應(yīng)用波紋補(bǔ)償器的熱力管道固定支架受力計(jì)算

1、 應(yīng)用波紋補(bǔ)償器的熱力管道固定支架受力計(jì)算王振國(guó)石家莊市熱力煤氣規(guī)劃設(shè)計(jì)院石家莊市050031【摘要】波紋補(bǔ)償器已在工業(yè)和民用的熱力管道上被大量采用,為此,在熱力管道上安裝著諸多的固定支架、導(dǎo)向支架和滑動(dòng)支架。本文敘述了固定支架的正確設(shè)置和所受軸向水平推力的計(jì)算方法并列出了計(jì)算公式。敘詞:熱力管道波紋補(bǔ)償器固定支架水平推力內(nèi)壓力彈性力摩擦力一、前言波紋補(bǔ)償器比方形補(bǔ)償器具有占地空間小,比套筒補(bǔ)償器不滲漏等特點(diǎn),特別是在城鎮(zhèn)集中供熱工程中由于受到各種條件的限制,波紋補(bǔ)償器得到了廣泛的應(yīng)用。熱力管道固定支架,特別是架空熱力管道固定支架,其受力的大小影響到土建工程量的大小,影響到整個(gè)工程造價(jià),所以正

2、確、準(zhǔn)確的熱力管道固定支架軸向水平推力計(jì)算,有著非常重要的經(jīng)濟(jì)意義。目前,有關(guān)的專(zhuān)業(yè)書(shū)籍,對(duì)應(yīng)用波紋補(bǔ)償器的固定支架推力計(jì)算敘述不詳,計(jì)算方法也不一樣,廠家提供的產(chǎn)品樣本使用說(shuō)明中,對(duì)固定支架的推力計(jì)算,也存在著同樣的問(wèn)題。本人根據(jù)多年從事熱力工程設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn),談?wù)勅缦驴捶?供同行們參考。二、設(shè)置和計(jì)算的前提條件進(jìn)行熱力管道固定支架所受水平推力計(jì)算之前,我們必須明確兩個(gè)問(wèn)題。(1熱力管道內(nèi)介質(zhì)無(wú)論是蒸汽和熱水,啟動(dòng)時(shí)是逐步升溫的(也稱(chēng)為暖管,所以固定支架兩端的管道溫差很小,可以忽略不計(jì)。(2任何力都有方向性,固定支架兩端的受力方向相反。但為了有安全裕量,我們?cè)O(shè)定固定支架受力等于大的一端推力,減

3、去70%小的一端推力。根據(jù)專(zhuān)業(yè)書(shū)籍和不同廠家提供的固定支架受力計(jì)算方法,相同條件下的固定支架,得出的受力大小竟相差幾倍乃至十幾倍,實(shí)際運(yùn)行后有時(shí)按受力小建成的固定支架,也沒(méi)有遭到破壞,主要原因有:¹受力大的計(jì)算公式有誤;º固定支架另一端所受到的推力起到了抵消作用。所以只根據(jù)固定支架一端受力大小,而建成的固定支架過(guò)于保守,造成原材料的浪費(fèi)。根據(jù)熱力管道固定支架上述特點(diǎn),合理的設(shè)置固定支架間距;確定波紋補(bǔ)償器位置;管道附件,管道分枝的定位,對(duì)安全運(yùn)行,降低工程造價(jià)有著非常重要的意義。兩端固定的直管段,受熱膨脹產(chǎn)生的軸向應(yīng)力,用虎克彈性定律求得R cm=EXL式中X管道工作時(shí)的總

4、位移量,m mL所計(jì)算的管段長(zhǎng)度,mE金屬?gòu)椥阅?shù),對(duì)一般鋼管E=2×106kg/cm2R cm=2×106Aõ$tõLL=24×$t式中A管子線(xiàn)性膨脹系數(shù),碳素鋼為11.7×10-6m/m$t管道安裝與工作時(shí)的溫度差,從上式可以看出,金屬管道的熱脹軸向應(yīng)力是巨大的,必須用自然補(bǔ)償或補(bǔ)償器補(bǔ)償,使管子處于安全狀態(tài)。與應(yīng)用波紋補(bǔ)償器的熱力管道有關(guān)的軸向力有¹波紋補(bǔ)償器內(nèi)壁上的內(nèi)壓推力F bP ;º管道盲端的內(nèi)壓推力F N P ;»補(bǔ)償器的彈性力F M ;¼管道位移時(shí)的摩擦力F f 。三、固定支架的

5、受力分析與計(jì)算圖1列出典型的熱力管線(xiàn)圖來(lái)分析一下各固定支架的受力情況(滑動(dòng)支架和導(dǎo)向滑動(dòng)支架略。因固定支架兩端所受到的軸向推力方圖1熱力管線(xiàn)上固定支架布置圖向相反(管道端頭固定支架除外,所以各固定支架所受推力F 為F G 1=F BP +F M +F f +F N P (1式中F BP 波紋補(bǔ)償器內(nèi)壓推力,kgF BP =P õ(A -A D 式中P 管道的工作壓力,kg /cm 2A 波紋補(bǔ)償器的有效面積,cm 2F M 波紋補(bǔ)償器的彈性力,kgF M =K õX式中K 補(bǔ)償器的剛度系數(shù),kg /mmX 管道的熱位移量,m mF f 管道熱位移時(shí)產(chǎn)生的摩擦力,kgF f

6、=G .L式中G 從固定支架到補(bǔ)償器之間的管道總重量,kgL 摩擦系數(shù),滑動(dòng)L =0.3,滾動(dòng)L=0.1F N P 管道的內(nèi)壓推力,kgF N P =P õA DF G 2=F BP +F M -0.7(F BP +F M (2注:摩擦力忽略不計(jì)F G 3有兩種情況:閥門(mén)關(guān)閉時(shí) F G 3=F BP +F M +F f +F N P (3-1閥門(mén)打開(kāi)時(shí)F G 3=F BP +F M +F f -0.7(F BP +F M +F f (3-2F G 4同F(xiàn) G 2(4F G 5=F BP +F M +F f -0.7(F BP +F M +F f (5FG 6同F(xiàn) G 2(6F G 7

7、假定右側(cè)軸向水平推力大于左側(cè)則F G 7=F N P +F f +F M +F BP -0.7(F M +F f (7F M =W õRL 1式中F m 自然補(bǔ)償在水平軸上的彈性力,kgW 管道斷面系數(shù),cm 3R 管道允許的彎曲應(yīng)力,R =800kg /cm2L 1固定支架G 7到彎頭之間的管段長(zhǎng)度,mF f 沿G 7固定支架水平方向的摩擦力,kg F f =g L cos A (L 2/2+L 1式中g(shù) 管道單位長(zhǎng)度重量,kg /m A 管道拐彎角度從上面的熱力管線(xiàn)圖和各固定支架所受推力計(jì)算公式可以看出,合理的設(shè)置固定支架和布置附件對(duì)減少推力起很大作用。固定支架G 1處于管道端頭

8、,所受推力很大,為減少其所受推力,我們可以布置如圖2。圖2合理的G 3到G 1,固定支架布置圖F G 1=F BP +F M +F N P假如對(duì)于固定支架G 2來(lái)說(shuō),如圖3也不合理。圖3不合理的固定支架布置圖如G 2固定支架如圖4則較合理。 圖4G 2固定支架布置圖假定左側(cè)推力之和大于右側(cè)F G 2=F BP +F M +F N P -0.7(F f +F BP +F M (8式中F N P 管道變截面引起的內(nèi)壓推力,kgF N P =P õ(A D 1-A D 2式中A D 1大管道的內(nèi)截面積,cm 2AD 2小管道的內(nèi)截面積,cm2其它同上對(duì)于G 7 固定支架來(lái)說(shuō)如下圖布置較合理

9、圖5G 7固定支架布置圖實(shí)際應(yīng)用中如圖5右側(cè)推力要大于左側(cè)推力。如左側(cè)推力大于右側(cè)推力,則波紋補(bǔ)償器應(yīng)靠近固定支架G 6。總之在布置管路時(shí)應(yīng)設(shè)法使各固定支架所受推力盡量的小?，F(xiàn)舉例說(shuō)明固定支架所受推力。例1.有一末端熱力管道固定支架與前一固定支架相距42.0m ,距補(bǔ)償器40.5m,管徑D 219×6,蒸汽壓力0.7MPa ,溫度250,安裝溫度20,冬季采暖計(jì)算溫度-10,熱伸長(zhǎng)量X =115m m,管道單位重量130kg /m ,求固定支架F G 1所受水平推力?總重量5265kg ,管子截面A D =336cm 2,選一軸向型波紋補(bǔ)償器1.0ZY 200,軸向剛度K =19.5

10、kg /mm ,波紋補(bǔ)償器有效面積A =769cm 2,最大補(bǔ)償量168mm 。 圖6例題方案1固定支架布置圖方案1F G 1=F BP +F M +F f +F N P =P õ(A -A D +K õX +G õL +P õA D =7×(769-336+19.5×115+5265×0.3+7×336=9205(kg 如按圖7布置圖7例題方案2固定支架布置圖方案2F G 1=F BP +F M +F N P =P õ(A -A D +K õX +P õA D =7625.5(kg例

11、2.根據(jù)例1求固定支架G 2所受推力(見(jiàn)圖6因固定支架G 2兩端摩擦推力很小,故可忽略不計(jì)F G 2=F BP +F M -0.7(F BP +F M =3031+2242.5-0.7×(3031+2242.5=1582(kg 為減小G 1所受推力,布置成圖7,求G 2受的推力,假定G 3到G 2間距與G 2到G 1間距相同。F G 2=F BP +F M +F f -0.7(F BP +F M +F f =3031+2242.5+1579.5-0.7×(3031+2242.5+1579.5=2055.9(kg 四、結(jié)束語(yǔ)為了計(jì)算準(zhǔn)確和加快計(jì)算速度,本文列出了“熱力管道內(nèi)壓

12、力表”(表1;“波紋補(bǔ)償器彈性力表”(表2;“熱力管道位移時(shí)摩擦力表(表3、表4。熱力管道是集中供熱工程中的重要組成部份,波紋補(bǔ)償器也在熱力工程中被大量采用,固定支架是熱力管道中的重要環(huán)節(jié),正確應(yīng)用熱力管道固定支架,對(duì)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有很重要的意義。所以我們應(yīng)當(dāng)合理設(shè)計(jì)、精心施工、發(fā)揮其應(yīng)有作用。表1熱力管道內(nèi)壓力表(kg規(guī)格及截面積(cm2壓力(M Pa管道伸長(zhǎng)量(mm剛度(kg/mm表3熱力管道位移時(shí)摩擦力表(kgL=0.3 管道規(guī)格及單重(k g/m管道長(zhǎng)度(m表4熱力管道位移時(shí)摩擦力表(kgL=0.1管道規(guī)格及單重(k g/m管道長(zhǎng)度(m管道按蒸汽管道,架空敷設(shè)、溫度200,巖棉保溫管殼。(收稿日期:1997年3月31日本刊下期要目預(yù)告ý城市地下管線(xiàn)陰極保護(hù)工程的應(yīng)用實(shí)踐與發(fā)展ý國(guó)內(nèi)外石油管道輸送發(fā)展綜述ý纏繞式墊片國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)綜述及貫徹ý鋼筋混凝土架空管道固定支架方式選擇ý玻璃鋼管道滲漏原因及對(duì)策ý一般角度的鋼制蝦米彎頭制作中的幾個(gè)問(wèn)題ý波紋管換熱器的壓力檢驗(yàn)ý遠(yuǎn)場(chǎng)渦流管道綜合檢測(cè)診斷技術(shù)與設(shè)備簡(jiǎn)介ý管道泄露及帶壓處理方法ý壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定管道技術(shù)與設(shè)備雜志投稿要求1.必須附有摘要、敘詞,摘