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    雙螺栓管夾在管線中的低周疲勞簡述

    雙螺栓管夾以塑性狀態下承受靜載作用的元件,一定的峰值應力對元件的安全未必帶來很大的危險。但在交變循環應力作用下,即使塑很好的材料,在峰值應力作用的部位,特別是大交變應變的部位,如雙螺栓管夾、三通、彎管、大小頭、閥門、法蘭及與管子的連接處,就有可能在經過很小的循環次數下,產生疲勞裂紋,隨之而來的是裂紋的擴展,最終導致元件泄漏或破裂。雖然大應變的部位只占元件上極小的范圍,但它卻影響整個管系的安全運行。

    1、疲勞破壞的幾種型式

    如主汽管上的儀表管及疏水管,當設計或運行不當時,小管內液位變化導致主汽管壁溫度的變化,溫度的變化就要引起熱脹冷縮,由于脹縮受約束,就引起交變應力。如果應力變化的范圍很大,雙螺栓管夾經過一定次數后就會出現裂紋。這樣產生的裂紋通常稱為熱疲勞。

    有些元件在腐蝕介質下工作,而且工作時應力也是變化的。如果應力變化很大,這種在電化學及應力的共同作用下,經過一定時間的使用后出現裂紋。這樣雙螺栓管夾產生的裂紋通常稱為腐蝕疲勞。

    在常溫狀態下工作的轉動軸,它每轉動一周,就受到一次應力循環。當交變應力較大時,經過很多(105次以上)次數后出現裂紋。這樣雙螺栓管夾產生的裂紋通常稱為應力疲勞。

    火力發電廠的鍋爐,汽水管道及汽輪機,在其使用期限內,不但承受正常運行應力的作用,還要承受多次啟動、運行、停運及大幅度負荷變動產生交變應力的作用,在啟停這個循環中,有些元件的某些部位受力是很復雜的,其數值也很大,如果某個環節(如設計或運行)考慮不同,就有可能造成雙螺栓管夾損壞。因在整個使用期限內,這種循環的次數最多不超過十萬次,故稱這類疲勞為“低周疲勞”,也因在這循環下產生了大的應變,也稱“應變疲勞”。

    2、低周疲勞的特征簡介

    在高速轉動機械的應力疲勞問題的計算中,因應力水平不算太高,交變循環應力是在彈笥范圍內,因而可以進行無限壽命設計。在低周疲勞狀態下,因應力水平比較高,其應變往往進入塑性區;又由于其頻率很低,雙螺栓管夾塑性滑移可以得到充分發展,更容易形成裂紋。這樣,它就不能進行無限壽命設計,而是根據使用上的需要,預先確定一個安全循環次數作前提。

    在應力疲勞問題的計算中,雖然要考慮各種應力的綜合用用,但是雙螺栓管夾可以采用彈性應力集中系數來考慮。在低周疲勞狀態下,由于大應變使應力與應變不服從線性關系,所以就要用“應變集中”這個新物理量作為試驗研究或計算的控制變量。在應變集中的情況下,有時也用應變與彈性模數來表示應力,這只是個“虛擬”的應力,只是為了研究的習慣而己。

                                           

     

    在應力疲勞的無限壽命計算中,對應力的限定是來用疲勞強度。在低周疲勞的有限壽命設計中,雙螺栓管夾通常是采用“許用應力范圍”這悠閑的強度概念。

    在應變疲勞狀態下的應變集中區,強烈地影響位錯密度及分布,使最有利方向的晶粒產生滑移,反復的滑移逐漸發展成微小的穿晶裂紋。裂紋形成后,在交變應變的繼續作用下,裂紋不斷擴展,最后因有效斷面逐漸縮小,導致短時過載產生泄漏或破裂。特別對于有內部缺陷或早期損傷的部位,雙螺栓管夾交變的大應變將引起位錯密度與遷移成指數增長,導致快速破壞。低周疲勞的裂紋只發生在應變集中的微觀區域,所以破壞后元件沒有明顯的宏觀塑性變形。一般元件由于造成斷裂原因的復合性,所以斷口的外觀形貌有時就不那么典型。

    3、低周疲勞的幾種驗標方法簡介

    在電力生產的初期,人們沒有特別注意低周疲勞問題,這類事故開始發生。當大容光煥發量參數機組的出現,雙螺栓管夾應力計算方法的逐漸準確,設計工作應力的提高,強度較高的鋼種的使用,特別是核動力裝置的應用,低周疲勞問題逐漸為人們所重視,因而普遍開展了低周疲勞的研究,而且雙螺栓管夾逐漸疲勞分析驗算列入管道的設計中必須計算的項目之一。

     

     

             滄州力瑞管道設備有限公司    雙螺栓管夾

     

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