真空管道設(shè)計研究

摘要：真空管道不同于其他系統(tǒng)的管道，此種系統(tǒng)的管道無論水力計算還是強度計算都比其他系統(tǒng)的管道要復(fù)雜的多，現(xiàn)在設(shè)計者主要參考有關(guān)手冊及教科書上的設(shè)計方法，但是里面內(nèi)容偏向于理論研究，對工程應(yīng)用尤其是大型真空系統(tǒng)，指導(dǎo)性不夠，導(dǎo)致設(shè)計時很多都是靠經(jīng)驗，沒有一個較明確實用的辦法，作者結(jié)合多年的真空設(shè)計經(jīng)驗，總結(jié)出對工程應(yīng)用比較實用的方法供廣大設(shè)計者參考。

關(guān)鍵詞：真空管道；強度計算；水力計算

一、引言

真空管道計算的有關(guān)書籍，比如《動力管道設(shè)計手冊》上主要計算的基礎(chǔ)是流導(dǎo)的計算[1]，流導(dǎo)的計算很繁瑣，尤其對于大型真空管網(wǎng)很難有直接指導(dǎo)意義，而且將流導(dǎo)、抽氣時間、壓力降、流量的計算混在一起，很多設(shè)計者不知道具體項目時候該計算哪幾項；再一個，對于真空管道的強度計算，手冊及教科書上均沒有提及，實際工程中很多設(shè)計者對于真空管道的強度計算認識不夠，有些出現(xiàn)了比較嚴重的后果，本文主要針對這兩個主要問題展開論述。

二、真空管道水力計算簡化方法

真空管道的設(shè)計主要分為兩種狀態(tài)：1、容器抽真空的真空管道計算；2、連續(xù)性抽真空的真空管道計算。因為兩種抽氣工況差別很大，關(guān)注點不同，所以所用公式應(yīng)該有所不同，設(shè)計時應(yīng)區(qū)別對待。許多書籍上將這兩者混在一起，沒有明確的區(qū)分，容易誤導(dǎo)設(shè)計者。

流導(dǎo)是真空管道的流通能力，壓力降是管道沿程及局部阻力損失。

對于連續(xù)性抽真空的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)一般比較龐大，除去特殊情況下，很少有管道在允許的沿程阻力損失下計算出的管徑，其流通能力小于管道本身對應(yīng)的流導(dǎo)的，也就是辛苦計算出的流導(dǎo)一般是沒有用的，徒添了設(shè)計者的煩惱與計算量。此種狀態(tài)下基本不用計算流導(dǎo)，只需要計算合適的沿程與局部阻力損失，然后推導(dǎo)出適合的管徑即可。

對于容器抽真空系統(tǒng)，由于基本只關(guān)心流通能力與抽氣時間，對于沿程阻力基本不關(guān)心，此種系統(tǒng)只需要計算流導(dǎo)與抽氣時間，而且此種系統(tǒng)一般較小，流導(dǎo)計算起來也比較簡單，所以此種管道只計算流導(dǎo)，不計算阻力，然后推導(dǎo)出適合的管徑即可。

三、管道的強度計算

對于真空管道的強度計算，手冊及教科書上均沒有提及，設(shè)計者主要可以參考的是（GB150）《壓力容器》中有關(guān)真空容器的計算[2]。由于真空管道運行時承受的是外壓，常規(guī)的管道強度計算均是在承受內(nèi)壓情況下的計算，所以公式不適用于此種管道。承受內(nèi)壓的管道最主要考慮的是管道失穩(wěn)，也就是避免管道被抽癟，小口徑的管道按市場上常用的壁厚一般沒有問題，但是大口徑長直管道則很容易失穩(wěn)，尤其是大于DN1200的管道，由于基本是現(xiàn)場卷制，管道本身圓度就難以達到，口徑越大時候本身管道就有些塌腰，所以如果失穩(wěn)情況考慮不夠，管道很容易失穩(wěn)壓癟。避免管道失穩(wěn)有兩種加強辦法，一種是增加壁厚，一種是增加加強肋，對小直徑管道增加壁厚即可，對大直徑管道若壁厚若增加過多，變?yōu)楹癖诠埽瑒t面臨著施工困難，應(yīng)力難消除等，此時需要增加加強肋[3]。這兩種辦法在GB150中也都有詳細介紹，本文不再贅述。

其次，真空管道除了考慮最主要的失穩(wěn)之外，還要考慮跨度，水壓試壓等承受外壓管道常需要考慮的因素。

四、真空管道管材選取

對待真空室抽真空，由于一般管道直徑小，真空泵據(jù)工藝設(shè)備距離近，很多歸到工藝設(shè)備中，不用考慮太多管道驗收的情況，管材選擇較多，玻璃、橡膠，鋼管等均可以根據(jù)具體情況使用。

對待連續(xù)性抽真空，由于系統(tǒng)一般比較龐大，對沿途支架，強度，跨度，密封性的要求都比較高，所以常采用碳鋼與不銹鋼，如果對沿程阻力不太敏感的選擇較便宜的普通碳鋼管道即可，對沿程阻力敏感的，可以選擇摩擦系數(shù)更低的不銹鋼管道。

五、結(jié)語

本文主要論述了容器抽真空和連續(xù)性抽真空的真空管道計算方法，將兩種系統(tǒng)的主要計算方法進行了研究，能夠很大的方便設(shè)計者理解并根據(jù)具體工程選用較簡便實用的方法，對真空管道的強度也做了全面的介紹，可以提高設(shè)計者對工程的安全性考慮。

參考文獻

[1] 施振球，趙廷元. 動力管道設(shè)計手冊[M ]. 北京：機械工業(yè)出版社，2010：424-425.

[2] GB 150.1～150.4-2001 壓力容器[S].

[3]師家安.外壓管道加強圈設(shè)計計算方法及加強圈優(yōu)化設(shè)計探討[J].有色金屬設(shè)計，2017，44（1）：27-31.

作者簡介：韋云飛，男，2012年1月畢業(yè)于北京科技大學(xué)，動力工程及工程熱物理專業(yè)，現(xiàn)供職于中國航空規(guī)劃設(shè)計研究總院 工程師。

（作者單位：中國航空規(guī)劃設(shè)計研究總院）