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不锈钢螺旋筋瓦斯抽放管的优化设计

不锈钢螺旋筋瓦斯抽放管的优化设计

作者：王宁太原理工大学

学位级别：硕士

瓦斯抽放技术对于煤矿瓦斯安全、瓦斯资源利用和环境保护有重要意义，在煤矿企业中得到广泛应用。其中，瓦斯抽放管道的铺设是一项复杂、重要的工作。随着抽放技术的不断发展，瓦斯抽放管道也经历了钢管、玻璃钢管、塑料管、骨架增强塑... 详细信息

瓦斯抽放技术对于煤矿瓦斯安全、瓦斯资源利用和环境保护有重要意义，在煤矿企业中得到广泛应用。其中，瓦斯抽放管道的铺设是一项复杂、重要的工作。随着抽放技术的不断发展，瓦斯抽放管道也经历了钢管、玻璃钢管、塑料管、骨架增强塑料管和覆层螺旋波纹钢管的不断改进。这些管道还是存在各自的不足，瓦斯管道的基本要求包括：阻燃、抗静电、塑性好、强度高，除此之外还需要成本低、质量轻、耐腐蚀等。近几年来又出现了一种新的瓦斯抽放管道，它采用不锈钢材料生产，满足了瓦斯抽放对于管道性质的各种要求，并已经得到推广应用。对这种不锈钢材料的瓦斯抽放管的设计，主要采用增加加强筋、减小管壁厚度的方法，这种方法广泛应用于一些薄壁结构中。考虑到生产工艺是将不锈钢带螺旋卷曲焊接成型，所以采用螺旋形的加强筋。因此螺旋筋结构的设计及它对提高管道强度的影响成为这种瓦斯管道推广使用的关键问题，这也是本文研究的主要内容。这种管道的失效形式主要是屈曲失稳，所以着重介绍了相关薄壁管壳屈曲的一些基本理论和研究方法。宏观角度根据能量法理论，外载荷对管壳所作的功转化为管壳的应变能，应变能的大小与管壳的变形状态有关。微观角度根据薄壁构件稳定理论，施加在管壁上的应力状态由单纯的正应力平衡状态越变为以弯曲应力为主的新的平衡状态。可以通过理论公式计算无筋圆柱壳在各种外压下的临界失稳载荷大小，作为参照与加筋管壳对比。增加螺旋筋改变了管壳原来的截面形状，截面惯性矩发生改变，不能按照理论公式来计算管壳的临界失稳载荷，可以借助有限元分析软件来对不规则模型进行屈曲分析仿真和参数优化。建立不同类型螺旋筋、不同长度的理论模型，采用壳单元对模型进行网格划分，参考实际情况定义模型的约束边界条件和载荷情况，由简单到复杂逐步分析其失稳特点。第一步分析在受到侧向（径向）外压时的屈曲变形，建立几种管壳的模型分别进行特征值屈曲分析，并对某个节点添加初始缺陷（几何、材料）进行非线性分析，最后对多个变量进行目标优化来确定其壁厚参数能达到的最小值。第二步分析在受到轴向外压时的屈曲变形，选择不同长度、不同类型管壳结构，多方面综合交叉比较，得出壁厚、长度和螺旋筋等因素与其轴向临界载荷大小的关系。第三步分析在同时受到侧向和轴向的外载荷时管壳的屈曲变形，绘制不同长度管壳的侧向临界载荷与轴向载荷的变化曲线。通过分析得出：螺旋筋能提高管壳的侧向失稳载荷（环刚度）3倍以上,优化分析219mm直径加筋管壳的厚度为0.6mm即可满足规定安全系数的要求;螺旋筋改变了管壳的变形状态，管壳受到轴向载荷时，螺旋筋的增加会降低其临界载荷值;轴向临界载荷随长度的增加先逐步增大再急剧减小，最大值总是在模型发生整体变形和局部变形的临界点上;同时受轴向和侧向载荷时，轴向载荷在安全值以内时侧向临界载荷值下降缓慢，超过安全值后急剧下降，轴向载荷大小要控制在安全值以内。

关键词：瓦斯抽放管螺旋筋薄壁管壳外压屈曲分析参数优化

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煤矿井下用瓦斯抽放管的现状及发展对策

矿业安全与环保 2015年第4期42卷 100-102,105页

作者：孔令刚中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037

近10年来,随着煤炭工业的发展,煤矿井下用瓦斯抽放管也得到了快速发展。介绍了我国煤矿井下用瓦斯抽放管的现状,分析了存在的主要问题:未考虑瓦斯抽放管道系统的整体抗静电性;非金属瓦斯抽放管的强度安全系数不高;劣质管材严重影响了煤... 详细信息

近10年来,随着煤炭工业的发展,煤矿井下用瓦斯抽放管也得到了快速发展。介绍了我国煤矿井下用瓦斯抽放管的现状,分析了存在的主要问题:未考虑瓦斯抽放管道系统的整体抗静电性;非金属瓦斯抽放管的强度安全系数不高;劣质管材严重影响了煤矿井下用瓦斯抽放管的发展。提出了今后煤矿井下用瓦斯抽放管的发展对策:进一步提高非金属瓦斯抽放管的安全性能和强度;进一步加强和完善瓦斯抽放管道系统的安全措施;加强煤矿井下用瓦斯抽放管新产品的研制;以优异质量促进煤矿井下用瓦斯抽放管行业的良性发展。

关键词：煤矿井下瓦斯抽放管现状发展对策

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HDPE瓦斯抽放管的研制

工程塑料应用 1999年第4期27卷 19-20页

作者：张化廷淮南工学院 232001

研制了具有阻燃及抗静电性能的HDPE,并将其用于制作煤层瓦斯抽放管。

关键词： HDPE 瓦斯抽放管抗静电性能阻燃性聚乙烯

基于煤矿井下用瓦斯抽放管的现状及发展措施研究

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能源与节能 2018年第10期 30-31,110页

作者：张文凯山西新景矿煤业有限责任公司山西阳泉045000

近几年来,随着社会的不断发展与进步,煤炭工业也得到了较好的发展,煤矿井下的瓦斯抽放管也得到了广泛的使用。主要分析了现如今煤矿井下用瓦斯抽放管的基本状况,同时简要分析了瓦斯抽放管存在的一些问题,并提出了未来煤矿井下用瓦斯抽... 详细信息

近几年来,随着社会的不断发展与进步,煤炭工业也得到了较好的发展,煤矿井下的瓦斯抽放管也得到了广泛的使用。主要分析了现如今煤矿井下用瓦斯抽放管的基本状况,同时简要分析了瓦斯抽放管存在的一些问题,并提出了未来煤矿井下用瓦斯抽放管的具体发展措施,以便提升煤矿井下用瓦斯抽放管行业的水平。

关键词：煤矿瓦斯抽放管主要问题应对措施

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PVC三层共挤瓦斯抽放管的研究

科技与创新 2016年第17期 143-144页

作者：孟丽盼河南天成环保科技股份有限公司河南平顶山467000

长期以来,井下大多使用金属管道作为抽放瓦斯管,但是,金属管道存在容易生锈腐蚀、碰撞易产生火花和运输不便等问题。PVC三层共挤瓦斯抽放管是以PVC树脂为主要成分,添加各种助剂,通过三层共挤新型生产技术进行挤出成型的瓦斯抽放管,可以... 详细信息

长期以来,井下大多使用金属管道作为抽放瓦斯管,但是,金属管道存在容易生锈腐蚀、碰撞易产生火花和运输不便等问题。PVC三层共挤瓦斯抽放管是以PVC树脂为主要成分,添加各种助剂,通过三层共挤新型生产技术进行挤出成型的瓦斯抽放管,可以有效代替质量大、安装不便、易腐蚀、使用寿命短的钢管,巧妙地解决了普通塑料管静电指标和强度指标相互制约的难题。

关键词：三层共挤瓦斯抽放管 PVC 煤矿安全