方形补偿器弹性力和弯曲应力计算软件的开发

曹志勇

【摘 要】介绍了两种不同形式方形补偿器的弹性力和弯曲应力的计算方法，给出了各参数的计算公式；在此基础上，以Delphi 7.0为平台，编写了方形补偿器弹性力和弯曲应力的计算软件，并举例说明了软件的计算过程。计算结果表明，与传统的查线算图计算弹性力和弯曲应力的方法相比，软件计算的结果具有更高的准确性。

【关键词】方形补偿器；自然补偿；弹性中心法；弹性力；弯曲应力；软件

1前言

方形补偿器，又称矩形补偿器，是一种常见的补偿器。其制造方便，可以在施工现场就地煨制或焊接，作用在固定支架上的轴向推力小，补偿能力大，不需维护，可使用于任何工作压力和工作温度的管道。正是由于方形补偿器具有上述优点，因此在热力管道设计中被广泛采用。

方形补偿器根据结构形式的不同，可分为圆角弯方形补偿器和焊接弯方形补偿器两种形式。圆角弯方形补偿器适用于管径较小的情况，而焊接弯方形补偿器通常在管径较大时使用。

为保证补偿器的安全，补偿器的弯曲应力不应大于管道的许用应力值。根据实际情况，将许用应力值代入上式即可求出方形补偿器外伸臂H的值。

3 计算软件的编写

通过上面的分析可以看出，给出所需的参数，就可以计算出方形补偿器的弹性力和弯曲应力，但是计算量较大。为了简化计算，手册中通常会给出部分管道的线算图，通过查图表来计算弹性力，但是一般只给出了部分管道的线算图，且线算图是在某些限定条件下绘制的，很多情况下还需对计算结果进行修正，使用起来较为繁琐。为了能够快速准确的计算方形补偿器的弹性力和弯曲应力，特编写了本软件。

本软件以Delphi 7.0为平台，无需安装，使用简单方便。软件主要包括“管材参数”设置、“参数输入”和“结果输出”三部分。使用时，首先设置管材参数，选择需要计算的补偿器的类型，并输入相应的补偿器的参数，然后点击“计算”按钮，即可在“结果输出”栏内显示本次计算的结果。

需要注意的是：（1）计算中，方形补偿器两边自由臂长取；（2）补偿器热伸长系数的缺省设置为，如果设计的补偿器有预拉伸（冷紧），计算时可先计算热伸长量，然后对热伸长量进行修正，即乘上相应的补偿器热伸长系数，再进行计算即可。热伸长系数的取值可参考文献【1】。

4 应用实例

已知管道钢号为A8号钢，规格为D133×4，管内热媒：饱和蒸汽，表压力13bar（t1≈194℃），管道安装温度t2=-6℃。现根据预先选定的方形补偿器的尺寸，求弹性力及热胀弯曲应力的大小。方形补偿器的尺寸为： H=4.0m，，R=0.6m，固定支座间的间距m。

通過软件计算求得，该方形补偿器的弹性力为3.19kN，弯曲应力为157.1MPa，与文献【2】中例题14-1的计算结果一致，从而验证了软件的准确性。计算过程详见图3。

5 结语

为了进一步验证软件计算结果的准确性，对文献【1】中图7-34～ 7-42的示例进行了对比计算，对比结果见表6。对比计算是以线算图的编制条件为依据进行的，相应的参数采用了与线算图相同的取值。考虑到查线算图时存在的读数误差，可以看出使用本软件计算方形补偿器的弹性力和弯曲应力具有较高的准确性。

文献【1】中圆角弯方形补偿器线算图编制条件如下：（1）自由伸长臂；（2）弹性模数E取碳素钢在20℃的数值，即MPa；（3）允许纵向补偿弯曲应力MPa；（4）补偿器的热伸长系数。（5）对于焊接弯方形补偿器而言，弯管应力修正系数，焊缝系数。

表6计算结果对比

参考文献：

[1]《工业锅炉房设计手册》，中国建筑工业出版社，1985，第二版

[2]《供热工程》，贺平，孙刚，建筑工业出版社，2009.08，第四版

[3]《热力管道设计手册》，赵廷元，岳学文，孙振安，山西科学教育出版社，1986.5，第一版

[4] DL/T 5366-2006 《火力发电厂管道应力计算技术规程》