带压力推力的简单波纹膨胀节 - CAESAR II - 参考数据

本节膨胀节示例所用的数据只为说明问题。CAESAR II 建议您从合格的技术来源验证所有使用的值。

可以用零长度或有效长度来模拟波纹膨胀节。使用有限长度的波纹管时，请将弯曲或横向刚度留为空白。 CAESAR II 为保留为空的项计算确切的刚度系数。如果定义了所有刚度，则 CAESAR II 使用定义的数据，跳过刚度计算。 对于有效波纹长度膨胀节，保留弯曲刚度（Bending Stif）框为空，在经典管道输入（Classic Piping Input）对话框的膨胀节辅助数据（Expansion Joints Auxiliary Data）输入区的横向刚度（Trans Stif）框中输入制造商提供的横向刚度。

CAESAR II 用膨胀节制造商协会（EJMA）的公式计算金属波纹膨胀节的弯曲（角向）刚度或横向刚度。膨胀节制造商协会的刚度定义：

Ktr =（1.5Kax）（Deff/ L）2 （1）

Kb =（K斧）（Deff）2/8（2）

式中

Kb = 波纹膨胀节的弯曲刚度

Ktr = 波纹膨胀节的横向刚度

Kax = 波纹膨胀节的轴向刚度

Deff = 波纹膨胀节的有效平均直径

L = 波纹膨胀节所有波纹长度

上面的公式（2）是基于用零长度来模拟波纹膨胀节，此时把膨胀节作为铰链处理。

由于有效直径（Effective ID） 框可能保留为空（零），CAESAR II 用推导公式根据另外一个刚度计算弯曲刚度或横向刚度，从而消除公式中的有效直径。

Kb =（KtrL2/3）（p/180） （3）

公式(3)在由公式(1) 和公式 (2) 推导出的公式上的增加了一个乘数4。

或

Ktr =（3Kb/ L2）（180/p）（4）

公式 (4)在由公式(1) 和公式 (2) 推导出的公式上减少了除数4。

波纹膨胀节最早是以零长度单元来建模的。有效长度波纹在弯曲时会引起平移，而零长度波纹膨胀节则不会。对于零长度波纹，把弯曲时有效波纹长度产生的平移处理为零。这要求弯曲刚度是零长度膨胀节的四倍，不考虑有效波纹的长度。这与导向的悬臂梁方法类似。

大多数膨胀节制造商样本中的弯曲刚度值是基于零长度波纹，而横向刚度一般是基于有效长度波纹。详见上述公式 (1)和公式(2) 。因此，输入横向刚度，保留弯曲刚度（Bending Stif）为空。CAESAR II根据公式(3)计算适当的弯曲刚度，用于柔性分析。如果输入的KTR值不符合公式 (1)，则公式(3)用输入值计算Kb。

如果使用样本的Kb值，该值是基于零长度膨胀节的值，则CAESAR II使用公式(4)，这将导致KTR值只有四分之一。

• 对于零长度膨胀节，CAESAR II 利用前面或后面的单元来确定波纹刚度的轴线方向。先核对前面的单元。

• 波纹在扭转荷载作用下是很脆弱的。准确的扭转刚度及允许的扭转角度可以从供货商处获得。

• 使用无约束的波纹管的系统应具有较低的压力，或应充分锚固和导向，以承受由于不受约束的波纹管而可能产生的较大推力载荷。

• 波纹及其它附件重量应加至波纹膨胀节两侧的法兰上，或以集中荷载添加。如果膨胀节重量是弹簧重量选型计算的一部分，那增加的重量要特别地真实。

有效内径（Effective ID）为零或空白时，内压推力为零。有效内径（Effective ID）是波纹管的平均直径，用于确定计算内压推力的面积。总的内压推力施加于波纹管的起始（From）点和终止(To) 点，其作用是在压力为正时打开波纹。内压推力的大小是 P´ Aeff，其中P是表压，Aeff是面积，计算公式如下：

Aeff = p /4 ´ （DEff）2

多数制造商会给定波纹管的有效面积。CAESAR II 输入的有效内径（Effective ID）计算公式如下：

Deff = [4Aeff /p]½

在下例中，8和9节点之间是不带约束的自由型波纹膨胀节。弯头的11节点处锚固以承担波纹管产生的内压推力。制造商给出的膨胀节轴向刚度为5131 lbs/in.，横向刚度为27058 lbs/in.。鉴于波纹膨胀节的有效长度，弯曲刚度保留为空时由CAESAR II计算。5节点处的泵和基板必须能承受由波纹管内压推力产生的较大的轴向荷载。