管道的熱伸縮及其補(bǔ)償課件

1、管道的熱伸縮及其補(bǔ)償 北京市建筑設(shè)計(jì)研究院張錫虎1A1.管道熱伸縮及其補(bǔ)償為什么是強(qiáng)制性條文？2.熱伸縮引起位移的允許最大值?3.補(bǔ)償器內(nèi)壓對(duì)固定支架作用力?4.其他問(wèn)題2A1.采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范4.8.17條: 采暖管道必須計(jì)算其熱膨脹。當(dāng)利用管段的自然補(bǔ)償不能滿(mǎn)足要求時(shí),應(yīng)設(shè)置補(bǔ)償器。 為什么是強(qiáng)制性條文？3A 兩個(gè)典型工程事故的實(shí)例 工程事故以后設(shè)計(jì)積極的和消極的應(yīng)對(duì)4A2. 熱伸縮引起位移的允許最大值? 北京市建筑設(shè)計(jì)研究院建筑設(shè)備專(zhuān)業(yè)技術(shù)措施的12.8.3條： 水平管或總立管固定點(diǎn)的布置，應(yīng)保證分支管接點(diǎn)處的最大位移40mm。無(wú)分支接點(diǎn)的管段，間距應(yīng)保證伸縮量不大于補(bǔ)償器或自

2、然補(bǔ)償所能吸收的最大補(bǔ)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(zhǎng)度20m時(shí)，可在立管中間設(shè)固定卡；長(zhǎng)度20m時(shí)，應(yīng)采取補(bǔ)償措施。立管穿樓板處，應(yīng)加套管。固定卡以下長(zhǎng)度10m的立管，應(yīng)以三個(gè)彎頭與干管連接。6A全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施暖通空調(diào)動(dòng)力2.8.8條: “連接散熱器的立管應(yīng)保證管道分支接點(diǎn)由管道脹縮引起的最大位移不大于20mm?！?安全度似不夠?7A3.補(bǔ)償器對(duì)固定支架作用力? 水平荷載包括： 活動(dòng)支架因熱伸縮引起的摩擦反力； 補(bǔ)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(yīng)在得到數(shù)值的同時(shí)，明確其方向

3、。9A2）應(yīng)以每個(gè)固定支架為對(duì)象，分析來(lái)自補(bǔ)償器彈性力、滑動(dòng)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(yīng)研究和比較哪些力是在熱態(tài)運(yùn)行時(shí)發(fā)生，哪些力是在冷態(tài)水壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)生？取“熱態(tài)運(yùn)行”或“冷態(tài)水壓試驗(yàn)”時(shí)的較大值，作為固定支架強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù)。11A4）活動(dòng)支架摩擦反力和補(bǔ)償器彈性反力對(duì)于固定支架作用力的大小和方向，彎管補(bǔ)償器或波紋補(bǔ)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(bǔ)償器13A 彎管補(bǔ)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(bǔ)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(huì)引起彎管內(nèi)腔的變形。14A對(duì)于彎管補(bǔ)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(huì)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?yàn)?。 軸向力也作用于固定支架右側(cè)，大小相同，方向?yàn)?。 由于兩個(gè)力大小相等而方向相反，內(nèi)壓對(duì)固定支架的合力為零。17A波紋補(bǔ)償器18A 波紋補(bǔ)償器是彈性元件，與彎管補(bǔ)償器依靠整體構(gòu)件的變形以形成補(bǔ)償量不同，需要用波紋本身的變形以形成補(bǔ)償量。 熱伸縮和內(nèi)壓作用，都會(huì)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(guò)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?yàn)椋笮镻乘以波紋的斷面積，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(gè)力方向相同，內(nèi)壓對(duì)固定支架的作用力為兩個(gè)力的合力。即:24A例如：D300mm管道上波紋補(bǔ)償器的直徑為350mm，管內(nèi)壓力為1.0MPa。內(nèi)壓對(duì)固定支架的作用力為兩個(gè)力的合力約96kN ：25A 如果水壓試驗(yàn)壓力為工作壓力的1.5倍，則水壓試驗(yàn)對(duì)固定支架的作用力將達(dá)到14424kg

6、f（14.4t 140kN）。26A 而對(duì)于波紋補(bǔ)償器左側(cè)的固定支架，由于承受左側(cè)另一個(gè)波紋補(bǔ)償器的內(nèi)壓作用力，由于兩個(gè)力大小相等而方向相反，合力為零，會(huì)是一個(gè)“平衡”固定支架。 但是，當(dāng)采取分段試壓或其間有閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，仍會(huì)是“受力”固定支架。27A 所以，第一，即使是相同的波紋補(bǔ)償器，對(duì)固定支架的作用力，也會(huì)因配置方式各異而不同。 可見(jiàn)，把設(shè)計(jì)責(zé)任推給波紋補(bǔ)償器廠(chǎng)家是沒(méi)有道理的。28A 進(jìn)行管系強(qiáng)度設(shè)計(jì)，是研究管系（包括補(bǔ)償器）對(duì)固定支架的作用力，不是研究補(bǔ)償器本身的剛度、承壓、補(bǔ)償量和工作壽命，許多設(shè)計(jì)手冊(cè)或教科書(shū)已闡述得很清楚，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該具備正確設(shè)計(jì)的能力，完全不應(yīng)該依賴(lài)補(bǔ)償器廠(chǎng)家的技

7、術(shù)支持 。29A 所以，第二，較大口徑的室外管道當(dāng)采取分段試壓時(shí)，如果按照“平衡”固定支架設(shè)計(jì)，應(yīng)設(shè)置臨時(shí)止推支座, 以防試壓時(shí)損壞。 對(duì)于一般室內(nèi)管道，則宜均按照“受力”固定支架設(shè)計(jì)。30A 所以，第三，北京市建筑設(shè)計(jì)研究院建筑設(shè)備專(zhuān)業(yè)技術(shù)措施12.8.3條規(guī)定： D100mm的彎管補(bǔ)償器， D50mm的波紋管或套筒補(bǔ)償器，要進(jìn)行固定支架生根結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度驗(yàn)算。 31A4.其他問(wèn)題：1) 由于水壓試驗(yàn)壓力大于工作壓力（例如1.5倍），而活動(dòng)支架摩擦反力和補(bǔ)償器彈性反力只在熱態(tài)運(yùn)行時(shí)發(fā)生，波紋補(bǔ)償器計(jì)算固定支架受力也可只按照冷態(tài)水壓試驗(yàn)壓力，而不計(jì)算活動(dòng)支架摩擦反力和補(bǔ)償器彈性反力。32A2) 由于直埋敷設(shè)管道應(yīng)以管道保溫層與土壤之間的軸向摩擦反力，取代“活動(dòng)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(bǔ)償器宜成對(duì)布置，以使對(duì)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(bǔ)償器，宜布置在兩個(gè)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(guò)多地設(shè)置補(bǔ)償器。鋼管線(xiàn)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(diǎn)處的最大位移40mm，中間固定、不設(shè)補(bǔ)償器的直段長(zhǎng)度，一般散熱器采暖