真空管道设计研究

摘要：真空管道不同于其他系统的管道，此种系统的管道无论水力计算还是强度计算都比其他系统的管道要复杂的多，现在设计者主要参考有关手册及教科书上的设计方法，但是里面内容偏向于理论研究，对工程应用尤其是大型真空系统，指导性不够，导致设计时很多都是靠经验，没有一个较明确实用的办法，作者结合多年的真空设计经验，总结出对工程应用比较实用的方法供广大设计者参考。

关键词：真空管道；强度计算；水力计算

一、引言

真空管道计算的有关书籍，比如《动力管道设计手册》上主要计算的基础是流导的计算[1]，流导的计算很繁琐，尤其对于大型真空管网很难有直接指导意义，而且将流导、抽气时间、压力降、流量的计算混在一起，很多设计者不知道具体项目时候该计算哪几项；再一个，对于真空管道的强度计算，手册及教科书上均没有提及，实际工程中很多设计者对于真空管道的强度计算认识不够，有些出现了比较严重的后果，本文主要针对这两个主要问题展开论述。

二、真空管道水力计算简化方法

真空管道的设计主要分为两种状态：1、容器抽真空的真空管道计算；2、连续性抽真空的真空管道计算。因为两种抽气工况差别很大，关注点不同，所以所用公式应该有所不同，设计时应区别对待。许多书籍上将这两者混在一起，没有明确的区分，容易误导设计者。

流导是真空管道的流通能力，压力降是管道沿程及局部阻力损失。

对于连续性抽真空的系统，这种系统一般比较庞大，除去特殊情况下，很少有管道在允许的沿程阻力损失下计算出的管径，其流通能力小于管道本身对应的流导的，也就是辛苦计算出的流导一般是没有用的，徒添了设计者的烦恼与计算量。此种状态下基本不用计算流导，只需要计算合适的沿程与局部阻力损失，然后推导出适合的管径即可。

对于容器抽真空系统，由于基本只关心流通能力与抽气时间，对于沿程阻力基本不關心，此种系统只需要计算流导与抽气时间，而且此种系统一般较小，流导计算起来也比较简单，所以此种管道只计算流导，不计算阻力，然后推导出适合的管径即可。

三、管道的强度计算

对于真空管道的强度计算，手册及教科书上均没有提及，设计者主要可以参考的是（GB150）《压力容器》中有关真空容器的计算[2]。由于真空管道运行时承受的是外压，常规的管道强度计算均是在承受内压情况下的计算，所以公式不适用于此种管道。承受内压的管道最主要考虑的是管道失稳，也就是避免管道被抽瘪，小口径的管道按市场上常用的壁厚一般没有问题，但是大口径长直管道则很容易失稳，尤其是大于DN1200的管道，由于基本是现场卷制，管道本身圆度就难以达到，口径越大时候本身管道就有些塌腰，所以如果失稳情况考虑不够，管道很容易失稳压瘪。避免管道失稳有两种加强办法，一种是增加壁厚，一种是增加加强肋，对小直径管道增加壁厚即可，对大直径管道若壁厚若增加过多，变为厚壁管，则面临着施工困难，应力难消除等，此时需要增加加强肋[3]。这两种办法在GB150中也都有详细介绍，本文不再赘述。

其次，真空管道除了考虑最主要的失稳之外，还要考虑跨度，水压试压等承受外压管道常需要考虑的因素。

四、真空管道管材选取

对待真空室抽真空，由于一般管道直径小，真空泵据工艺设备距离近，很多归到工艺设备中，不用考虑太多管道验收的情况，管材选择较多，玻璃、橡胶，钢管等均可以根据具体情况使用。

对待连续性抽真空，由于系统一般比较庞大，对沿途支架，强度，跨度，密封性的要求都比较高，所以常采用碳钢与不锈钢，如果对沿程阻力不太敏感的选择较便宜的普通碳钢管道即可，对沿程阻力敏感的，可以选择摩擦系数更低的不锈钢管道。

五、结语

本文主要论述了容器抽真空和连续性抽真空的真空管道计算方法，将两种系统的主要计算方法进行了研究，能够很大的方便设计者理解并根据具体工程选用较简便实用的方法，对真空管道的强度也做了全面的介绍，可以提高设计者对工程的安全性考虑。

参考文献

[1] 施振球，赵廷元. 动力管道设计手册[M ]. 北京：机械工业出版社，2010：424-425.

[2] GB 150.1～150.4-2001 压力容器[S].

[3]师家安.外压管道加强圈设计计算方法及加强圈优化设计探讨[J].有色金属设计，2017，44（1）：27-31.

作者简介：韦云飞，男，2012年1月毕业于北京科技大学，动力工程及工程热物理专业，现供职于中国航空规划设计研究总院 工程师。

（作者单位：中国航空规划设计研究总院）