	19.7	Δεν χρειάζεται ενίσχυση	9.2 (Δεν απαιτείται ενίσχυση)	26
2032	17.5	17.9	Δεν χρειάζεται ενίσχυση	8.4 (Δεν απαιτείται ενίσχυση)	24
1829	15.7	16	Δεν χρειάζεται ενίσχυση	7.6 (Δεν απαιτείται ενίσχυση)	22
1626	14	14.2	Δεν χρειάζεται ενίσχυσηement	6,7 (Δεν απαιτείται ενίσχυση)	19
1422	12.2	12.3	Δεν χρειάζεται ενίσχυση	5.9 (Δεν απαιτείται ενίσχυση)	17

Στον πίνακα 3 δίνονται τα αποτελέσματα του υπολογισμού του πάχους ενίσχυσης στο δέκτη στο μικρό άκρο του μειωτήρα. Οι υπολογισμοί του EN 13480-3-2012 "Μεταλλικές βιομηχανικές σωληνώσεις-Μέρος 3: Σχεδιασμός και υπολογισμός" είναι οι μικρότεροι, παρόμοιοι με το ελάχιστο πάχος τοιχώματος του δέκτη, εκτός από την εξωτερική διάμετρο 2235mm, το πάχος του οπλισμού είναι μικρότερο από το ελάχιστο πάχος τοιχώματος του δέκτη. GB 150-2011 "Δοχεία υπό πίεση" και ASME BPVC. VIII-2017 "Rules for Construction of Pressure Vessels" το πάχος του οπλισμού του τοιχώματος είναι σημαντικά υψηλότερο από το ελάχιστο πάχος του τοιχώματος του δέκτη. VIII-2017 "Rules for Construction of Pressure Vessels" το ενισχυμένο πάχος είναι περίπου 1,5-2,0 φορές το ελάχιστο πάχος τοιχώματος του ευθύγραμμου σωλήνα. GB 150-2011 "Δοχεία πίεσης" το ενισχυμένο πάχος είναι περίπου 1,4 φορές το ελάχιστο πάχος τοιχώματος του ευθύγραμμου σωλήνα. Η ενίσχυση του πάχους του τοιχώματος στον υποδοχέα μικρού άκρου είναι μεγαλύτερη από εκείνη στον υποδοχέα μεγάλου άκρου και ο υπολογισμός της ενίσχυσης γίνεται στο ASME BPVC. VIII-2017, Κανόνες για την κατασκευή δοχείων πίεσης, εξακολουθεί να είναι ο πιο συντηρητικός.
Ο Πίνακας 4 δίνει την εξωτερική διάμετρο μεγάλου άκρου 1626mm, την εξωτερική διάμετρο μικρού άκρου 1219mm, το υλικό Q235, την ονομαστική πίεση PN16 (1.6MPa), τη θερμοκρασία σχεδιασμού των μειωτήρων 200 ℃ σε διαφορετικές συνθήκες γωνίας μισού κώνου του υπολογισμού του συμπληρωματικού πάχους. Από τα αποτελέσματα του υπολογισμού, μπορεί να φανεί ότι, για το μικρό άκρο του δέκτη του σωλήνα, τα τρία πρότυπα στο πάχος του οπλισμού με τη γωνία μισού κώνου αυξάνονται σημαντικά. Για το μεγάλο άκρο του δέκτη, το ASME BPVC. VIII-2017 οι απαιτήσεις οπλισμού αυξάνονται επίσης με την αύξηση της γωνίας κώνου, τα GB 150-2011 και EN 13480-3-2012 για το μεγάλο άκρο του δέκτη δεν έχουν απαιτήσεις οπλισμού. Ως εκ τούτου, κατά τη διαδικασία σχεδιασμού, η γωνία κωνικότητας του μειωτήρα θα πρέπει να ελαχιστοποιείται όσο το δυνατόν περισσότερο όταν το επιτρέπει ο χώρος.
Πίνακας.3 Πάχος οπλισμού μικρού άκρου

Μικρό άκρο σωλήνα σύνδεσης		Πάχος οπλισμού μικρού άκρου
Ονομαστική εξωτερική διάμετρος	Ελάχιστο πάχος τοιχώματος	GB 150	EN 13480	ASME VIII
2235	19.2	26.9	20	29
2032	17.5	24.5	18	29
1829	15.7	22	16	27
1626	14	19.6	13	25
1422	12.2	17.1	11	24
1219	10.5	14.7	9	22

Πίνακας.4 Επίδραση της γωνίας κώνου στο πάχος οπλισμού

Γωνία/(°)	Πάχος ενίσχυσης μικρού άκρου/mm			Πάχος ενίσχυσης μεγάλου άκρου/mm
	GB 150	EN 13480	ASME VIII	GB 150	EN 13480	ASME VIII
10	13.6	9	16	Δεν χρειάζεται ενίσχυση	Δεν χρειάζεται ενίσχυση	18
15	14.7	11	18	Δεν χρειάζεται ενίσχυση	Δεν χρειάζεται ενίσχυση	19
20	16.8	12	20	Δεν χρειάζεται ενίσχυση	Δεν χρειάζεται ενίσχυση	21
25	18.9	14	22	Δεν χρειάζεται ενίσχυσηnt	Δεν χρειάζεται ενίσχυση	23
30	19.9	16	25	Δεν χρειάζεται ενίσχυση	Δεν χρειάζεται ενίσχυση	24

3. Ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων

Για να αποκτηθούν περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με την κατανομή των τάσεων του μειωτήρα υπό την εξωτερική δύναμη, πραγματοποιήθηκαν υπολογισμοί ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων για τον μειωτήρα και τον ευθύγραμμο σωλήνα-δέκτη. Η διάμετρος του μικρού άκρου του μοντέλου είναι 200mm, η διάμετρος του μεγάλου άκρου του δέκτη είναι 300mm, το μήκος του σωλήνα του δέκτη είναι 800mm και η γωνία μισού κώνου του μειωτήρα είναι 15°. Χρησιμοποιείται το δομημένο πλέγμα, με 6 στρώματα πλέγματος στην κατεύθυνση του πάχους του τοιχώματος και ο συνολικός αριθμός των ματιών είναι 1,15 εκατομμύρια, ο οποίος επαληθεύεται από τη συσχέτιση των ματιών για να ικανοποιήσει τις ανάγκες της ανάλυσης τάσεων. Το μοντέλο υπολογίστηκε μόνο με τη δράση της ροπής κάμψης, μόνο με τη δράση της εσωτερικής πίεσης και ταυτόχρονα με τη δράση της ροπής κάμψης και της εσωτερικής πίεσης της κατανομής τάσεων Von-Mises. Η ροπή κάμψης είναι 5000N-m και η εσωτερική πίεση είναι 1,6MPa.

Σχ.1 Κατανομή τάσεων Von-Mises του μειωτήρα υπό εσωτερική πίεση/Pa
Το Σχ.1 δείχνει την κατανομή της τάσης Von-Mises μόνο υπό εσωτερική πίεση. Όπως φαίνεται από το σχήμα, το μικρό άκρο του δέκτη και το μέσο του μειωτήρα κοντά στο μικρό άκρο του εσωτερικού τοιχώματος του σωλήνα για την τιμή της τάσης της μεγαλύτερης περιοχής, δεν υπάρχει συγκέντρωση τάσεων στο δέκτη, αντίθετα, το μικρό άκρο του δέκτη λόγω του ρόλου της εσωτερικής πίεσης προς τα έξω, η τάση είναι μικρότερη από το εσωτερικό τοίχωμα του ευθύγραμμου σωλήνα. Στον ευθύγραμμο σωλήνα, στην περίπτωση της εσωτερικής πίεσης, το εσωτερικό τοίχωμα της μέγιστης τιμής της τάσης, και με την αύξηση του πάχους του τοιχώματος, η τάση στο εσωτερικό τοίχωμα μειώνεται σταδιακά με την αύξηση της διαμέτρου του σωλήνα.
Το σχήμα 2 δείχνει την κατανομή των τάσεων Von-Mises υπό την επίδραση μόνο της ροπής κάμψης. Υπό την επίδραση ροπής κάμψης, η συγκέντρωση τάσεων στο εξωτερικό του μικρού άκρου του μειωτήρα σωλήνων στη συγκόλληση είναι πιο εμφανής και η τάση που υφίσταται είναι περίπου 2,0 φορές μεγαλύτερη από τη μέγιστη τάση του μικρού άκρου του ευθύγραμμου σωλήνα, όπως φαίνεται στο σχήμα 2(α). Στο μεγάλο άκρο του υποδοχέα στην πλευρά του εσωτερικού τοιχώματος, η τάση είναι επίσης ελαφρώς αυξημένη, αλλά πολύ χαμηλότερη από το μικρό άκρο του υποδοχέα, όπως στο σχήμα 2 (β). Η παραπάνω θέση είναι επίσης η θέση στην οποία εμφανίζεται συχνά η αστοχία του μειωτήρα κατά τη διαδικασία παραγωγής.
Το σχήμα 3 δείχνει την κατανομή των τάσεων Von-Mises υπό τη συνδυασμένη επίδραση της ροπής κάμψης και της εσωτερικής πίεσης. Υπό τη δράση της ροπής κάμψης, το μικρό άκρο του μειωτήρα που συγκολλάται στο εξωτερικό της συγκέντρωσης τάσεων είναι πιο εμφανές. η μέγιστη τάση είναι ελαφρώς μικρότερη από ό, τι μόνο από τη δράση της ροπής κάμψης, όπως στο σχήμα 3 (α), αυτό οφείλεται στην εσωτερική πίεση για να αντισταθμίσει τη ροπή κάμψης για να κάνει την τάση κάμψης του ευθύγραμμου σωλήνα. Στο μεγάλο άκρο του δέκτη στην πλευρά του εσωτερικού τοιχώματος, η τάση είναι επίσης ελαφρώς αυξημένη, αλλά πολύ χαμηλότερη από το μικρό άκρο του δέκτη, όπως φαίνεται στο σχήμα 3 (β).

Από τη σύγκριση των αποτελεσμάτων της ανάλυσης με πεπερασμένα στοιχεία και των αποτελεσμάτων που υπολογίστηκαν με βάση τον κώδικα, η τιμή του οπλισμού του τοιχώματος στο μικρό άκρο κάθε προτύπου είναι μεγαλύτερη από την αντίστοιχη τιμή του οπλισμού του τοιχώματος στο μεγάλο άκρο, επειδή η συγκέντρωση τάσεων στο μικρό άκρο του δέκτη είναι πιο εμφανής. Στην περίπτωση μικρής γωνίας κώνου, το μεγάλο άκρο της σύνδεσης, είτε υπό εσωτερική πίεση είτε υπό ροπή κάμψης, η συγκέντρωση τάσεων δεν είναι προφανής- επομένως, στις περισσότερες συνθήκες, δεν χρειάζεται ενίσχυση. Από τον πίνακα 3, τα αποτελέσματα υπολογισμού μπορούν να φανούν, ASME BPVC. VIII-2017 υπολογίζεται η ενίσχυση του πάχους τοιχώματος του πάχους τοιχώματος του σωλήνα σύνδεσης μικρού άκρου για το ελάχιστο πάχος τοιχώματος του δέκτη 1,5-2 φορές, GB 150-2011 υπολογίζονται αποτελέσματα για περίπου 1,4 φορές, ενώ το EN 13480-3-2012 υπολογίζει το πάχος ενίσχυσης του πάχους τοιχώματος κοντά ή και λιγότερο από το ελάχιστο πάχος τοιχώματος του δέκτη. Σε αντίθεση με το ASME BPVC. VIII-2017 τα αποτελέσματα υπολογισμού του πάχους ενίσχυσης τοιχώματος είναι πιο κοντά στην ανάλυση με πεπερασμένα στοιχεία.

Σχ.2 Κατανομή τάσεων Von-Mises του μειωτήρα υπό ροπή κάμψης/fPa

4. Συμπέρασμα

Στην παρούσα εργασία, χρησιμοποιήθηκαν τρία διαφορετικά πρότυπα στην Κίνα, τις Ηνωμένες Πολιτείες και την Ευρώπη για τη σύγκριση και τον υπολογισμό του συγκολλημένου μειωτήρα. Συγκόλλησαν τον έκκεντρο μειωτήρα και ανέλυσαν την επίδραση των διαφόρων παραμέτρων στο σχεδιασμό του μειωτήρα. Μέσω της μεθόδου πεπερασμένων στοιχείων, αναλύεται η λεπτομερής κατάσταση κατανομής των τάσεων του μειωτήρα υπό την επίδραση της εσωτερικής πίεσης και της ροπής κάμψης και προκύπτουν τα ακόλουθα συμπεράσματα:

• 1) Το μικρό άκρο του συγκολλημένου μειωτήρα από χαλύβδινη πλάκα και η σύνδεση του δέκτη θα παράγουν προφανή συγκέντρωση τάσεων υπό τη δράση της ροπής κάμψης. Πρέπει να δοθεί προσοχή στην ενίσχυση του πάχους του τοιχώματος κατά τον σχεδιασμό.
• 2) Σε περίπτωση συνθηκών χώρου, η ελαχιστοποίηση της γωνίας κορυφής του κώνου του μειωτήρα μπορεί να καταστήσει τον σχεδιασμό ασφαλέστερο και πιο αξιόπιστο. Όσο μικρότερη είναι η γωνία του κώνου, τόσο μικρότερο είναι το πάχος της ενίσχυσης του πάχους του τοιχώματος. Αλλά κατ' αρχήν, το πάχος του τοιχώματος του μειωτήρα δεν πρέπει να είναι μικρότερο από το πάχος του τοιχώματος του δέκτη.
• 3) Μέσω των κινεζικών, αμερικανικών και ευρωπαϊκών τριών κωδίκων για τον υπολογισμό του συγκολλημένου μειωτήρα σωλήνων και τα αποτελέσματα της ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων σε σύγκριση, ASME BPVC. VIII-2017 λέβητες και δοχεία πίεσης είναι σχετικά συντηρητικά, ενώ τα αποτελέσματα υπολογισμού του EN 13480-3-2012 είναι προφανώς μικρά, ASME BPVC. VIII-2017 υπολογισμός του πάχους του τοιχώματος του μειωτήρα συγκολλημένων χαλυβδοσωλήνων στο μικρό άκρο του οπλισμού των αποτελεσμάτων και της ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων είναι πιο κοντά. Η ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων είναι πιο κοντά.
• 4) Όταν το πάχος τοιχώματος του ευθύγραμμου σωλήνα δεν πληροί την απαίτηση ενίσχυσης του πάχους τοιχώματος, είναι απαραίτητο να συγκολληθεί ένα τμήμα ευθύγραμμου σωλήνα που πληροί το πάχος ενίσχυσης μεταξύ του μειωτήρα και του ευθύγραμμου σωλήνα ως ενίσχυση.

Σχήμα.3 Κατανομή τάσεων του μειωτήρα υπό ροπή κάμψης και εσωτερική πίεση Von-Mises/Pa

Συγγραφέας: Liu Lu