一种膨胀缝的设计方法技术

技术编号:26377190 阅读:3 留言:0更新日期:2020-11-19 23:45
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

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