供熱管道的熱伸長及其補(bǔ)償

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　　供熱管道安裝投運(yùn)后，由于管道被熱媒加熱引起管道受熱伸長。管道受熱的自由伸長量，可按下式計(jì)算：

    如前所述，在供熱管網(wǎng)中設(shè)置固定支架，并在固定支架之間設(shè)置各種形式的補(bǔ)償器，如自然補(bǔ)償器、套管式、波紋管、方形或球形補(bǔ)償器等，其目的在于補(bǔ)償該管段的熱伸長，從而減弱或消除因熱脹冷縮力所產(chǎn)生的應(yīng)力 。

　　下面就幾種補(bǔ)償器的受力分析和應(yīng)力驗(yàn)算問題，予以簡要的介紹。

一、方形補(bǔ)償器

　　方形補(bǔ)償器是應(yīng)用很普遍的供熱管道補(bǔ)償器。進(jìn)行管道的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，通常需要確定：

　　    1．方形補(bǔ)償器所補(bǔ)償?shù)纳扉L量    

　　    2．選擇方形補(bǔ)償器的形式和幾何尺寸；

　　    3．根據(jù)方形補(bǔ)償器的幾何尺寸和熱伸長量，進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)算。

　　驗(yàn)算最不利斷面上的應(yīng)力不超過規(guī)定的許用應(yīng)力范圍，并計(jì)算方形補(bǔ)償器的彈性力，從而確定對固定支座產(chǎn)生的水平推力的大小。

　　根據(jù)《技術(shù)規(guī)定》，管道由熱脹、冷縮和其它位移受約束而產(chǎn)生的熱脹二次應(yīng)力，不得大于按下式計(jì)算的許用應(yīng)力值。

　　驗(yàn)算補(bǔ)償器應(yīng)力時(shí)，采用較高的許用應(yīng)力值，是基于熱膨脹應(yīng)力屬于二次應(yīng)力范疇。利用上述應(yīng)力分類法，充分考慮發(fā)揮結(jié)構(gòu)的承載能力.

二、自然補(bǔ)償管段

　　常見的自然補(bǔ)償管段的形式有：L型，Z型和直角彎的自然補(bǔ)償管段．它的受力和熱伸長后的變形示意圖可見圖15-4所示：

　　在自然補(bǔ)償管段受熱變形時(shí)，與方形補(bǔ)償器的不同點(diǎn)，在于直管段都分有橫向位移，因而作用在固定支點(diǎn)上有兩個(gè)方向的彈性力（ Px和Py，見圖15-4）．此外，一切自然補(bǔ)償管段理論計(jì)算公式，都是基于管路可以自由橫向位移的假設(shè)條件計(jì)算得出的．但實(shí)際上，由于存在著活動(dòng)支座，它妨礙著管路的橫向位移，而使管路的應(yīng)力會(huì)大．因此，采用自然補(bǔ)償管段補(bǔ)償熱伸長時(shí)，其各臂長度不宜采用過大數(shù)值，其自由臂長不宜大30m．同時(shí)，短臂過短（或長臂與短臂之比過大），短臂固定支座的應(yīng)力會(huì)超過許用應(yīng)力值．通常在設(shè)計(jì)手冊中，常給出限定短臂的最短長度．

三、套筒（管）式補(bǔ)償器

　　套筒補(bǔ)償器應(yīng)設(shè)置在直線管段上，以補(bǔ)償兩個(gè)固定支座之間管道的熱伸長套筒補(bǔ)償器的最大補(bǔ)償量，可從產(chǎn)品樣本上查出。考慮到管道安裝后可能達(dá)到的最低溫度，會(huì)低于補(bǔ)償器安裝時(shí)的溫度，補(bǔ)償器產(chǎn)生冷縮。因此，兩個(gè)固定支座之間被補(bǔ)償管段的長度，應(yīng)有下式計(jì)算確定：

　　套筒補(bǔ)償器伸縮過程中的摩擦力，理論上應(yīng)分別按拉緊螺栓產(chǎn)生的摩擦力或由內(nèi)壓力產(chǎn)生的摩擦力兩種情況進(jìn)行計(jì)算。算出其數(shù)值后取較大值，但往往缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，工程實(shí)際中摩擦力由產(chǎn)品樣本提供。

四、波紋管補(bǔ)償器

　　波紋管補(bǔ)償器按補(bǔ)償方式區(qū)分，有軸向、橫向及鉸接等型式。在供熱管道上軸向補(bǔ)償器應(yīng)用最廣，用以補(bǔ)償直線管段的熱伸長量。軸向補(bǔ)償器的最大補(bǔ)償能力，同樣可從產(chǎn)品樣本上查出選用。

　　軸向波紋管補(bǔ)償器受熱膨脹時(shí)，由于位移產(chǎn)生彈性力，可按下式計(jì)算：

 

   為使軸向波紋管補(bǔ)償器嚴(yán)格按管線軸線熱脹或冷縮，補(bǔ)償器應(yīng)靠近一個(gè)固定支座（架）設(shè)置，并設(shè)置導(dǎo)向支座，導(dǎo)向支座宜采用整體箍住管子的型式，以控制橫向位移和防止管子縱向變形。