【你进步了吗】管道的热伸长及其补偿知识点分享

今天，查看了些关于管道的热伸长及其补偿的资料，也总结了一些重点，下面分享给大家，也希望和大家讨论交流下：



《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。

想要更多了解请看：
《采暖通风与空气调节设计规范》 >>>点击下载该规范



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：
1. 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。

2. 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。

上述所谓“水平管或总立管”，是指管道分支接点较少的管段，“垂直双管及跨越管与立管同轴的单管系统”，显然是指管道分支接点较多的管段，所以引起位移的允许最大值要小一些，实际上是要求不大于10mm。而对于无分支接点的管段，北京市建筑设计研究院《建筑设备专业技术措施》和《全国民用建筑工程设计技术措施—暖通空调·动力》，都提出“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。”

《全国民用建筑工程设计技术措施—暖通空调·动力》（2003版）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。”

2009年版的2.4.11-1条，仍沿用上述建议，但与新增的2.4.11-2条“垂直双管及跨越管与立管同轴的单管系统的散热器立管，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”,是有矛盾的。



　　下面就几种补偿器的受力分析和应力验算问题，予以简要的介绍。
（一）、方形补偿器
　方形补偿器是应用很普遍的供热管道补偿器。进行管道的强度计算时，通常需要确定：
　　 1．方形补偿器所补偿的伸长量

　　 2．选择方形补偿器的形式和几何尺寸；

　　 3．根据方形补偿器的几何尺寸和热伸长量，进行应力验算。

　　验算最不利断面上的应力不超过规定的许用应力范围，并计算方形补偿器的弹性力，从而确定对固定支座产生的水平推力的大小。
　　根据《技术规定》，管道由热胀、冷缩和其它位移受约束而产生的热胀二次应力，不得大于按下式计算的许用应力值。

　　验算补偿器应力时，采用较高的许用应力值，是基于热膨胀应力属于二次应力范畴。利用上述应力分类法，充分考虑发挥结构的承载能力.

图15-3 光滑弯管方形补偿器计算图

（二）、自然补偿管段
　　常见的自然补偿管段的形式有：L型，Z型和直角弯的自然补偿管段．它的受力和热伸长后的变形示意图可见图15-4所示：


图15-4 常见的自然补偿管段的受力及变形示意图 (a)L型自然补偿管段；(b)直角弯自然补偿管段；(c)Z型自然补偿管段Lch——长臂；LD——短臂；L——中间臂

　　在自然补偿管段受热变形时，与方形补偿器的不同点，在于直管段都分有横向位移，因而作用在固定支点上有两个方向的弹性力（ Px和Py，见图15-4）．此外，一切自然补偿管段理论计算公式，都是基于管路可以自由横向位移的假设条件计算得出的．但实际上，由于存在着活动支座，它妨碍着管路的横向位移，而使管路的应力会大．因此，采用自然补偿管段补偿热伸长时，其各臂长度不宜采用过大数值，其自由臂长不宜大30m．同时，短臂过短（或长臂与短臂之比过大），短臂固定支座的应力会超过许用应力值．通常在设计手册中，常给出限定短臂的最短长度．

（三）、套筒（管）式补偿器
　　套筒补偿器应设置在直线管段上，以补偿两个固定支座之间管道的热伸长套筒补偿器的最大补偿量，可从产品样本上查出。考虑到管道安装后可能达到的最低温度，会低于补偿器安装时的温度，补偿器产生冷缩。因此，两个固定支座之间被补偿管段的长度，应有下式计算确定：


　　套筒补偿器伸缩过程中的摩擦力，理论上应分别按拉紧螺栓产生的摩擦力或由内压力产生的摩擦力两种情况进行计算。算出其数值后取较大值，但往往缺乏基础数据，工程实际中摩擦力由产品样本提供。

（四）、波纹管补偿器
　　波纹管补偿器按补偿方式区分，有轴向、横向及铰接等型式。在供热管道上轴向补偿器应用最广，用以补偿直线管段的热伸长量。轴向补偿器的最大补偿能力，同样可从产品样本上查出选用。
　　轴向波纹管补偿器受热膨胀时，由于位移产生弹性力，可按下式计算：






为使轴向波纹管补偿器严格按管线轴线热胀或冷缩，补偿器应靠近一个固定支座（架）设置，并设置导向支座，导向支座宜采用整体箍住管子的型式，以控制横向位移和防止管子纵向变形。

固定支架承受的水平荷载包括：

1. 活动支架因热伸缩引起的摩擦反力；

2. 补偿器因热伸缩引起的弹性反力；

3. 因内压不平衡产生的推力。

（一）、力是矢量，有方向性。应在得到数值的同时，明确其方向。

(二)、应以每个固定支架为对象，分析来自补偿器弹性力、滑动支架摩擦反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？

(三)、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。

(四)、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。这是波纹补偿器常出现工程事故的主要原因。

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