复合材料增强管线钢管结构设计

由于复合材料增强管线钢管的钢层和复合材料层的模量差异,钢层承担了大部分的载荷,复合材料的增强作用发挥不充分。为了保证管道完整性、重新分配结构层间载荷比例、提高复合材料利用率,通过对水压爆破试验测试结果与有限元模型进行分析,得出了复合材料增强管线钢管的失效压力及设计压力计算方法,并对预应力和结构层厚度的设计提出了要求:通过预应力处理复合材料增强管线钢管时,增强层的应力不能超过复合材料断裂强度的40%,钢层的应力应该小于钢材的最小拉伸强度;在设计压力下,复合材料层的厚度应该保证应力低于其断裂强度的30%,钢层的厚度应该保证应力低于钢材的屈服强度。研究结果为复合材料增强管线钢管的设计提供了参考依据。     

复合材料增强管线钢管的预应力处理及水压试验

天然气需求量不断增加对长输管道的承压能力提出了更高的要求,而增加管道壁厚和提高钢级均有一定的局限性,因此开发了复合材料增强管线钢管,即通过在钢管外表面缠绕连续纤维复合材料的方法,提高管道的承压能力。以外径508 mm的管线钢管为基础,制成了复合材料增强管线钢管样管,使用预应力法处理管材,并对处理后的管材进行了水压爆破试验分析。结果表明:复合材料增强管线钢管的承压能力是钢层和复合材料层承载叠加的结果;预应力处理对结构层的应力分布进行了重新分配,提高了复合材料层的承载比例;当管道失效时,复合材料层首先被破坏。在试验结果的基础上,对目前使用的复合材料增强管线钢管设计压力计算方法进行了修正。     

长输管道站场压力容器许用应力分析

针对压力容器出厂验收时的水压试验参数与安装至站场后的水压试验参照标准不同,试验压力不同,造成法兰密封垫片及焊缝渗漏等问题,对站场用压力容器的许用应力取值提出了三种解决方案,通过对压力容器及长输管道用钢管常用材料在水压试验时的应力状况进行对比分析,探讨了压力容器在站场使用中的解决方案.     

3WPZ-h00自走式喷杆喷雾机机架的轻量化设计

为了解决喷杆喷雾机机架因安全裕度过大而引起质量过重的问题,利用Optistruct软件的尺寸优化模块进行轻量化设计.利用CATIA和Hypermesh软件建立整机有限元模型,通过机架的自由模态分析结果与试验结果的对比,验证了机架模型的准确性并分析了机架的振动频率.在有限元软件中对机架系统进行了静态分析,计算了机架系统在工作情况下的应力分布和变形.结合实际情况,采用离散的设计变量,以安全系数为1.3时材料的最大许用应力和变形量为约束条件,对机架进行轻量化设计.结果显示,经过尺寸优化后,机架在满足强度和刚度的情况下,其质量减少了58.1%,达到了轻量化的目的.     

3WPZ-500自走式喷杆喷雾机机架的轻量化设计

为了解决喷杆喷雾机机架因安全裕度过大而引起质量过重的问题,利用Optistruct软件的尺寸优化模块进行轻量化设计。利用CATIA和Hypermesh软件建立整机有限元模型,通过机架的自由模态分析结果与试验结果的对比,验证了机架模型的准确性并分析了机架的振动频率。在有限元软件中对机架系统进行了静态分析,计算了机架系统在工作情况下的应力分布和变形。结合实际情况,采用离散的设计变量,以安全系数为1.3时材料的最大许用应力和变形量为约束条件,对机架进行轻量化设计。结果显示,经过尺寸优化后,机架在满足强度和刚度的情况下,其质量减少了58.1%,达到了轻量化的目的。     

玄武岩纤维气瓶非测地线缠绕强度模拟与爆破试验

纤维缠绕增强耐压容器在封头处易出现应力集中和纤维堆积，是其整体破坏失效的薄弱环节，强化气瓶承压时的封头安全性能尤为重要。选择玄武岩纤维增强复合材料气瓶为研究对象，计算得出偏离测地线0°～9°范围缠绕时，可实现稳定的非测地线缠绕。建立不同缠绕角度的气瓶有限元分析模型，分析其对气瓶封头应变分布的影响。结果表明：随着缠绕偏离角的增大，在35 MPa工作压力下，封头最大应变和应变分布范围均在23°缠绕角时最小；在119 MPa最小爆破压力下，封头处的最大应变在23°缠绕角出现拐点；沿封头内外壁路径的应力分布表明，非测地线缠绕可明显降低整个封头部位的应力。通过水压爆破试验进一步验证了数值模拟结果，研究结果可为优化压缩天然气和氢气储运装备的安全性提供参考。（图13，表3，参25）     

输油管道超设计压力运行的几个关键问题

为保证输油管道超设计压力运行的安全,针对钢管力学性能、管道临界缺陷尺寸、环焊缝质量验证3个影响管道承压的重要因素,在管道沿程压力计算基础上,开展了管材小试样屈服强度统计与试验、钢管实物屈服强度与小试样屈服强度差异性分析、管道临界缺陷尺寸计算与内检测精度分析、环焊缝性能验证方案的研究。研究表明:钢管实物屈服强度与管材最小要求屈服强度之比即为最大运行压力与设计压力之比;由于压力升高,管道运行时允许的缺陷尺寸减小,其中大于临界尺寸的缺陷应保证被现有管道内检测器发现,否则应降低运行压力从而增大临界缺陷尺寸值;超设计压力运行前,应进行一次相应强度的现场试压,排除环焊缝异常。     

X80埋地管道应力腐蚀开裂关键影响因素研究进展

随着中国高压力、大口径、长距离X80管线钢埋地管道建设的迅猛发展,应力腐蚀开裂(Stress Corrosion Cracking,SCC)风险开始严重威胁管道服役安全。针对土壤环境中X80管线钢SCC关键影响因素,首先分析了交流杂散电流对X80管线钢SCC行为的影响及其机制,提出交流电与弹性应力具有协同作用,可共同促进X80管线钢的阳极溶解,并破坏钢表面致密腐蚀产物膜的状态,从而加速腐蚀。其次,综述了土壤环境中硫酸盐还原菌(Sulfate Reducing Bacteria,SRB)致管线钢SCC机理的研究现状,提出X80管线钢微生物致裂机理主要与细菌的生理活性、代谢产物、生物膜的形成有关。最后,提出了SRB作用下X80管线钢阴极保护电位选择的建议,同时建议将微生物因素纳入管线钢SCC评价体系。研究成果可为中国高强管线钢管道设计及安全服役提供理论基础。(图2,参46)     

大型储罐底圈罐壁轴向应力的计算

为了便于钢制焊接储罐设计人员合理地选取设计规范进行储罐罐壁抗震计算,简要介绍了储罐设计规范GB 50341-2003、API 650-2013中底圈罐壁最大轴向应力和底圈罐壁许用临界应力的计算方法。分别对15×104 m3、10×104 m3双盘式浮顶油罐进行了底圈罐壁最大轴向应力、底圈罐壁许用临界应力的计算,结果表明:在计算底圈罐壁最大轴向应力时,GB 50341-2003与API 650-2013的计算结果相同;GB 50341-2003与API 650-2013在计算底圈罐壁许用临界应力方面都是安全的,但GB 50341-2003在确定罐壁许用临界应力方面相对保守。GB 50341-2003与API 650-2013中罐壁许用临界应力的计算公式可用一个公式来代替,当底圈罐壁最大轴向应力不大于底圈罐壁许用临界应力时,储罐底圈罐壁在地震作用下是安全的。     

4MZ -3000型梳齿式采棉机梳齿部件的结构分析

[目的]为优化梳齿式采棉机梳齿部件结构设计并确定其关键部件的参数.[方法]在分析采摘部件结构及工作原理的基础上,建立采摘部件工作参数之间的数学模型,并利用ANSYS软件对梳齿部件进行结构分析.[结果]梳齿部件最大应力为158.57 MPa,小于材料的许用应力值.[结论]可以对在三维软件建立的物理模型的合理性进行判断,及时修正设计中的缺陷,为更好地设计其结构和材料选择提供了理论参考.     

基于交变应力的碳纤维杉木复合材蠕变性能研究

采用基于交变应力的抗弯试验方法对碳纤维杉木复合材在干、湿环境条件下的短期蠕变性能进行研究.结果表明：Burger模型可较精确地模拟复合材的短期弯曲蠕变性能;湿环境下复合材蠕变量显著大于干环境,温度及相对湿度是影响蠕变的重要因素;在应力变化周期为1h时,交变应力下蠕变量稍低于恒定应力水平,交变应力未加速蠕变的进程;在湿环境中高应力水平下复合材蠕变速率最大,较短时间便出现压溃破坏,在复合材设计应用时,应综合考虑环境状态及应力水平的影响,将应力水平极值控制在极限应力的40％以内.     

输油管道的最佳工作压力

输油管道的工作压力决定着输油泵站的数量和管材的用量,同时影响管道建设的投资和经营管理,所以,工作压力是输油管道设计的重要参数。多年来有一种认识,应该把高压力、大站距做为输油管道向高水平发展的重要指标。输油泵机组具有高的输送压力和较大的功率,泵站和管道的管材能承受高的工作压力,是提高工作压力首先必须具备的前提。提高工作压力,可减少泵站数量,同时却增加了管材的用量,选择管道建设总投资最低时的工作压力,就是最佳工作压力。为此,分析了影响管道工作压力的诸因素,通过推导计算,确定输油管道的最佳工作压力。认为最佳工作压力值与所用管材的许用应力成正比,与管径值成反比,随着管道自动化程度的提高、输油机组功率的增大,泵站建设投资随之增大,这将促使最佳工作压力值进一步加大。     

大落差天然气管道安全清管工艺条件

大落差地区的天然气管道清管时,受地形起伏和管道积液量的影响,清管器的运行速度容易发生剧烈波动;清管器与管道在弯头处碰撞,形成冲击载荷,威胁管道运行安全。以中缅天然气管道龙陵输气站至保山输气站大落差管段为例,基于管道仿真技术,分析清管器最大运行速度与管道压力、输量、积液量之间的关系,指出积液量是影响清管器最大运行速度的主导因素;确定管道应力不超过管材许用应力条件下的清管器最大允许运行速度,以及与之相对应的最大允许积液量;将积液量与管道输量、两端压差关联,提出由管道输量和压差所表征的管道安全清管工艺条件,为判断大落差天然气管道安全清管条件提供了可靠、实用的方法。     

输油管道管壁凹陷的安全评价

输油管道在服役过程中,由于相邻公路扩建工程施工,使管道管壁产生大量凹陷,给管道的安全运行带来了事故隐患。基于这种缺陷类型,采用MSC／NASDTRN有限元分析软件和MPC／PRIFIS在役压力容器、管道适用性评价软件对管道安全性进行了计算评估。评估结果表明,在设计工作压力下管道凹陷部位仍有较大的安全裕度,但由于凹陷部位的应力集中,允许存在的临界裂纹型缺陷尺寸很小。为保证管道安全运行,需有效遏制凹陷部位裂纹型缺陷的产生。     

部件性能退化对燃气轮机运行状态的影响

燃气轮机在运行过程中常常因压气机积垢、涡轮腐蚀及侵蚀等问题导致部件性能衰退,对整机运行状态造成消极影响。基于性能仿真模型,研究了用于天然气管道的LM2500+SAC 型燃气轮机的高压压气机、高压涡轮、动力涡轮等部件在等熵效率衰减和通流能力变化时,其高压压气机喘振裕度、最大允许输出功率及热循环效率的变化情况。仿真结果表明:高压压气机、高压涡轮等熵效率衰减均会导致燃气轮机最大允许输出功率明显下降,且热循环效率随之降低,但部件通流能力的变化对整机性能的影响较小;为双转子航改型燃气轮机配备具有可转导叶的动力涡轮后,通过增加其通流能力和燃料气供应量,能够有效提升处于亚健康状态机组的最大允许输出功率。研究结果可为故障部件定位和燃气轮机运行优化提供参考。     

输油气管道管材等级选择

在长距离输送油气管道工程中,钢管费用约占工程设备材料费的５０％以上,因此合理地选用钢管材质等级十分重要。分析了设计输送压力,韧性要求、刚度和稳定性、腐蚀及经济性等因素对选用钢管材质等级的影响,拟建了管材等级选择模式,给出了不同输送压力不的管材等级选用表,举例分析了满足设计强度要求的壁厚选择,简要介绍了国内外的管型应用情况。     

钢制焊接油罐设计规范中罐壁厚度的计算

介绍了储罐标准规范GB 50341、JIS B 8501、BSEN14015及API 650的罐壁厚度计算公式;比较分析了4个标准规范在罐壁厚度计算公式、罐壁钢板许用应力、罐壁焊接接头系数方面的差异.通过比较分析发现,除了许用应力、焊接接头系数不同外,罐壁计算厚度的设计液位高度也不一样,对设计液位高度的不同理解是引起罐壁厚度差异的主要原因.分析结果表明：采用GB 50341与采用其他储罐标准规范中罐壁厚度计算公式确定的罐壁厚度是一致的.为使罐壁计算厚度与国际标准规范相同,给出了许用应力的确定原则,同时重新定义了设计液位高度.通过实例证明,许用应力的确定原则是合理可靠的.     

钢骨架塑料复合管带压开孔的有限元模拟

针对钢丝网骨架塑料复合管在带压开孔施工中的盲目性问题,对钢骨架塑料复合管进行力学分析,建立复合管的力学模型,并对管段模型进行网格划分。运用ANSYS软件对其在不同管径下的最大开孔孔径进行有限元模拟,得到不同开孔孔径下的Mises等效应力分布云图,进而确定最大开孔孔径。结果表明,最大开孔孔径随管径的增加呈线性增加。基于ANSYS仿真结果,通过对管段的密封性进行检测,发现施工条件下管段无介质泄漏现象发生,且未见明显塑性变形。通过现场试验验证了钢骨架塑料复合管的带压开孔模型精度较高,可以为其现场开孔作业提供参考。     

长输管道带压施焊许用压力的确定

通过建立数学模型推导出了管道焊接许用压力的理论计算公式,并结合实际经验,引入修正因子,计算得出了常用石油、天然气管道带压施焊时的许用压力。提出了长输管道带压施焊应注意的问题。