管道的热伸缩及其补偿

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楼主 2020-04-06 03:42:01
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   1.《采暖通风与空气调节设计规范》4.8.17条: 采暖管道必须计算其热膨胀。当利用管段的自然补偿不能满足要求时,应设置补偿器。

为什么是强制性条文?

两个典型工程事故的实例

工程事故以后设计积极的和消极的应对

2. 热伸缩引起位移的允许最大值?

北京市建筑设计研究院《建筑设备专业技术措施》的12.8.3条:

水平管或总立管固定点的布置,应保证分支管接点处的最大位移≤40mm。无分支接点的管段,间距应保证伸缩量不大于补偿器或自然补偿所能吸收的最大补偿量。

垂直双管系统、闭合管与立管同轴的垂直单管系统的连接散热器支管的立管,长度≤20m时,可在立管中间设固定卡;长度>20m时,应采取补偿措施。立管穿楼板处,应加套管。固定卡以下长度>10m的立管,应以三个弯头与干管连接。

《全国民用建筑工程设计技术措施—暖通空调·动力》2.8.8条:

 “……连接散热器的立管应保证管道分支接点由管道胀缩引起的最大位移不大于20mm。”安全度似不够?

3.补偿器对固定支架作用力? 水平荷载包括:

 ※ 活动支架因热伸缩引起的摩擦反力;

 ※ 补偿器因热伸缩引起的的弹性反力;

 ※ 因内压不平衡产生的推力。

1)力是矢量,有方向性。应在得到数值的同时,明确其方向。

2)应以每个固定支架为对象,分析来自补偿器弹性力、滑动支架摩擦力和内压不平衡推力作用的方向和数值。方向相同叠加,方向相反抵消,判断哪些是“平衡”的固定支架,哪些是“受力”的固定支架?

3)还应研究和比较哪些力是在热态运行时发生,哪些力是在冷态水压试验时发生?取“热态运行”或“冷态水压试验”时的较大值,作为固定支架强度设计的依据。

4)活动支架摩擦反力和补偿器弹性反力对于固定支架作用力的大小和方向,弯管补偿器或波纹补偿器是相同的,但内压不平衡产生的推力则有显著的区别。

这是后者(波纹补偿器)常出现工程事故的主要原因。



弯管补偿器的整体是弹性元件,依靠整体构件的变形以形成热伸缩的补偿量。

但弯管本身是刚性的,在允许承压条件下,内压作用不会引起弯管内腔的变形。

对于弯管补偿器: 内压力 P 均匀作用于管内各表面。

其中:环向力作用于管壁,由管壁材料所承受,不会使管道内腔发生变形。



轴向力(即“盲板力”)作用于固定支架左侧,大小为内压 P 乘以管断面积,方向为←。

轴向力也作用于固定支架右侧,大小相同,方向为→ 。

由于两个力大小相等而方向相反,内压对固定支架的合力为零。



波纹补偿器是弹性元件,与弯管补偿器依靠整体构件的变形以形成补偿量不同,需要用波纹本身的变形以形成补偿量。

热伸缩和内压作用,都会引起波纹本身的变形。



压力 P 均匀作用于管内各表面。其中:环向力作用于管壁,由管壁材料所承受。

轴向力作用于波纹,引起波纹的变形,并通过管道作用于两端的固定支架。

固定支架左侧承受的轴向力,方向为→,大小为P乘以波纹的断面积,即:



固定支架右侧承受作用于弯管处的轴向力(盲板力),方向也为→,大小为P乘以管断面积,即:



由于两个力方向相同,内压对固定支架的作用力为两个力的合力。即:



例如:D300mm管道上波纹补偿器的直径为350mm,管内压力为1.0MPa。

内压对固定支架的作用力为两个力的合力约96kN :


如果水压试验压力为工作压力的1.5倍,则水压试验对固定支架的作用力将达到:14424kgf(14.4t ≌140kN)。

而对于波纹补偿器左侧的固定支架,由于承受左侧另一个波纹补偿器的内压作用力,由于两个力大小相等而方向相反,合力为零,会是一个“平衡”固定支架。

但是,当采取分段试压或其间有阀门关闭时,仍会是“受力”固定支架。

所以,第一,即使是相同的波纹补偿器,对固定支架的作用力也会因配置方式各异而不同。可见,把设计责任推给波纹补偿器厂家是没有道理的。

进行管系强度设计,是研究管系(包括补偿器)对固定支架的作用力,不是研究补偿器本身的刚度、承压、补偿量和工作寿命,许多设计手册或教科书已阐述得很清楚,设计人员应该具备正确设计的能力,完全不应该依赖补偿器厂家的技术支持。

所以,第二,较大口径的室外管道当采取分段试压时,如果按照“平衡”固定支架设计,应设置临时止推支座, 以防试压时损坏。对于一般室内管道,则宜均按照“受力”固定支架设计。

所以,第三,北京市建筑设计研究院《建筑设备专业技术措施》12.8.3条规定:

D≥100mm的弯管补偿器,D≥50mm的波纹管或套筒补偿器,要进行固定支架生根结构的强度验算。

4.其他问题:

1) 由于水压试验压力大于工作压力(例如1.5倍),而活动支架摩擦反力和补偿器弹性反力只在热态运行时发生,波纹补偿器计算固定支架受力也可只按照冷态水压试验压力,而不计算活动支架摩擦反力和补偿器弹性反力。

2) 由于直埋敷设管道应以管道保温层与土壤之间的轴向摩擦反力,取代“活动支架的摩擦反力”,而管道保温层与土壤之间的轴向摩擦反力较大,波纹补偿器宜成对布置,以使对固定支架两侧的作用力相近。

3) 室内垂直管道上的波纹补偿器,宜布置在两个固定支架之间的上端,可以减小内压对固定支架的作用力。



4) 不要过多地设置补偿器。钢管线膨胀系数为0.012 mm/m· K,水平干管或总立管保证分支管接点处的最大位移≤40mm,中间固定、不设补偿器的直段长度,一般散热器采暖系统,可达60m以上,空调水、地面辐射或冷却水系统更可达100m以上。

5)为增加安全度,应细化干管与分支管接点处的构造设计,例如:分支管用不少于两个弯头与干管连接等。

6)有条件时,尽量采用弯曲管段自然补偿,并优先采用弯管补偿器。



来源:暖通南社 微信号:nhvaca

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编辑:河北暖通  微信号:hebnt2015

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