管道熱補償量的計算方法

文章來源：http://www.laser029.cn 發布時間：2021-01-17 瀏覽次數：91

大家都知道無論什么東西都存在熱脹冷縮的力，在管道系統中也存在，管道補償器的作用就是吸收管道熱脹冷縮所產生的應力。今天給大家介紹一下管道熱補償量的計算方法。這會對大家在設計管道的時候有所幫助。

管道熱補償量的計算

不銹鋼波紋管補償器的產品性能有兩大類:

一類是為滿足使用必須保證的性能,如耐壓、耐高溫、耐疲勞和彈性補償等;

另一類性能如剛度、有效面積和材質等,

它們不是使用所需要的,但它們對管系的設計及補償器的使用有重要影響。

波紋補償器的補償能力源于波紋管的彈性變形,包括拉伸、壓縮、彎曲及它們的組合變形。

補償能力的大小由設計者根據需要確定規定的額定補償量,即在一定條件下具有的最大補償能力。

熱力管網兩固定點之間的最大長度是由管道失穩條件決定的,它與管徑的大小及補償器的補償能力有關,

一條管線無論如何復雜,都可以通過設置固定支座將其分割成若干形狀相對簡單的獨立管段,如直管段、L形管段和Z形管段等。

不銹鋼波紋管補償器的補償量計算應從以下幾方面著手:

1.管道熱伸長量的計算

管道熱伸長量的大小與管材的種類、管段的長度及溫差數值有關,一般用式(4)計算:

ΔX=α(t1- t2)L (4)式中:ΔX———管道的熱伸長量,mm;α———鋼管的線膨脹系數

,mm/(m·℃);t1———管內介質的最高工作溫度,℃ ;t2———管道安裝時的溫度,℃ ;L———管道計算長度,m。

計算管道熱伸長量是為了確定補償器的所需補償量,或驗算管道因熱伸長而產生的壓縮應力,

所以對于管道的熱伸長量應計算其最大值,即取冷態安裝條件的最低溫度和熱態運行條件的最高溫度之間的最大溫差。

由于管網安裝的氣候條件差異很大,因此t2不應有統一的取值,應根據當時的氣候條件和施工環境確定適當的管道安裝溫度。

2.管道軸向推力的計算

安裝軸向型補償器的管道軸向推力Fx按式(5)計算:

Fx= Fp+ Fm+ Fs (5)式中:Fp———內壓力產生的推力,

N;Fs———波紋管補償的彈性反力,N;Fm———管道活動支架的摩擦力,N。

計算固定支架推力時,應按管道的具體敷設方式,參考公式(5)按支架兩側管道推力的合力計算。

金屬波紋補償器在內壓作用下的失穩包括平面失穩和軸向柱狀失穩。

1)平面失穩。它表現為一個或幾個波紋的平面相對于波紋管軸線發生轉動而傾斜,但其波平面的圓心基本在波紋管的軸線上。

這是由于內壓產生的子午向彎曲應力和周向薄膜應力的合力超過材料屈服強度,局部出現塑性變形所致。

2)軸向柱狀失穩。波紋管的波紋連續地橫向偏移,使波紋管偏移后的實際軸線成弧形或S形(在多波情況下呈S形)。

這種情況多數是由于波紋數太多,波紋管有效長度L跟內徑d之比(L/ d)太大造成的。為避免失穩情況發生,對管道應進行應力驗算。

管道在工作狀態下由內壓產生的折算應力按式(6)計算:

σeq= P[0.5do- Y(s-α)]/(s-α)≤[σ] t(6)式中:P———設計壓力,MPa;do———管線外徑,mm;s———管線設計壁厚,

mm;Y———溫度對計算管線壁厚的修正系數;α———腐蝕裕量,mm;[σ] t———設計溫度下的許用應力,MPa。