城市集中供熱管網(wǎng)設計之補償器的使用和安裝(二)
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城市集中供熱管網(wǎng)設計之補償器的使用和安裝(二)
三、波紋管補償器在熱力管網(wǎng)中的應用
在熱力管網(wǎng)敷設中，補償器是 保 證管道安全運行的重要部件。波紋管補償以其體積小、重量輕、節(jié)省鋼材、占地面積小、流動阻力小、不易滲漏，已開始占有舉足輕重的地位，而且很有發(fā)展前景。目前波紋管制造突破了傳統(tǒng)的材料和工藝，采用高彈性金屬管經(jīng)滾壓一次成型，并采用多層金屬結構，從而提高了其補償能力和承壓能力，應用新技術制造的波紋管補償為其在熱力管網(wǎng)中的應用提供了可靠的_。
盡管波紋補償器有很多優(yōu)點，但它也有自身的缺點。例如軸向型波紋補償器對主固定支架產(chǎn)生壓力推力，管壁較薄不能承受扭力，設備投資高等。許多設計人員對波紋補償器的認識還不夠全面，因此在設計中存在計算和補償管系選定不合理問題。
波紋管補償器根據(jù)位移形式可基本分為軸向、橫向、角向三類，每一類都有各自的優(yōu)點和缺點，所以_根據(jù)不同的使用條件，恰當?shù)剡x用才能使波紋補償器正常工作，做到波紋補償器設計選型經(jīng)濟、合理。
軸向補償 直管段上的膨脹節(jié)對沿膨脹節(jié)及管段的軸向方向拉伸與壓縮進行補償。膨脹節(jié)給出的額定補償量包括拉伸、壓縮位移的總和。軸向型補償器。這是應用_多的也是_基本的型式。在工作時主要是利用其波紋部分的軸向變形來吸收管道的軸向位移。
橫向補償 是在“L”、“Z”、“Ⅱ”型管道中的補償形式。通過成對的波紋管彎曲變形實現(xiàn)直線補償。
角向補償 管路補償需要膨脹節(jié)作彎曲變形，它們往往是兩個或三個角向式膨脹節(jié)組合使用，實現(xiàn)直線補償。
鉸鏈型補償器 在結構上由波紋管、活動鉸鏈、銷軸組成。該補償器可在同一平面內作角向偏轉，因此可吸收管道在同一平面內的角位移。
萬向鉸鏈型補償器 在結構上由波紋管、鉸鏈和萬向鉸鏈組成。它可以在任意平面內作角向偏轉，從而可吸收管道的任意平面內的角位移（空間角位移）。 波紋管 的產(chǎn)品性能有兩大類：其中一種是為滿足使用__的性能，如耐壓、耐溫、耐疲勞和彈性補償?shù)龋涣硪活悾鐒偠取⒂行娣e、材質等，它們不是使用所需要的，但它們對管系的設計及補償器的使用有重要影響，所以對它們都要有充分的認識。 波紋補償器 的補償能力源于波紋管的彈性變形，有拉伸、壓縮、彎曲及它們的組合變形。補償能力的大小，由設計者根據(jù)需要確定規(guī)定的額定補償量，即表示在_條件下具有的_補償能力。熱力管網(wǎng)兩固定點之間的_長度是由管道失穩(wěn)條件決定的，它與管徑的大小及補償器的補償能力有關，一條管線無論如何復雜都可以通過設置固定支座將其分割成若干形狀相對簡單的獨立管段，如直管段，L形管段，Z形管段等。波紋管補償器的計算應從以下幾方面著手。
（1）熱力管道的熱伸長量通常按下式計算：
Δx=α(t1-t2)L
其中：Δx —— 管道的熱伸長量，mm;
α —— 鋼管的線膨脹系數(shù)，mm/(m ℃),
t1 —— 管內介質溫度，℃，管內介質指蒸汽、熱水、過熱水等;
t2 —— 管道安裝時的溫度,℃,
L —— 管道計算長度，m。
計算管道熱伸長量，是為了確定 補償器 的所需補償量，或驗算管道因熱伸長而產(chǎn)生的壓縮應力，所以對于管道的熱伸長量應計算其_值，即取冷態(tài)安裝條件的_溫度和熱態(tài)運行條件的_溫度之間的_溫差。由于管網(wǎng)安裝的氣候條件差異很大，因此t2不應有統(tǒng)一的取值，應根據(jù)當時的氣候條件和施工環(huán)境，確定適當?shù)墓艿腊惭b溫度。
（2）安裝軸向型補償器的管道軸向推力F，按下式計算：
Fx=Fp+Fm+Fs N
式中： Fp——內壓力產(chǎn)生的推力， N
FS——波紋管補償?shù)膹椥苑戳?#160; N
Fm——管道活動支架的摩擦力 N
計算固定支架推力時，應按管道的具體敷設方式，參考上述公式按支架兩側管道推力的合力計算。
波紋管補償器在內壓作用下的失穩(wěn)包括兩種情況，即平面失穩(wěn)和軸向柱狀失穩(wěn)。
A、 平面失穩(wěn) 表現(xiàn)為一個或幾個波紋的平面相對于波紋管軸線發(fā)生轉動而傾斜，但其波平面的圓心基本在波紋管的軸線上。這是由于內壓產(chǎn)生的子午向彎曲應力和周向薄膜應力的合力_材料屈服強度，局部出現(xiàn)塑性變形所致。
B、 柱失穩(wěn)波紋管補償器的波紋連續(xù)地橫向偏移，使波紋管偏移后的實際軸線成弧形或S形（在多波情況下呈S形）。這種情況多數(shù)是因為波紋數(shù)太多，波紋管有效長度L跟內徑d之比（L/d）太大造成的。為避免失穩(wěn)情況發(fā)生，對管道應進行應力驗算。
在熱力管網(wǎng)敷設中，補償器是 保 證管道安全運行的重要部件。波紋管補償以其體積小、重量輕、節(jié)省鋼材、占地面積小、流動阻力小、不易滲漏，已開始占有舉足輕重的地位，而且很有發(fā)展前景。目前波紋管制造突破了傳統(tǒng)的材料和工藝，采用高彈性金屬管經(jīng)滾壓一次成型，并采用多層金屬結構，從而提高了其補償能力和承壓能力，應用新技術制造的波紋管補償為其在熱力管網(wǎng)中的應用提供了可靠的_。
盡管波紋補償器有很多優(yōu)點，但它也有自身的缺點。例如軸向型波紋補償器對主固定支架產(chǎn)生壓力推力，管壁較薄不能承受扭力，設備投資高等。許多設計人員對波紋補償器的認識還不夠全面，因此在設計中存在計算和補償管系選定不合理問題。
波紋管補償器根據(jù)位移形式可基本分為軸向、橫向、角向三類，每一類都有各自的優(yōu)點和缺點，所以_根據(jù)不同的使用條件，恰當?shù)剡x用才能使波紋補償器正常工作，做到波紋補償器設計選型經(jīng)濟、合理。
軸向補償 直管段上的膨脹節(jié)對沿膨脹節(jié)及管段的軸向方向拉伸與壓縮進行補償。膨脹節(jié)給出的額定補償量包括拉伸、壓縮位移的總和。軸向型補償器。這是應用_多的也是_基本的型式。在工作時主要是利用其波紋部分的軸向變形來吸收管道的軸向位移。
橫向補償 是在“L”、“Z”、“Ⅱ”型管道中的補償形式。通過成對的波紋管彎曲變形實現(xiàn)直線補償。
角向補償 管路補償需要膨脹節(jié)作彎曲變形，它們往往是兩個或三個角向式膨脹節(jié)組合使用，實現(xiàn)直線補償。
鉸鏈型補償器 在結構上由波紋管、活動鉸鏈、銷軸組成。該補償器可在同一平面內作角向偏轉，因此可吸收管道在同一平面內的角位移。
萬向鉸鏈型補償器 在結構上由波紋管、鉸鏈和萬向鉸鏈組成。它可以在任意平面內作角向偏轉，從而可吸收管道的任意平面內的角位移（空間角位移）。 波紋管 的產(chǎn)品性能有兩大類：其中一種是為滿足使用__的性能，如耐壓、耐溫、耐疲勞和彈性補償?shù)龋涣硪活悾鐒偠取⒂行娣e、材質等，它們不是使用所需要的，但它們對管系的設計及補償器的使用有重要影響，所以對它們都要有充分的認識。 波紋補償器 的補償能力源于波紋管的彈性變形，有拉伸、壓縮、彎曲及它們的組合變形。補償能力的大小，由設計者根據(jù)需要確定規(guī)定的額定補償量，即表示在_條件下具有的_補償能力。熱力管網(wǎng)兩固定點之間的_長度是由管道失穩(wěn)條件決定的，它與管徑的大小及補償器的補償能力有關，一條管線無論如何復雜都可以通過設置固定支座將其分割成若干形狀相對簡單的獨立管段，如直管段，L形管段，Z形管段等。波紋管補償器的計算應從以下幾方面著手。
（1）熱力管道的熱伸長量通常按下式計算：
Δx=α(t1-t2)L
其中：Δx —— 管道的熱伸長量，mm;
α —— 鋼管的線膨脹系數(shù)，mm/(m ℃),
t1 —— 管內介質溫度，℃，管內介質指蒸汽、熱水、過熱水等;
t2 —— 管道安裝時的溫度,℃,
L —— 管道計算長度，m。
計算管道熱伸長量，是為了確定 補償器 的所需補償量，或驗算管道因熱伸長而產(chǎn)生的壓縮應力，所以對于管道的熱伸長量應計算其_值，即取冷態(tài)安裝條件的_溫度和熱態(tài)運行條件的_溫度之間的_溫差。由于管網(wǎng)安裝的氣候條件差異很大，因此t2不應有統(tǒng)一的取值，應根據(jù)當時的氣候條件和施工環(huán)境，確定適當?shù)墓艿腊惭b溫度。
（2）安裝軸向型補償器的管道軸向推力F，按下式計算：
Fx=Fp+Fm+Fs N
式中： Fp——內壓力產(chǎn)生的推力， N
FS——波紋管補償?shù)膹椥苑戳?#160; N
Fm——管道活動支架的摩擦力 N
計算固定支架推力時，應按管道的具體敷設方式，參考上述公式按支架兩側管道推力的合力計算。
（3）管道應力驗算
A、 平面失穩(wěn) 表現(xiàn)為一個或幾個波紋的平面相對于波紋管軸線發(fā)生轉動而傾斜，但其波平面的圓心基本在波紋管的軸線上。這是由于內壓產(chǎn)生的子午向彎曲應力和周向薄膜應力的合力_材料屈服強度，局部出現(xiàn)塑性變形所致。
B、 柱失穩(wěn)波紋管補償器的波紋連續(xù)地橫向偏移，使波紋管偏移后的實際軸線成弧形或S形（在多波情況下呈S形）。這種情況多數(shù)是因為波紋數(shù)太多，波紋管有效長度L跟內徑d之比（L/d）太大造成的。為避免失穩(wěn)情況發(fā)生，對管道應進行應力驗算。
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