管道的熱伸縮及其補償課件

1、管道的熱伸縮及其補償 北京市建筑設計研究院張錫虎1A1.管道熱伸縮及其補償為什么是強制性條文？2.熱伸縮引起位移的允許最大值?3.補償器內(nèi)壓對固定支架作用力?4.其他問題2A1.采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范4.8.17條: 采暖管道必須計算其熱膨脹。當利用管段的自然補償不能滿足要求時,應設置補償器。 為什么是強制性條文？3A 兩個典型工程事故的實例 工程事故以后設計積極的和消極的應對4A2. 熱伸縮引起位移的允許最大值? 北京市建筑設計研究院建筑設備專業(yè)技術(shù)措施的12.8.3條： 水平管或總立管固定點的布置，應保證分支管接點處的最大位移40mm。無分支接點的管段，間距應保證伸縮量不大于補償器或自

2、然補償所能吸收的最大補償量。5A 垂直雙管系統(tǒng)、閉合管與立管同軸的垂直單管系統(tǒng)的連接散熱器支管的立管，長度20m時，可在立管中間設固定卡；長度20m時，應采取補償措施。立管穿樓板處，應加套管。固定卡以下長度10m的立管，應以三個彎頭與干管連接。6A全國民用建筑工程設計技術(shù)措施暖通空調(diào)動力2.8.8條: “連接散熱器的立管應保證管道分支接點由管道脹縮引起的最大位移不大于20mm?！?安全度似不夠?7A3.補償器對固定支架作用力? 水平荷載包括： 活動支架因熱伸縮引起的摩擦反力； 補償器因熱伸縮引起的的彈性反力； 因內(nèi)壓不平衡產(chǎn)生的推力。 8A1）力是矢量，有方向性。應在得到數(shù)值的同時，明確其方向

3、。9A2）應以每個固定支架為對象，分析來自補償器彈性力、滑動支架摩擦力和內(nèi)壓不平衡推力作用的方向和數(shù)值。方向相同疊加，方向相反抵消，判斷哪些是“平衡”的固定支架，哪些是“受力”的固定支架？10A3）還應研究和比較哪些力是在熱態(tài)運行時發(fā)生，哪些力是在冷態(tài)水壓試驗時發(fā)生？取“熱態(tài)運行”或“冷態(tài)水壓試驗”時的較大值，作為固定支架強度設計的依據(jù)。11A4）活動支架摩擦反力和補償器彈性反力對于固定支架作用力的大小和方向，彎管補償器或波紋補償器是相同的，但內(nèi)壓不平衡產(chǎn)生的推力則有顯著的區(qū)別。 這是后者常出現(xiàn)工程事故的主要原因。12A彎管補償器13A 彎管補償器的整體是彈性元件，依靠整體構(gòu)件的變形以形成熱伸

4、縮的補償量。 但彎管本身是剛性的，在允許承壓條件下，內(nèi)壓作用不會引起彎管內(nèi)腔的變形。14A對于彎管補償器: 內(nèi)壓力 P 均勻作用于管內(nèi)各表面。其中： 環(huán)向力作用于管壁，由管壁材料所承受,不會使管道內(nèi)腔發(fā)生變形。15A16A 軸向力（即“盲板力”）作用于固定支架左側(cè)，大小為內(nèi)壓 P 乘以管斷面積，方向為 。 軸向力也作用于固定支架右側(cè)，大小相同，方向為 。 由于兩個力大小相等而方向相反，內(nèi)壓對固定支架的合力為零。17A波紋補償器18A 波紋補償器是彈性元件，與彎管補償器依靠整體構(gòu)件的變形以形成補償量不同，需要用波紋本身的變形以形成補償量。 熱伸縮和內(nèi)壓作用，都會引起波紋本身的變形。19A20A

5、壓力 P 均勻作用于管內(nèi)各表面。其中： 環(huán)向力作用于管壁，由管壁材料所承受。 軸向力作用于波紋，引起波紋的變形，并通過管道作用于兩端的固定支架。21A固定支架左側(cè)承受軸向力，方向為，大小為P乘以波紋的斷面積，即:22A 固定支架右側(cè)承受作用于彎管處的軸向力（盲板力），方向也為，大小為P乘以管斷面積，即：23A由于兩個力方向相同，內(nèi)壓對固定支架的作用力為兩個力的合力。即:24A例如：D300mm管道上波紋補償器的直徑為350mm，管內(nèi)壓力為1.0MPa。內(nèi)壓對固定支架的作用力為兩個力的合力約96kN ：25A 如果水壓試驗壓力為工作壓力的1.5倍，則水壓試驗對固定支架的作用力將達到14424kg

6、f（14.4t 140kN）。26A 而對于波紋補償器左側(cè)的固定支架，由于承受左側(cè)另一個波紋補償器的內(nèi)壓作用力，由于兩個力大小相等而方向相反，合力為零，會是一個“平衡”固定支架。 但是，當采取分段試壓或其間有閥門關(guān)閉時，仍會是“受力”固定支架。27A 所以，第一，即使是相同的波紋補償器，對固定支架的作用力，也會因配置方式各異而不同。 可見，把設計責任推給波紋補償器廠家是沒有道理的。28A 進行管系強度設計，是研究管系（包括補償器）對固定支架的作用力，不是研究補償器本身的剛度、承壓、補償量和工作壽命，許多設計手冊或教科書已闡述得很清楚，設計人員應該具備正確設計的能力，完全不應該依賴補償器廠家的技

7、術(shù)支持 。29A 所以，第二，較大口徑的室外管道當采取分段試壓時，如果按照“平衡”固定支架設計，應設置臨時止推支座, 以防試壓時損壞。 對于一般室內(nèi)管道，則宜均按照“受力”固定支架設計。30A 所以，第三，北京市建筑設計研究院建筑設備專業(yè)技術(shù)措施12.8.3條規(guī)定： D100mm的彎管補償器， D50mm的波紋管或套筒補償器，要進行固定支架生根結(jié)構(gòu)的強度驗算。 31A4.其他問題：1) 由于水壓試驗壓力大于工作壓力（例如1.5倍），而活動支架摩擦反力和補償器彈性反力只在熱態(tài)運行時發(fā)生，波紋補償器計算固定支架受力也可只按照冷態(tài)水壓試驗壓力，而不計算活動支架摩擦反力和補償器彈性反力。32A2) 由于直埋敷設管道應以管道保溫層與土壤之間的軸向摩擦反力，取代“活動支架的摩擦反力”，而管道保溫層與土壤之間的軸向摩擦反力較大，波紋補償器宜成對布置，以使對固定支架兩側(cè)的作用力相近。33A3) 室內(nèi)垂直管道上的波紋補償器，宜布置在兩個固定支架之間的上端，可以減小內(nèi)壓和固定支架的受力。34A35A4) 不要過多地設置補償器。鋼管線膨脹系數(shù)為0.012 mm/m K，水平干管或總立管保證分支管接點處的最大位移40mm，中間固定、不設補償器的直段長度，一般散熱器采暖