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旋轉(zhuǎn)式補償器在架空管道中的應(yīng)用

2017-4-28 10:12:49??????點擊:

牡丹江熱力設(shè)計有限責任公司 吳春明 蘇云國   

【摘 要】本文通過對架空管道安裝套筒式補償器與安裝旋轉(zhuǎn)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(guān)鍵詞】補償器 固定支架 盲板力 供熱管道安裝投運后,由于管道被熱媒加熱引起管道受熱伸長,所以說應(yīng)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。本文主要論述目前常用的套筒式補償器和新興的旋轉(zhuǎn)式補償器在工程造價、運行安全性的對比。 

一、套筒式補償器簡介:是一種適用于直線鋪設(shè)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,是由下列幾方面產(chǎn)生的。 1)由于滑動支架上摩擦力而產(chǎn)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巖棉保溫,充水 q367.92×9.8N·m; 

μ-摩擦系數(shù),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產(chǎn)生的推力; 

3)由于不平衡內(nèi)壓力而產(chǎn)生的水平推力,如在固定支架兩端設(shè)置套筒式補償器,但其管徑不同;或在固定支架兩端管段之一端,設(shè)置閥門、堵板、彎管,而在另一端設(shè)置套筒式補償器;當管道進行水壓試驗或運行時,將出現(xiàn)管道的不平衡軸向力。 

二、GSJ-V型系列旋轉(zhuǎn)補償器簡介:是由旋轉(zhuǎn)筒和彎頭組成,其組合方式有Π型、Ω型,其補償原理是通過成雙旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn),以達到力偶兩邊管道產(chǎn)生的熱伸長量的吸收。 Π型組合旋轉(zhuǎn)式補償器:如圖1 Ω型組合旋轉(zhuǎn)式補償器:如圖2。 

對于采用GSJ-V型系列旋轉(zhuǎn)補償器,固定支架所受到的推力,是由下列幾方面產(chǎn)生的1)由于滑動支架上摩擦力的而產(chǎn)生的水平推力Pg·2)由于旋轉(zhuǎn)補償器摩擦力而產(chǎn)生的推力 

下面以某工程的蒸汽管網(wǎng)舉例對比一下,采用套筒式補償器與旋轉(zhuǎn)式補償器的土建工程造價: 

該蒸汽管網(wǎng)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(shè)置如圖,滑動支架每15米設(shè)置一個,每個補償器設(shè)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G2G3、G5、G6,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G4、G7受力F4、7Pc0.7Pc31×1030.7×31×103 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—滑動支架產(chǎn)生的摩擦力,N; Px—彎管的彈性力,N; 

A—系數(shù)A=3n34n23/nn+1), nL長臂/L短臂; E—彈性模數(shù),MPa I—管子的慣性矩,cm4; P—水壓試驗壓力,1.6MPa; f—管道的內(nèi)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(zhuǎn)補償器如圖

安裝旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)補償器的旋轉(zhuǎn)摩擦力矩,N·m L—∏組合旋轉(zhuǎn)式補償器的力偶臂,m; 

α—轉(zhuǎn)角,sin(α/2)=0.012×180×(22010/L 

由以上計算得出,安裝套筒式補償器回繞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,固定支架將做的很小,工程造價將大幅減少。而安裝轉(zhuǎn)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,兩者之比為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 

由以上計算可得出,選用旋轉(zhuǎn)式補償器的管道比選用套筒式補償器的管道工程土建造價減少24%(113.44/17.6124%)。 安全性對比: 

1.由于套筒式補償器的結(jié)構(gòu)特點,安裝時對管道不同軸度≯1%,需“嚴格找中”以防止運行時摩擦力過大,發(fā)生泄漏甚至卡死,因此需額外增加導向支架。而旋轉(zhuǎn)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結(jié)構(gòu)特點,安裝時對管道不同軸度≯1%,需“嚴格找中”以防止運行時摩擦力過大,發(fā)生泄漏甚至卡死;而旋轉(zhuǎn)式補償器不存在“找中”的問題; 

3.套筒式補償器裸露的高光潔度滑動表面,易碰傷和被腐蝕,因此易發(fā)生泄漏;旋轉(zhuǎn)式補償器的旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)裝設(shè)了止退圈和減摩、定心彈子,并采用了合理的密封面結(jié)構(gòu),從而使密封材料和密封面的磨損極為輕微,可保證在更長時間內(nèi)不發(fā)生泄漏大大增加了工作的安全性、可靠性; 

通過以上的計算分析,我們可以得出旋轉(zhuǎn)式補償器跟套筒式補償器相比,具有大幅降低工程土建造價的優(yōu)勢,而且其結(jié)構(gòu)簡單,安裝方便,無需維修,克服了套筒式補償器易泄漏,需停產(chǎn)維修等弊病。所以說旋轉(zhuǎn)式補償器應(yīng)該在架空管道中推廣使用。  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、范季賢,城市供熱手冊 天津科學技術(shù)出版社 19922月第一版 3]供熱工程 中國建筑工業(yè)出版社 198512月第二版