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旋转式补偿器在架空管道中的应用

发表日期:2010-11-22 | 发布人:不详 | 阅读次数:3095

    

旋转式补偿器在架空管道中的应用
【摘 要】本文通过对架空管道安装套筒式补偿器与安装旋转式补偿器固定支架的受力分析,针对补偿器的选型问题进行了探讨,供广大供热科技人员参考。
【关键词】补偿器 固定支架 盲板力
供热管道安装投运后,由于管道被热媒加热引起管道受热伸长,所以说应采取措施补偿该管道的热伸长。补偿方式主要有以下几种:如自然补偿、套管式补偿器、波纹管补偿器、方形或球形补偿器等。本文主要论述目前常用的套筒式补偿器和新兴的旋转式补偿器在工程造价、运行安全性的对比。
一、套筒式补偿器简介:是一种适用于直线铺设管道的补偿器,用以补偿固定支架之间管道的热伸长。
对于采用套筒式补偿器的管道,固定支架所受到的推力,是由下列几方面产生的。
(1)由于滑动支架上摩擦力而产生的水平推力Pg•m
Pg•m=μqL
式中q-计算管段单位长度的重量,本文?准529×7岩棉保温,充水
q=367.92×9.8N•m;
μ-摩擦系数,钢与钢μ=0.3,钢与聚四氟板μ=0.1;
L-计算管段长度,m;
(2) 由于套筒式补偿器摩擦力而产生的推力;
(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补偿器,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补偿器;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型系列旋转补偿器简介: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、方向相反的一对力,由力臂回绕着Z轴中心旋转,以达到力偶两边管道产生的热伸长量的吸收。
Π型组合旋转式补偿器:如图1。
Ω型组合旋转式补偿器:如图2。
对于采用GSJ-V型系列旋转补偿器,固定支架所受到的推力,是由下列几方面产生的:
(1)由于滑动支架上摩擦力的而产生的水平推力Pg•m
(2)由于旋转补偿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,采用套筒式补偿器与旋转式补偿器的土建工程造价:
该蒸汽管网全长660m,如图3所示,管径DN500,工作压力1.0MPa,温度220℃,固定支架设置如图,滑动支架每15米设置一个,每个补偿器设置2个导向支架,滑动、导向支架共46个。
采用套筒式补偿器固定支架G2、G3、G5、G6,受力F
F=Pc+Pg•m1-0.7[PX+Pg•m2×(L2+L3/2)]+P×f
=Pc+μqL1-0.7[A×α×E×I×△t/L短臂2×105+μqcosα×(L2+L3/2)]+P×f
=31×103+0.1×367.92×9.8×100-0.7[12×0.012×1.905×105×39106×210/102×105+0.1×367.92×0.707×(10+10/2)]+160×3.14×51.52/4
=31000+36056-0.7×(22528+3902)+333122=381677N≈38.2T
固定支架G9F9=Pc+Pg•m1+P×f=31000+0.1×367.92×9.8×120+333122
=407389N≈40.8T
固定支架G8受力F8=Pc1+Pg•m1-0.7Pc2=Pc1+μqL-0.7Pc2=31×103+0.1×367.92×9.8×120-0.7×31×103=52567N≈5.3T
固定支架G4、G7受力F4、7=Pc-0.7Pc=31×103-0.7×31×103
=9300N≈1T
式中:F-固定支架承受的水平推力,N;
Pc-套筒式补偿器的摩擦力,N;
Pg•m-滑动支架产生的摩擦力,N;
Px-弯管的弹性力,N;
A-系数A=3(n3+4n2+3)/n(n+1),
n=L长臂/L短臂;
E-弹性模数,MPa;
I-管子的惯性矩,cm4;
P-水压试验压力,1.6MPa;
f-管道的内截面积,cm2。
由以上计算可得出,只要有盲板力Pf=P×F,固定支架受力就非常大。
管道安装旋转补偿器如图4
安装旋转补偿器的管道固定支架承受的水平推力:
固定支架G3受力F=Pg•m+M/Lcos(α/2)
=0.1×367.92×9.8×180+48830÷(2×0.974)
=64901+25066=89967N≈9T
式中:M-旋转补偿器的旋转摩擦力矩,N•m;
L-∏组合旋转式补偿器的力偶臂,m;
α-转角,sin(α/2)=0.012×180×(220-10)/L
由以上计算得出,安装套筒式补偿器回绕管道盲板力占支架承受水平推力的33.3/40.8=82%,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。而安装转向补偿器的管道消除了盲板力,固定支架承受水平推力只有9T,两者之比为9/40.8=22.0%
下面计算固定支架的混凝土造价:
50T固定支架混凝土体积:
V=1×5.4×2+2.5×0.8×0.8+1×0.8×0.8+1.5×0.8×0.8+2.2×0.8×0.5=10.8+1.6+0.64+0.96+0.88=14.88m3
10T固定支架混凝土体积:
V=0.6×2.9×2+0.6×0.5×0.8+1.7×1.2×0.8=3.48+0.24+1.63=5.35m3
滑动、导向支架混凝土体积:
V=0.75×1.5×1.5+1.25×0.4×0.4+0.5×0.4×0.4=1.67+0.2+0.08=1.95m3
由以上计算可得出,选用旋转式补偿器的管道比选用套筒式补偿器的管道工程土建造价减少24%(1-13.44/17.61=24%)。
安全性对比:
1.由于套筒式补偿器的结构特点,安装时对管道不同轴度≯1%,需“严格找中”以防止运行时摩擦力过大,发生泄漏甚至卡死,因此需额外增加导向支架。而旋转式补偿器不存在“找中”的问题,因而不必额外增加导向支架。
2.由于套筒式补偿器的结构特点,安装时对管道不同轴度≯1%,需“严格找中”以防止运行时摩擦力过大,发生泄漏甚至卡死;而旋转式补偿器不存在“找中”的问题;
3.套筒式补偿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;旋转式补偿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补偿器跟套筒式补偿器相比,具有大幅降低工程土建造价的优势,而且其结构简单,安装方便,无需维修,克服了套筒式补偿器易泄漏,需停产维修等弊病。所以说旋转式补偿器应该在架空管道中推广使用。

参考文献

[1]李善化、康慧,实用集中供热手册 中国电力出版社 1996年3月第一版
[2]汤惠芬、范季贤,城市供热手册 天津科学技术出版社 1992年2月第一版
[3]供热工程 中国建筑工业出版社 1985年12月第二版

 

 
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