一种膨胀缝的设计方法技术

本发明专利技术涉及一种膨胀缝的设计方法，属于高温设备技术领域。适用于柱状结构，包括以下步骤：明确设置膨胀缝的位置；计算柱状结构受热自由膨胀后的体积V

【技术实现步骤摘要】
一种膨胀缝的设计方法
本专利技术属于高温设备
，涉及一种膨胀缝的设计方法。
技术介绍
复杂的高温设备由于内部结构受热膨胀，一般会设计膨胀缝，膨胀缝主要作用是吸收高温结构的热膨胀量，膨胀缝的设计对于结构的受力和结构稳定性有重要的影响，如果设计膨胀缝过小，不能完全吸收结构的膨胀量，会增大结构本身及相连结构的受力，严重的会导致结构材料的破裂、失效；如果设计膨胀缝过大，虽然可以完全吸收结构的膨胀量，但由于膨胀缝的材质比较疏松，高温设备内的高温气流或液体容易渗入膨胀缝内，导致膨胀缝内材料发生质变，膨胀缝成为整体结构的薄弱环节。通常在高温设备膨胀缝设计中，主要是参照过去的工程经验，但由于过去的工程有成功的案例，也有失败的案例，这些案例与膨胀缝是否有关，目前还说不清楚，但是膨胀缝作为高温结构的重要组成部分，有必要对其设计方法进行研究，以使设计更合理，对高温设备结构长寿有积极的贡献。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种膨胀缝的设计方法，适用于高温下砌砖筑成的实心或者空心的柱状结构，解决传统膨胀缝设计主要参照工程经验，缺少合理、成熟的指导方法的问题。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种膨胀缝的设计方法，适用于柱状结构，包括以下步骤：S1.明确设置膨胀缝的位置；S2.计算柱状结构受热自由膨胀后的体积V1；S3.确定柱状结构自身能吸收的热膨胀量的大小V2；S4.计算柱状结构受热后的实际体积V3，V3＝V1-V2；S5.计算膨胀缝的宽度W。进一步，步骤S1中，膨胀缝围绕柱状结构的圆周面设置。进一步，步骤S2中，柱状结构受热自由膨胀后的体积V1＝Pi*(RI2-RII2)*H*(1+3*α*t)，其中，Pi为圆周率，RI为柱状结构的外半径，RII为柱状结构的内半径，H为柱状结构的高度，α为柱状结构的材料的热膨胀系数，t为柱状结构的温度。进一步，步骤S3中，柱状结构自身能吸收的膨胀量的大小V2＝V4*γI，其中，V4为柱状结构的所有砖缝的总体积，γI为砖缝材料的可压缩比。进一步，步骤S5中，膨胀缝需要吸收的膨胀量的大小为：V5＝V3-Pi*(RI2-RII2)*H1＝Pi*((RI+W)2-RI2)*H1*γII，其中，H1为柱状结构受热膨胀后的高度，W为膨胀缝的宽度，γII为膨胀缝材料的可压缩比；根据该公式解出W，即得膨胀缝的宽度。进一步，柱状结构为实心或者具有空腔的环状。本专利技术的有益效果在于：本专利技术公开的膨胀缝的设计方法，可以准确确定柱状结构的膨胀缝的大小，确保高温下柱状结构整体功能有效，防止热应力破坏，为膨胀缝的设计提供合理、有效的指导，适合规模化应用。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为柱状结构及膨胀缝的主视图；图2为图1的俯视图。附图标记：第一柱状结构1、第一膨胀缝11、第一砌砖12、第一砖缝13、第二柱状结构2、第二膨胀缝21、第二砌砖22、层砖缝23、放射砖缝24、炉壳3、第一柱状结构的外半径RI、第一柱状结构的高度H、第一膨胀缝的宽度W、第二柱状结构的外半径RI′、第二柱状结构的内半径RII′、第二柱状结构的高度H′、第二膨胀缝的宽度W′。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。如图1和图2所示，本实施例提供一种膨胀缝的设计方法，用于高温炉，从内到外高温炉包括同心的第一柱状结构1、第二柱状结构2和炉壳3；第一柱状结构1铺设在高温炉的炉底，由第一砌砖12筑成，并且存在竖向(高度方向)的第一砖缝13，第一砖缝13填充有砖缝材料，第一砌砖12铺满整个炉底，从而第一柱状结构1为实心，第一柱状结构1的顶部位移不受约束，其高度方向的膨胀是自由的；第二柱状结构2呈具有空腔的环状，由第二砌砖22层层垒筑而成，并且存在第二砖缝，第二砖缝包括层与层之间的层砖缝23和每层的放射砖缝24，第二砖缝填充有砖缝材料，第二柱状结构2的顶部位移受约束，其高度方向的膨胀是受限的。针对第一柱状结构1设计第一膨胀缝11，包括以下步骤：S1.明确设置第一膨胀缝11的位置；第一膨胀缝11围绕第一柱状结构1的外圆周面设置，处于第一柱状结构1和第二柱状结构2之间；S2.计算第一柱状结构1受热自由膨胀后的体积V1；由于第一柱状结构1的顶部位移未受约束，其高度方向的膨胀是自由的，计算公式为：V1＝Pi*(RI2-RII2)*H*(1+3*α*t)，其中，Pi为圆周率，RI为第一柱状结构1的外半径，RII为第一柱状结构1的内半径，因第一柱状结构1为实心，此处RII的值为零；H为第一柱状结构1的高度，α为第一柱状结构1的第一砌砖12的材料的热膨胀系数，t为第一柱状结构1的第一砌砖12的温度；已知，Pi＝3.14，RI＝1m，RII＝0，H＝0.5m，α＝0.000007m/m.℃，t＝1200℃，代入公式计算得V1＝1.6104m3；S3.确定第一柱状结构1自身能吸收的热膨胀量的大小V2，计算公式为：V2＝V4*γI＝H*L*W1*γI，其中，V4为第一柱状结构1的所有第一砖缝13的总体积，L为第一柱状结构1的所有第一砖缝13在第一柱状结构1的高度方向上的累加的总长度，W1为第一砖缝13的缝宽，γI为第一砖缝13的砖缝材料的可压缩比；已知，L＝35.288m，W1＝0.0015m，γI＝0.2，代入公式计算得V2＝0.0053m3；S4.计算第一柱状结构1受热后的实际体积V3，计算公式为：V3＝V1-V2＝1.6104-0.0053＝1.6051m3；S5.计算第一膨胀缝11的宽度W，计算公式为：V5＝V3-Pi*(RI2-RII2)*H1＝Pi*((RI+W)2-RI2)*H1*γII，其中，H1为第一柱状结构1受热膨胀后的高度，W为第一膨胀缝11的宽度，γII为第一膨胀缝11的膨胀缝材料的可压缩比；根据该公式解出W，即得第一膨胀缝11的宽度；已知γII＝0.2，H1＝H*(1+α*t)＝0.5*(1+0.000007*1200)＝0.5042m，代入公式计算得W≈0.033m，W可取整数值0.04m。针对第二柱状结构2设计第二膨胀缝21，包括以下步骤：S1.明确设置第二膨胀缝21的位置；第二膨胀缝21围绕第二柱状结构2的外圆周面设置，处于第二柱状结构2和炉壳3之间；S2.计算第二柱状结构2受热自由膨胀后的体积V1′；计算公式为：V1′＝Pi*(RI′2-RII′2)*H′*(1+3*α′*t′)，其中，Pi为圆周率，RI′为第二柱状结构2的外半径，RII′为第二柱状结构2的内半径，H′为第二柱状结构2的高度，α′为第二柱状结构2的第二砌砖22的材料的热膨胀系数，t′为第二柱状结构2的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种膨胀缝的设计方法，其特征在于，适用于柱状结构，包括以下步骤：/nS1.明确设置膨胀缝的位置；/nS2.计算柱状结构受热自由膨胀后的体积V

【技术特征摘要】
1.一种膨胀缝的设计方法，其特征在于，适用于柱状结构，包括以下步骤：
S1.明确设置膨胀缝的位置；
S2.计算柱状结构受热自由膨胀后的体积V1；
S3.确定柱状结构自身能吸收的热膨胀量的大小V2；
S4.计算柱状结构受热后的实际体积V3，V3＝V1-V2；
S5.计算膨胀缝的宽度W。


2.如权利要求1所述的膨胀缝的设计方法，其特征在于，步骤S1中，膨胀缝围绕柱状结构的圆周面设置。


3.如权利要求1所述的膨胀缝的设计方法，其特征在于，步骤S2中，柱状结构受热自由膨胀后的体积V1＝Pi*(RI2-RII2)*H*(1+3*α*t)，其中，
Pi为圆周率，RI为柱状结构的外半径，RII为柱状结构的内半径，H为柱状结构的高度，α为柱状结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许俊，李杰，邹忠平，赵运建，牛群，
申请(专利权)人：中冶赛迪工程技术股份有限公司，中冶赛迪技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50