城市集中供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)之補(bǔ)償器的使用和安裝(二)
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城市集中供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)之補(bǔ)償器的使用和安裝(二)
三、波紋管補(bǔ)償器在熱力管網(wǎng)中的應(yīng)用
在熱力管網(wǎng)敷設(shè)中，補(bǔ)償器是 保 證管道安全運(yùn)行的重要部件。波紋管補(bǔ)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(jié)構(gòu)，從而提高了其補(bǔ)償能力和承壓能力，應(yīng)用新技術(shù)制造的波紋管補(bǔ)償為其在熱力管網(wǎng)中的應(yīng)用提供了可靠的_。
盡管波紋補(bǔ)償器有很多優(yōu)點(diǎn)，但它也有自身的缺點(diǎn)。例如軸向型波紋補(bǔ)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(shè)備投資高等。許多設(shè)計(jì)人員對波紋補(bǔ)償器的認(rèn)識還不夠全面，因此在設(shè)計(jì)中存在計(jì)算和補(bǔ)償管系選定不合理問題。
波紋管補(bǔ)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(diǎn)和缺點(diǎn)，所以_根據(jù)不同的使用條件，恰當(dāng)?shù)剡x用才能使波紋補(bǔ)償器正常工作，做到波紋補(bǔ)償器設(shè)計(jì)選型經(jīng)濟(jì)、合理。
軸向補(bǔ)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(jìn)行補(bǔ)償。膨脹節(jié)給出的額定補(bǔ)償量包括拉伸、壓縮位移的總和。軸向型補(bǔ)償器。這是應(yīng)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(bǔ)償 是在“L”、“Z”、“Ⅱ”型管道中的補(bǔ)償形式。通過成對的波紋管彎曲變形實(shí)現(xiàn)直線補(bǔ)償。
角向補(bǔ)償 管路補(bǔ)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(shí)現(xiàn)直線補(bǔ)償。
鉸鏈型補(bǔ)償器 在結(jié)構(gòu)上由波紋管、活動鉸鏈、銷軸組成。該補(bǔ)償器可在同一平面內(nèi)作角向偏轉(zhuǎn)，因此可吸收管道在同一平面內(nèi)的角位移。
萬向鉸鏈型補(bǔ)償器 在結(jié)構(gòu)上由波紋管、鉸鏈和萬向鉸鏈組成。它可以在任意平面內(nèi)作角向偏轉(zhuǎn)，從而可吸收管道的任意平面內(nèi)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(bǔ)償?shù)龋涣硪活?，如剛度、有效面積、材質(zhì)等，它們不是使用所需要的，但它們對管系的設(shè)計(jì)及補(bǔ)償器的使用有重要影響，所以對它們都要有充分的認(rèn)識。 波紋補(bǔ)償器 的補(bǔ)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(bǔ)償能力的大小，由設(shè)計(jì)者根據(jù)需要確定規(guī)定的額定補(bǔ)償量，即表示在_條件下具有的_補(bǔ)償能力。熱力管網(wǎng)兩固定點(diǎn)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(bǔ)償器的補(bǔ)償能力有關(guān)，一條管線無論如何復(fù)雜都可以通過設(shè)置固定支座將其分割成若干形狀相對簡單的獨(dú)立管段，如直管段，L形管段，Z形管段等。波紋管補(bǔ)償器的計(jì)算應(yīng)從以下幾方面著手。
（1）熱力管道的熱伸長量通常按下式計(jì)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(nèi)介質(zhì)溫度，℃，管內(nèi)介質(zhì)指蒸汽、熱水、過熱水等;
t2 —— 管道安裝時的溫度,℃,
L —— 管道計(jì)算長度，m。
計(jì)算管道熱伸長量，是為了確定 補(bǔ)償器 的所需補(bǔ)償量，或驗(yàn)算管道因熱伸長而產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力，所以對于管道的熱伸長量應(yīng)計(jì)算其_值，即取冷態(tài)安裝條件的_溫度和熱態(tài)運(yùn)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(yīng)有統(tǒng)一的取值，應(yīng)根據(jù)當(dāng)時的氣候條件和施工環(huán)境，確定適當(dāng)?shù)墓艿腊惭b溫度。
（2）安裝軸向型補(bǔ)償器的管道軸向推力F，按下式計(jì)算：
Fx=Fp+Fm+Fs N
式中： Fp——內(nèi)壓力產(chǎn)生的推力， N
FS——波紋管補(bǔ)償?shù)膹椥苑戳?#160; N
Fm——管道活動支架的摩擦力 N
計(jì)算固定支架推力時，應(yīng)按管道的具體敷設(shè)方式，參考上述公式按支架兩側(cè)管道推力的合力計(jì)算。
波紋管補(bǔ)償器在內(nèi)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(zhuǎn)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(nèi)壓產(chǎn)生的子午向彎曲應(yīng)力和周向薄膜應(yīng)力的合力_材料屈服強(qiáng)度，局部出現(xiàn)塑性變形所致。
B、 柱失穩(wěn)波紋管補(bǔ)償器的波紋連續(xù)地橫向偏移，使波紋管偏移后的實(shí)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?yàn)椴y數(shù)太多，波紋管有效長度L跟內(nèi)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(yīng)進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)算。
在熱力管網(wǎng)敷設(shè)中，補(bǔ)償器是 保 證管道安全運(yùn)行的重要部件。波紋管補(bǔ)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(jié)構(gòu)，從而提高了其補(bǔ)償能力和承壓能力，應(yīng)用新技術(shù)制造的波紋管補(bǔ)償為其在熱力管網(wǎng)中的應(yīng)用提供了可靠的_。
盡管波紋補(bǔ)償器有很多優(yōu)點(diǎn)，但它也有自身的缺點(diǎn)。例如軸向型波紋補(bǔ)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(shè)備投資高等。許多設(shè)計(jì)人員對波紋補(bǔ)償器的認(rèn)識還不夠全面，因此在設(shè)計(jì)中存在計(jì)算和補(bǔ)償管系選定不合理問題。
波紋管補(bǔ)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(diǎn)和缺點(diǎn)，所以_根據(jù)不同的使用條件，恰當(dāng)?shù)剡x用才能使波紋補(bǔ)償器正常工作，做到波紋補(bǔ)償器設(shè)計(jì)選型經(jīng)濟(jì)、合理。
軸向補(bǔ)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(jìn)行補(bǔ)償。膨脹節(jié)給出的額定補(bǔ)償量包括拉伸、壓縮位移的總和。軸向型補(bǔ)償器。這是應(yīng)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(bǔ)償 是在“L”、“Z”、“Ⅱ”型管道中的補(bǔ)償形式。通過成對的波紋管彎曲變形實(shí)現(xiàn)直線補(bǔ)償。
角向補(bǔ)償 管路補(bǔ)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(shí)現(xiàn)直線補(bǔ)償。
鉸鏈型補(bǔ)償器 在結(jié)構(gòu)上由波紋管、活動鉸鏈、銷軸組成。該補(bǔ)償器可在同一平面內(nèi)作角向偏轉(zhuǎn)，因此可吸收管道在同一平面內(nèi)的角位移。
萬向鉸鏈型補(bǔ)償器 在結(jié)構(gòu)上由波紋管、鉸鏈和萬向鉸鏈組成。它可以在任意平面內(nèi)作角向偏轉(zhuǎn)，從而可吸收管道的任意平面內(nèi)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(bǔ)償?shù)龋涣硪活?，如剛度、有效面積、材質(zhì)等，它們不是使用所需要的，但它們對管系的設(shè)計(jì)及補(bǔ)償器的使用有重要影響，所以對它們都要有充分的認(rèn)識。 波紋補(bǔ)償器 的補(bǔ)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(bǔ)償能力的大小，由設(shè)計(jì)者根據(jù)需要確定規(guī)定的額定補(bǔ)償量，即表示在_條件下具有的_補(bǔ)償能力。熱力管網(wǎng)兩固定點(diǎn)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(bǔ)償器的補(bǔ)償能力有關(guān)，一條管線無論如何復(fù)雜都可以通過設(shè)置固定支座將其分割成若干形狀相對簡單的獨(dú)立管段，如直管段，L形管段，Z形管段等。波紋管補(bǔ)償器的計(jì)算應(yīng)從以下幾方面著手。
（1）熱力管道的熱伸長量通常按下式計(jì)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(nèi)介質(zhì)溫度，℃，管內(nèi)介質(zhì)指蒸汽、熱水、過熱水等;
t2 —— 管道安裝時的溫度,℃,
L —— 管道計(jì)算長度，m。
計(jì)算管道熱伸長量，是為了確定 補(bǔ)償器 的所需補(bǔ)償量，或驗(yàn)算管道因熱伸長而產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力，所以對于管道的熱伸長量應(yīng)計(jì)算其_值，即取冷態(tài)安裝條件的_溫度和熱態(tài)運(yùn)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(yīng)有統(tǒng)一的取值，應(yīng)根據(jù)當(dāng)時的氣候條件和施工環(huán)境，確定適當(dāng)?shù)墓艿腊惭b溫度。
（2）安裝軸向型補(bǔ)償器的管道軸向推力F，按下式計(jì)算：
Fx=Fp+Fm+Fs N
式中： Fp——內(nèi)壓力產(chǎn)生的推力， N
FS——波紋管補(bǔ)償?shù)膹椥苑戳?#160; N
Fm——管道活動支架的摩擦力 N
計(jì)算固定支架推力時，應(yīng)按管道的具體敷設(shè)方式，參考上述公式按支架兩側(cè)管道推力的合力計(jì)算。
（3）管道應(yīng)力驗(yàn)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(zhuǎn)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(nèi)壓產(chǎn)生的子午向彎曲應(yīng)力和周向薄膜應(yīng)力的合力_材料屈服強(qiáng)度，局部出現(xiàn)塑性變形所致。
B、 柱失穩(wěn)波紋管補(bǔ)償器的波紋連續(xù)地橫向偏移，使波紋管偏移后的實(shí)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?yàn)椴y數(shù)太多，波紋管有效長度L跟內(nèi)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(yīng)進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)算。
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