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120度弯头接双向气流的支路,牙型和壁厚不能照搬单向标准
2020.12.27

120度弯头接双向气流的支路,牙型和壁厚不能照搬单向标准

有些系统的支路会双向切换气流方向(比如两台设备轮流通过同一段管路排风),接在这段管路上的PP风管120度弯头需要承受来自两个方向的交替应力,如果螺纹连接部位还是按单向流动的标准壁厚8 mm来做,长期双向循环受力下容易在螺纹根部率先出现疲劳裂纹。

双向应力对螺纹连接的要求更高

前面提到过M12螺纹(螺距1.75 mm)的有效啮合长度建议按公称直径的2.5倍取,对应约30 mm,这是单向受力工况下的常规标准。如果连接部位要承受方向交替变化的应力,螺纹根部承受的是交变载荷而不是单方向的静态或准静态载荷,材料的疲劳强度通常明显低于静态强度,同样的啮合长度和壁厚,在交变载荷下的实际安全裕度会比单向工况小很多。壁厚从常规的8 mm增加到12 mm这个量级,能显著提高螺纹根部抵抗疲劳裂纹的能力。

从设计角度看,双向应力接近2倍的循环荷载

单向流动的弯头,材料只需要承受一次性建立、之后维持稳定的应力状态;双向切换的弯头,相当于材料每次切换方向都要经历一次加载-卸载-反向加载的循环,这个循环荷载的疲劳效应比单纯的静态强度校核要考虑得更充分。工程上通常按静态强度的一定折减系数来估算疲劳强度,具体折减比例需要结合实际切换频率和应力幅值评估,但笼统地说,双向工况下同样壁厚构件的实际可靠寿命,通常明显短于单向工况。

现场怎么判断是否需要加厚

判断依据是这条支路的气流方向切换频率和持续时间——偶尔切换一两次和每天多次切换,对疲劳寿命的影响完全不同。频繁双向切换的场合,建议在螺纹连接部位按加厚方案设计,壁厚从常规的6 mm提高到接近12 mm这个量级,M12螺纹的孔径相应也要复核,同时增大螺纹啮合长度,给疲劳强度留出更多裕度。金浩丰按图制作Ø315mm这类各角度弯头及螺纹连接件时,壁厚区间覆盖6 mm到12 mm,会按客户说明的实际使用工况(单向还是双向)配套调整壁厚和螺纹深度。

分工

金浩丰有多条PP板材挤出线和风管生产线,配套CNC加工与焊接设备,长期为废气处理、化工防腐和电镀酸洗行业客户按图制作各角度弯头及风管配件,尺寸精度、法兰配置和出厂检查由车间负责。至于双向工况的疲劳强度核算、壁厚与螺纹深度的最终确定,属于结构设计范围,应由项目工程师确定。

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