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套筒補(bǔ)償器在熱力管網(wǎng)中設(shè)計(jì)布置與施工

　　近年來，隨著我國(guó)城市集中供熱的不斷發(fā)展，套筒補(bǔ)償器作為關(guān)鍵組件在熱力管網(wǎng)中的應(yīng)用也越來越廣泛，但如果套筒補(bǔ)償器在管網(wǎng)中應(yīng)用布置不當(dāng)，會(huì)引起整個(gè)管系的破壞，甚至釀成惡性事故。本文正是力從于套筒補(bǔ)償器在熱力管網(wǎng)中的設(shè)計(jì)布置問題并結(jié)合多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出的幾點(diǎn)體會(huì)，供相關(guān)人員參考。

　　套筒補(bǔ)償器以其結(jié)構(gòu)緊湊、補(bǔ)償量大、流動(dòng)阻力小、零泄漏、不用維修等諸多優(yōu)點(diǎn)在熱網(wǎng)中的應(yīng)用也越來越廣泛。但它也有不易解決的缺點(diǎn)：例如軸向型套筒補(bǔ)償器對(duì)固定支架產(chǎn)生壓力推力，造成固定支架推力大，從而造價(jià)高；另外套筒補(bǔ)償器管壁較薄不能承受扭力、振動(dòng)，安全性差；設(shè)備投資高、設(shè)計(jì)要求嚴(yán)、施工安裝精度高、往往達(dá)不到預(yù)期壽命等一系列缺點(diǎn)。鑒于套筒補(bǔ)償器存在的這些缺點(diǎn)，又由于許多設(shè)計(jì)、施工人員對(duì)套筒補(bǔ)償器的認(rèn)識(shí)還不夠全面，因此導(dǎo)致施工與運(yùn)行期間容易發(fā)生事故。分析事故原因，有的事故屬于套筒補(bǔ)償器自身的制造質(zhì)量或選材不當(dāng)?shù)膯栴}，有的屬于施工問題，更有相當(dāng)大的一部分屬于設(shè)計(jì)布置問題。在設(shè)計(jì)方面發(fā)生問題，多數(shù)屬于不明白套筒補(bǔ)償器管道設(shè)計(jì)特點(diǎn)造成計(jì)算失誤和補(bǔ)償管系選定不合理。

　　波紋管是構(gòu)成套筒補(bǔ)償器最主要元件。波紋管主要性能包括：補(bǔ)償量、彈性剛度，耐壓強(qiáng)度、穩(wěn)定性、疲勞強(qiáng)度等，一般設(shè)計(jì)熱力管網(wǎng)要求波紋管是在滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定性、和疲勞壽命前提下，補(bǔ)償量越大越好剛度值越小越好。波紋管通過附加的拉桿、鉸鏈等附件與波紋管元件相互組合即可以組成各種功能的補(bǔ)償器，通過不同的套筒補(bǔ)償器組合方式又可以構(gòu)成各種形式的補(bǔ)償管系以完成熱力管網(wǎng)補(bǔ)償需要。套筒補(bǔ)償器組合分為軸向補(bǔ)償器、角向補(bǔ)償器，復(fù)式拉桿補(bǔ)償器管系，采用角向與復(fù)式拉桿補(bǔ)償器更接近自然補(bǔ)償管系受力形式，不用考慮內(nèi)壓推力，采用軸向補(bǔ)償器因承受較大內(nèi)壓力，補(bǔ)償量大。同心精度要求高，發(fā)生問題也較多。下面重點(diǎn)對(duì)采用軸向補(bǔ)償器管系談一些體會(huì)和改進(jìn)意見。

　　補(bǔ)償器支架受力基本原則：軸向波紋管補(bǔ)償器受力支架分為主固定支架、次固定支架、導(dǎo)向支架。

固定支架推力計(jì)算：

主固定支架水平推力由三種力的合力組成：

　　（1）由于工作壓力引起的內(nèi)壓推力F＝P*A：

　　其中P為工作壓力，A為波紋管有效截面積。內(nèi)壓推力由波紋管有效截面積及工作壓力所決定，內(nèi)壓推力與工作壓力、有效截面積成正比，一般來說，波紋管補(bǔ)償器的內(nèi)壓推力都較大。

　?。?span>2）波紋管剛度產(chǎn)生的彈性力PA＝K*f*L

　　其中為K波紋管剛度，L為管道實(shí)際伸長(zhǎng)量，f為系數(shù)，預(yù)拉伸時(shí)為0.5，否則為1。

　?。?span>3）固定支架間滑動(dòng)摩擦反力qμl

　　其中q為管道重量，μ為摩擦系數(shù)，l為管道自由端至固定端的距離。

　　主固定支架水平推力=內(nèi)壓推力+摩擦反力+彈性力

　　如果不同心還將計(jì)入因偏心造成對(duì)固定支架的彎距和側(cè)向推力。主固定支架水平推力巨大，大管徑可達(dá)上百噸，土建布置困難，需進(jìn)行全面結(jié)構(gòu)核算，屬于重載支架。

　　次固定支架，受力與主固定支架相同，但內(nèi)壓推力平衡抵銷，總推力較小，與主固定支架不是一個(gè)數(shù)量級(jí)，屬于中間減載支架。

　　計(jì)算固定點(diǎn)推力時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算固定點(diǎn)每側(cè)的受力，然后再合成。固定點(diǎn)兩側(cè)的方向相同時(shí)，采用兩個(gè)力的矢量和作為固定點(diǎn)推力。兩個(gè)力方向相反時(shí)，用絕對(duì)值大的力減去絕對(duì)值小的力的0.7倍，作為固定點(diǎn)的推力。

　　導(dǎo)向支架是控制沿管道或補(bǔ)償器運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng),確保管段膨脹作用于補(bǔ)償器上并保證管道不發(fā)生失穩(wěn)。

　　一般補(bǔ)償器廠家樣本不僅對(duì)產(chǎn)品規(guī)格\結(jié)構(gòu)\參數(shù)情況做詳細(xì)說明而且有應(yīng)用實(shí)例推力計(jì)算\通用安裝要求,較為祥盡.可以做為設(shè)計(jì)依據(jù)。

固定支架微小位移中對(duì)套筒補(bǔ)償器的影響：

　　不少管系甚至直埋管系均布置成固定支架（固定支墩）有微小熱位移的可動(dòng)設(shè)計(jì)，在自然補(bǔ)償管系中，整個(gè)管系都參與補(bǔ)償變形，管道變形較為均勻，這種布置方式使管系整體性好，可靠性高，并且可以減少應(yīng)力集中。在套筒補(bǔ)償器管系中情況則大為不同，如果處理不當(dāng)對(duì)套筒補(bǔ)償器的安全影響很大。一種微小熱位移的可動(dòng)設(shè)計(jì)形式是管道與支架連接處不是焊死而是緊靠限位擋板在根部焊接固定。相國(guó)標(biāo)圖集 403.022-02擋板式固定支架對(duì)于自然補(bǔ)償管系（角向、復(fù)式拉桿補(bǔ)償情況類似）是否焊接現(xiàn)在爭(zhēng)論較大，另外蒸汽直埋管道現(xiàn)多采用鋼套鋼內(nèi)固定方式，這種結(jié)構(gòu)方式是為減少熱橋的傳熱，固定環(huán)在內(nèi)外環(huán)板之間增加橡膠板等隔熱材料，內(nèi)外環(huán)板通常不焊接，可以自由活動(dòng)，當(dāng)固定支架受較大力或水擊振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一定量位移，有時(shí)還發(fā)生縱向微量位移，對(duì)補(bǔ)償器產(chǎn)生扭矩作用，這種位移對(duì)套筒補(bǔ)償器有一定影響。