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套筒補償器在熱力管網中設計布置與施工

　　近年來，隨著我國城市集中供熱的不斷發展，套筒補償器作為關鍵組件在熱力管網中的應用也越來越廣泛，但如果套筒補償器在管網中應用布置不當，會引起整個管系的破壞，甚至釀成惡性事故。本文正是力從于套筒補償器在熱力管網中的設計布置問題并結合多年的實踐經驗總結出的幾點體會，供相關人員參考。

　　套筒補償器以其結構緊湊、補償量大、流動阻力小、零泄漏、不用維修等諸多優點在熱網中的應用也越來越廣泛。但它也有不易解決的缺點：例如軸向型套筒補償器對固定支架產生壓力推力，造成固定支架推力大，從而造價高；另外套筒補償器管壁較薄不能承受扭力、振動，安全性差；設備投資高、設計要求嚴、施工安裝精度高、往往達不到預期壽命等一系列缺點。鑒于套筒補償器存在的這些缺點，又由于許多設計、施工人員對套筒補償器的認識還不夠全面，因此導致施工與運行期間容易發生事故。分析事故原因，有的事故屬于套筒補償器自身的制造質量或選材不當的問題，有的屬于施工問題，更有相當大的一部分屬于設計布置問題。在設計方面發生問題，多數屬于不明白套筒補償器管道設計特點造成計算失誤和補償管系選定不合理。

　　波紋管是構成套筒補償器最主要元件。波紋管主要性能包括：補償量、彈性剛度，耐壓強度、穩定性、疲勞強度等，一般設計熱力管網要求波紋管是在滿足強度、穩定性、和疲勞壽命前提下，補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償器，通過不同的套筒補償器組合方式又可以構成各種形式的補償管系以完成熱力管網補償需要。套筒補償器組合分為軸向補償器、角向補償器，復式拉桿補償器管系，采用角向與復式拉桿補償器更接近自然補償管系受力形式，不用考慮內壓推力，采用軸向補償器因承受較大內壓力，補償量大。同心精度要求高，發生問題也較多。下面重點對采用軸向補償器管系談一些體會和改進意見。

　　補償器支架受力基本原則：軸向波紋管補償器受力支架分為主固定支架、次固定支架、導向支架。

固定支架推力計算：

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。內壓推力由波紋管有效截面積及工作壓力所決定，內壓推力與工作壓力、有效截面積成正比，一般來說，波紋管補償器的內壓推力都較大。

　　（2）波紋管剛度產生的彈性力PA＝K*f*L

　　其中為K波紋管剛度，L為管道實際伸長量，f為系數，預拉伸時為0.5，否則為1。

　　（3）固定支架間滑動摩擦反力qμl

　　其中q為管道重量，μ為摩擦系數，l為管道自由端至固定端的距離。

　　主固定支架水平推力=內壓推力+摩擦反力+彈性力

　　如果不同心還將計入因偏心造成對固定支架的彎距和側向推力。主固定支架水平推力巨大，大管徑可達上百噸，土建布置困難，需進行全面結構核算，屬于重載支架。

　　次固定支架，受力與主固定支架相同，但內壓推力平衡抵銷，總推力較小，與主固定支架不是一個數量級，屬于中間減載支架。

　　計算固定點推力時，應分別計算固定點每側的受力，然后再合成。固定點兩側的方向相同時，采用兩個力的矢量和作為固定點推力。兩個力方向相反時，用絕對值大的力減去絕對值小的力的0.7倍，作為固定點的推力。

　　導向支架是控制沿管道或補償器運動方向運動,確保管段膨脹作用于補償器上并保證管道不發生失穩。

　　一般補償器廠家樣本不僅對產品規格\結構\參數情況做詳細說明而且有應用實例推力計算\通用安裝要求,較為祥盡.可以做為設計依據。

固定支架微小位移中對套筒補償器的影響：

　　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設計，在自然補償管系中，整個管系都參與補償變形，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，并且可以減少應力集中。在套筒補償器管系中情況則大為不同，如果處理不當對套筒補償器的安全影響很大。一種微小熱位移的可動設計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。相國標圖集 403.022-02擋板式固定支架對于自然補償管系（角向、復式拉桿補償情況類似）是否焊接現在爭論較大，另外蒸汽直埋管道現多采用鋼套鋼內固定方式，這種結構方式是為減少熱橋的傳熱，固定環在內外環板之間增加橡膠板等隔熱材料，內外環板通常不焊接，可以自由活動，當固定支架受較大力或水擊振動會產生一定量位移，有時還發生縱向微量位移，對補償器產生扭矩作用，這種位移對套筒補償器有一定影響。