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旋轉式補償器在架空管道中的應用

2017-4-28 10:12:49点击:

牡丹江熱力設計有限責任公司 吳春明 蘇雲國   

【摘 要】本文通過對架空管道安裝套筒式補償器與安裝旋轉式補償器固定支架的受力分析,針對補償器的選型問題進行了探討,供廣大供熱科技人員參考。

【關鍵詞】補償器 固定支架 盲板力 供熱管道安裝投運後,由于管道被熱媒加熱引起管道受熱伸長,所以說應采取措施補償該管道的熱伸長。補償方式主要有以下幾種:如自然補償、套管式補償器波紋管補償器、方形或球形補償器等。本文主要论述目前常用的套筒式補償器和新兴的旋转式補償器在工程造价、运行安全性的对比。 

一、套筒式補償器簡介:是一種適用于直線鋪設管道的補償器,用以補償固定支架之間管道的熱伸長。 對于采用套筒式補償器的管道,固定支架所受到的推力,是由下列幾方面産生的。 1)由于滑動支架上摩擦力而産生的水平推力Pg·m Pg·m=μqL 

式中q-計算管段單位長度的重量,本文?529×7岩棉保溫,充水 q367.92×9.8N·m 

μ-摩擦系數,鋼與鋼μ=0.3,鋼與聚四氟板μ=0.1 L-計算管段長度,m  

2 由于套筒式補償器摩擦力而産生的推力; 

3)由于不平衡内压力而产生的水平推力,如在固定支架两端设置套筒式補償器,但其管径不同;或在固定支架两端管段之一端,设置阀门、堵板、弯管,而在另一端设置套筒式補償器;当管道进行水压试验或运行时,将出现管道的不平衡轴向力。 

二、GSJ-V型系列旋轉補償器简介:是由旋转筒和弯头组成,其组合方式有Π型、Ω型,其补偿原理是通过成双旋转筒和L力臂形成力偶,使大小相等、方向相反的一對力,由力臂回繞著Z軸中心旋轉,以達到力偶兩邊管道産生的熱伸長量的吸收。 Π型組合旋轉式補償器:如圖1 Ω型組合旋轉式補償器:如圖2 

對于采用GSJ-V型系列旋轉補償器,固定支架所受到的推力,是由下列几方面产生的1)由于滑動支架上摩擦力的而産生的水平推力Pg·2)由于旋轉補償器摩擦力而产生的推力 

下面以某工程的蒸汽管网举例对比一下,采用套筒式補償器与旋转式補償器的土建工程造价: 

該蒸汽管網全長660m,如圖3所示,管徑DN500,工作壓力1.0MPa,溫度220℃,固定支架設置如圖,滑動支架每15米設置一個,每個補償器設置2個導向支架,滑動、導向支架共46個。 采用套筒式補償器固定支架G2G3G5G6,受力F F=PcPg·m10.7PXPg·m2×(L2L3/2)]+P×

Pc+μqL1-0.7A×α×E×I×△t/L短臂2×105+μqcosα×(L2+L3/2)]+P×

31×1030.1×367.92×9.8×100-0.712×0.012×1.905×105×39106×210/102×1050.1×367.92×0.707×(1010/2)]+160×3.14×51.52/4 

31000360560.7×(22528+3902)+333122381677N38.2T 固定支架G9F9PcPg·m1P×f310000.1×367.92×9.8×120333122 407389N40.8T 

固定支架G8受力F8Pc1Pg·m10.7Pc2Pc1+μqL0.7Pc231×1030.1×367.92×9.8×1200.7×31×10352567N5.3T 

固定支架G4G7受力F47Pc0.7Pc31×1030.7×31×103 9300N1T 

式中:F—固定支架承受的水平推力,N Pc—套筒式補償器的摩擦力,N Pg·m—滑動支架産生的摩擦力,N Px—彎管的彈性力,N 

A—系數A=3n34n23/nn+1), nL長臂/L短臂; E—彈性模數,MPa I—管子的慣性矩,cm4 P—水壓試驗壓力,1.6MPa f—管道的內截面積,cm2 

由以上計算可得出,只要有盲板力PfP×F,固定支架受力就非常大。 管道安裝旋轉補償器如图

安裝旋轉補償器的管道固定支架承受的水平推力: 固定支架G3受力FPg·mM/Lcos(α/2 0.1×367.92×9.8×18048830÷(2×0.974 649012506689967N9T 

式中:M—旋轉補償器的旋转摩擦力矩,N·m L—∏組合旋轉式補償器的力偶臂,m 

α—轉角,sin(α/2)=0.012×180×(22010/L 

由以上计算得出,安裝套筒式補償器回绕管道盲板力占支架承受水平推力的33.3/40.882%,如果能消除盲板力,固定支架将做的很小,工程造价将大幅减少。而安裝转向補償器的管道消除了盲板力,固定支架承受水平推力只有9T,兩者之比爲9/40.822.0 下面計算固定支架的混凝土造價: 50T固定支架混凝土體積: 

V1×5.4×22.5×0.8×0.81×0.8×0.81.5×0.8×0.82.2×0.8×0.510.81.60.640.960.8814.88m3 10T固定支架混凝土體積: 

V0.6×2.9×20.6×0.5×0.81.7×1.2×0.83.480.241.635.35m3 滑動、導向支架混凝土體積: 

V0.75×1.5×1.51.25×0.4×0.40.5×0.4×0.41.670.20.081.95m3 

由以上计算可得出,选用旋转式補償器的管道比选用套筒式補償器的管道工程土建造价减少24%(113.44/17.6124%)。 安全性對比: 

1.由于套筒式補償器的结构特点,安裝时对管道不同轴度≯1%,需“嚴格找中”以防止運行時摩擦力過大,發生泄漏甚至卡死,因此需額外增加導向支架。而旋轉式補償器不存在“找中”的問題,因而不必額外增加導向支架。 

2.由于套筒式補償器的结构特点,安裝时对管道不同轴度≯1%,需“嚴格找中”以防止運行時摩擦力過大,發生泄漏甚至卡死;而旋轉式補償器不存在“找中”的問題; 

3.套筒式補償器裸露的高光洁度滑动表面,易碰伤和被腐蚀,因此易发生泄漏;旋转式補償器的旋转筒内装设了止退圈和减摩、定心弹子,并采用了合理的密封面结构,从而使密封材料和密封面的磨损极为轻微,可保证在更长时间内不发生泄漏大大增加了工作的安全性、可靠性; 

通过以上的计算分析,我们可以得出旋转式補償器跟套筒式補償器相比,具有大幅降低工程土建造价的优势,而且其结构简单,安裝方便,无需维修,克服了套筒式補償器易泄漏,需停产维修等弊病。所以说旋转式補償器应该在架空管道中推广使用。  參考文獻  

1]李善化、康慧,實用集中供熱手冊 中國電力出版社 19963月第一版 2]湯惠芬、範季賢,城市供熱手冊 天津科學技術出版社 19922月第一版 3]供熱工程 中國建築工業出版社 198512月第二版