城市集中供热管网设计之补偿器的使用和安装(二)

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城市集中供热管网设计之补偿器的使用和安装(二)
发布人:河北伟业波纹管 admin  发布日期:2011-7-18 11:01:22
三、波纹管补偿器在热力管网中的应用
在热力管网敷设中,补偿器是
证管道安全运行的重要部件。波纹管补偿以其体积小、重量轻、节省钢材、占地面积小、流动阻力小、不易渗漏,已开始占有举足轻重的地位,而且很有发展前景。目前波纹管制造突破了传统的材料和工艺,采用高弹性金属管经滚压一次成型,并采用多层金属结构,从而提高了其补偿能力和承压能力,应用新技术制造的波纹管补偿为其在热力管网中的应用提供了可靠的保证。
尽管波纹补偿器有很多优点,但它也有自身的缺点。例如轴向型波纹补偿器对主固定支架产生压力推力,管壁较薄不能承受扭力,设备投资高等。许多设计人员对波纹补偿器的认识还不够全面,因此在设计中存在计算和补偿管系选定不合理问题。
波纹管补偿器根据位移形式可基本分为轴向、横向、角向三类,每一类都有各自的优点和缺点,所以必须根据不同的使用条件,恰当地选用才能使波纹补偿器正常工作,做到波纹补偿器设计选型经济、合理。
轴向补偿  直管段上的膨胀节对沿膨胀节及管段的轴向方向拉伸与压缩进行补偿。膨胀节给出的额定补偿量包括拉伸、压缩位移的总和。轴向型补偿器。这是应用最多的也是最基本的型式。在工作时主要是利用其波纹部分的轴向变形来吸收管道的轴向位移。
横向补偿  是在“L”、“Z”、“Ⅱ”型管道中的补偿形式。通过成对的波纹管弯曲变形实现直线补偿。
角向补偿  管路补偿需要膨胀节作弯曲变形,它们往往是两个或三个角向式膨胀节组合使用,实现直线补偿。
铰链型补偿器  在结构上由波纹管、活动铰链、销轴组成。该补偿器可在同一平面内作角向偏转,因此可吸收管道在同一平面内的角位移。
万向铰链型补偿器  在结构上由波纹管、铰链和万向铰链组成。它可以在任意平面内作角向偏转,从而可吸收管道的任意平面内的角位移(空间角位移)。
波纹管的产品性能有两大类:其中一种是为满足使用必须保证的性能,如耐压、耐温、耐疲劳和弹性补偿等;另一类,如刚度、有效面积、材质等,它们不是使用所需要的,但它们对管系的设计及补偿器的使用有重要影响,所以对它们都要有充分的认识。波纹补偿器的补偿能力源于波纹管的弹性变形,有拉伸、压缩、弯曲及它们的组合变形。补偿能力的大小,由设计者根据需要确定规定的额定补偿量,即表示在一定条件下具有的最大补偿能力。热力管网两固定点之间的最大长度是由管道失稳条件决定的,它与管径的大小及补偿器的补偿能力有关,一条管线无论如何复杂都可以通过设置固定支座将其分割成若干形状相对简单的独立管段,如直管段,L形管段,Z形管段等。波纹管补偿器的计算应从以下几方面着手。
(1)热力管道的热伸长量通常按下式计算:
      Δx=α(t1-t2)L
其中:Δx —— 管道的热伸长量,mm;
      α —— 钢管的线膨胀系数,mm/(m ℃),     
   t1 —— 管内介质温度,℃,管内介质指蒸汽、热水、过热水等;
      t2 —— 管道安装时的温度,℃,
   L —— 管道计算长度,m。
    计算管道热伸长量,是为了确定
补偿器的所需补偿量,或验算管道因热伸长而产生的压缩应力,所以对于管道的热伸长量应计算其最大值,即取冷态安装条件的最低温度和热态运行条件的最高温度之间的最大温差。由于管网安装的气候条件差异很大,因此t2不应有统一的取值,应根据当时的气候条件和施工环境,确定适当的管道安装温度。
      (2)安装轴向型补偿器的管道轴向推力F,按下式计算:
          Fx=Fp+Fm+Fs                                      N
  式中: Fp——内压力产生的推力,          N
         FS——波纹管补偿的弹性反力      N
Fm——管道活动支架的摩擦力      N
         计算固定支架推力时,应按管道的具体敷设方式,参考上述公式按支架两侧管道推力的合力计算。
(3)管道应力验算
补偿器在内压作用下的失稳包括两种情况,即平面失稳和轴向柱状失稳。
A、 平面失稳  表现为一个或几个波纹的平面相对于波纹管轴线发生转动而倾斜,但其波平面的圆心基本在波纹管的轴线上。这是由于内压产生的子午向弯曲应力和周向薄膜应力的合力超过材料屈服强度,局部出现塑性变形所致。
B、 柱失稳  波纹管的波纹连续地横向偏移,使波纹管偏移后的实际轴线成弧形或S形(在多波情况下呈S形)。这种情况多数是因为波纹数太多,波纹管有效长度L跟内径d之比(L/d)太大造成的。为避免失稳情况发生,对管道应进行应力验算。

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