補償器的計算
2017-2-23 10:37:30??????點擊：
解釋： 補償管線因溫度變化而伸長或縮短的配件，熱力管線上所利用的主要有波形補償器和波紋管兩種。
一. 補償器簡介：
補償器習(xí)慣上也叫膨脹節(jié)，或伸縮節(jié)。由構(gòu)成其工作主體的波紋管（一種彈性元件）和端管、支架、法蘭、導(dǎo)管等附件組成。
屬于一種補償元件。利用其工作主體波紋管的有效伸縮變形，以吸收管線、導(dǎo)管、容器等由熱脹冷縮等原因而產(chǎn)生的尺寸變化，或補償管線、導(dǎo)管、容器等的軸向、橫向和角向位移。也可用于降噪減振。在現(xiàn)代工業(yè)中用途廣泛。
二.補償器作用：
補償器也稱伸縮器、膨脹節(jié)、波紋補償器。補償器分為：波紋補償器、套筒補償器、旋轉(zhuǎn)補償器、方形自然補償器等幾大類型，其中以波紋補償器較為常用，主要為保障管道安全運行，具有以下作用：
1.補償吸收管道軸向、橫向、角向熱變形。
2. 波紋補償器伸縮量，方便閥門管道的安裝與拆卸。
3.吸收設(shè)備振動，減少設(shè)備振動對管道的影響。
4.吸收地震、地陷對管道的變形量。
三.關(guān)于軸向型、橫向型和角向型補償器對管系及管架設(shè)計的要求
（一）軸向型補償器
1、安裝軸向型補償器的管段，在管道的盲端、彎頭、變截面處，裝有截止閥或減壓閥的部們及側(cè)支管線進入主管線入口處，都要設(shè)置主固定管架。主固定管架要考慮波紋管靜壓推力及變形彈性力的作用。推力計算公式如下：
Fp=100*P*A
Fp-補償器軸向壓力推（N），
A-對應(yīng)于波紋平均直徑的有效面積（cm2），
P-此管段管道最高壓力（MPa）。
軸向彈性力的計算公式如下：
Fx=f*Kx*X
FX-補償器軸向彈性力（N），
KX-補償器軸向剛度（N/mm）；
f-系數(shù)，當(dāng)“預(yù)變形”（包括預(yù)變形量△X=0）時，f=1/2，否則f=1。
管道除上述部位外，可設(shè)置中間固定管架。中間固定管架可不考慮壓力推力的作用。
2、在管段的兩個固定管架之間，僅能設(shè)置一個軸向型補償器。
3、固定管架和導(dǎo)向管架的分布推薦按下圖配置。
補償器一端應(yīng)靠近固定管架，若過長則要按第一導(dǎo)向架的設(shè)置要求設(shè)置導(dǎo)向架，其它導(dǎo)向架的最大間距可按下計算：
LGmax-最大導(dǎo)向間距（m）；
E-管道材料彈性模量（N/cm2）；
i-tp 管道斷面慣性矩（cm4）；
KX-補償器軸向剛度（N/mm），
X0-補償額定位移量（mm）。
當(dāng)補償器壓縮變形時，符號“+”，拉伸變形時，符合為“-”。當(dāng)管道壁厚按標(biāo)準(zhǔn)壁厚設(shè)計時，LGmax可按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取。
（二）橫向型及角向型補償器
1、裝在管道彎頭附近的橫向型補償器，兩端各高一導(dǎo)向支座，其中一個宜是平面導(dǎo)向管座，其上、下活動間隙按下式計算：
ε-活動間隙（mm）；
L-補償器有效長度（mm）；
△Y-管段熱膨脹量（mm）；
△X-不包括L長度在內(nèi)的垂直管段的熱膨脹量（mm）；
2、角向型補償器宜兩個或三個為一組配套使用，用以吸收管道的橫向位移，對Z形和L形管段兩個固定管架之間，只允許安裝一個橫向型補償器或一組角向型補償器。此時平面鉸鏈銷的軸線必須垂直于彎曲管段形成的平面（萬向鉸鏈補償器不受此限制）。
裝有一組鉸鏈補償器的管段，其平面導(dǎo)向架的間隙ε亦可按上式計算。但是L長度應(yīng)為兩補償器鉸鏈軸之間的距離，△X是整個垂直管段的熱膨脹量。
3、補償器兩側(cè)的導(dǎo)向支座應(yīng)接近補償器，支座的型式應(yīng)使補償器能定向運動。
三.供熱管道直埋式補償器安裝要求
（一）用途：
直埋式波紋補償器主要用于直埋管線的軸向補償，具有抗彎能力，所以可不考慮管道下沉的影響，產(chǎn)品具有補償量大，壽命長的特點。
（二）使用說明：
直埋式波紋補償器主要適用于軸向補償，同時具有超強抗彎能力，所以不考慮管道下沉的影響。直埋式波紋補償外殼及導(dǎo)向套筒保護下實現(xiàn)自由伸縮補償，其它性能跟普通波紋補償器相同。
（三）選用與安裝：
3.1管道最大安裝長度計算
有補償直埋的管道應(yīng)在二處高固定點，一是在直管段的端部，二是在管道的分支處。長的無分支的直線管道兩補償器之間可以不設(shè)固定點，靠管道自然形成的“駐點”即可發(fā)揮固定點的作用。駐點是兩補償器之間管道的那個不動點，在管徑相同，埋深一致時，駐點與兩補償器間的距離相等。褡補償器（包括轉(zhuǎn)角處自然補償器）至固定點之間的距離不得超過管道的最大安裝長度Lmax，管道最大安裝長度的定義是固定點至自由端（補償器）的長度，在此長度下產(chǎn)生的摩擦力不得超過管道許用應(yīng)力下相應(yīng)的彈性力。
Lmax按下式計算：
常用管道的最大安裝長度Lmax。應(yīng)考慮16kgf/cm2內(nèi)壓力所產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力的綜合影響。
3.2固定支座的設(shè)計計算
具有2個管道分支并在主干線上有一處轉(zhuǎn)角管道平面，補償器的布置應(yīng)滿足Ln＜Lmax的條件。駐點G1、G2的推力為零，所以，此點處不必設(shè)置固定支座，但為了防止回填土的不均勻，埋深的不一致和預(yù)制保溫管外殼粗糙度的不規(guī)則等可能會造成駐點的漂移，所以，對處于駐點位置的管道分支處G1、G2需設(shè)置支座，以G1為例其軸向推力可按下式計算：
F1=Pb2+L2f-0.8(Pb3+L2f)
式中F1-固定支座G1的水平推力，kgf； f-管道單位長度摩擦力，Kgf/m
Pb2-B2膨脹節(jié)的彈性力，Kg； Pb3-B3膨脹節(jié)的彈性力，Kgf
k2-B2膨脹節(jié)的剛度，Kgf/mm；
△L2-B2膨脹節(jié)的補償量，mm；
L2-膨脹節(jié)至G1的距離，m；
假如某一分支如自G2接出的分支帶有補償器B。那么，G2還受到一側(cè)向推力的作用，如圖中的F2（y），當(dāng)L5很短（實際布置時L5也應(yīng)很短），那么，側(cè)向力F2（y）的大小為：
F2(y)=Pn*A5+Pb5
式中Pn-管道工作壓力，Kgf/cm2
A5-B5膨脹節(jié)的有效面積，cm2；
Pb5-B5膨脹節(jié)的彈性力kgf。
固定支座G3也駐點位置，從管道和土壤的摩擦力來講，該點也受到大小相等，方向相反的兩個時作用，但應(yīng)注意到該點同時又受到轉(zhuǎn)角處的盲板力的作用，考慮駐點漂移的影響，固定支座G3的推力
F3=1.2Pn*A4
式中F3-作用在固定支座G3的水平推力，Kgf；
Pn-管道工作壓力，Kgf/cm2；
A4-B4膨脹節(jié)的有效面積，cm2。
3.3補償器的選用計算
直埋管道由于土壤摩擦力的影響,實際熱伸長量要比架空和地溝敷設(shè)的管道熱熱伸長量要小。
架空和地溝敷設(shè)時的伸長量：α·△t·L
直埋敷設(shè)時，因土壤摩擦力影響的熱伸長減少量：
實際熱伸長量為：
式中E-鋼管彈性模理，kgf/cm2；
α-鋼管的線膨脹系數(shù)，取0.0133mm/m℃；
△t-管道溫差；
A、f-同公式①；
L-兩固定點之間的距離（最大安裝長度）m。
在實際工作中，直埋管道的熱伸長量，采用丹麥摩勒公司的簡化算法。
式中符號同以上公式相同。
按②或③式計算出實際熱伸長量后，按系列表選用相應(yīng)的補償器。
3.4安裝
直埋式膨脹節(jié)（不包括一次性直埋式）安裝時應(yīng)有兩個后年度護圈（如下圖），且護圈的壁厚不應(yīng)小于管道的壁厚，設(shè)置護圈1的目的是為管道受熱膨脹時，A尺寸范圍內(nèi)有土、砂等進入，圖中的各尺寸為：
直埋式波紋補償器出廠時，所有外露表面已刷防銹漆兩遍，直埋式波紋補償器及其直埋管道的其它要求為：
（1）保溫管埋于地下時，四周需用粒度小于20毫米的砂子填充，然后再覆蓋原土，填充砂子的厚度不小于200毫米。
（2）保溫管頂?shù)穆裆钜话悴怀^1.2米，但也盡量不要小于0.7米，，保溫管可直接埋在各種管道下面。
（3）如圖，除A處外，其余均保溫，因管道膨脹時A處不保溫并不會造成顯著的熱損失。也是由于護圈的作用，直埋補償器可以直埋處于車行道下面。
（4）直埋式補償器安裝不必冷緊，也不必按全線鋼管接好后再割下和膨脹節(jié)等長管道之后再焊接的方法。使用直埋型膨脹節(jié)，不必設(shè)導(dǎo)向支架。
（5）安裝時要注意保證導(dǎo)流套筒的方向與流動方向的一致。
（6）補償器內(nèi)介質(zhì)應(yīng)進行除游離氧和除氯離子處理，氯離子含量不得超過25PPm。
（7）補償器允許不超過1.5倍公稱壓力的系統(tǒng)水壓試驗。
（8）補償器安裝完畢進行系統(tǒng)水壓試驗前，要將管道兩端固定，防止內(nèi)壓推力拉伸補償器。
四.補償器安裝和使用要求
1、補償器在安裝前應(yīng)先檢查其型號、規(guī)格及管道配置情況，必須符合設(shè)計要求。
2、對帶內(nèi)套筒的補償器應(yīng)注意使內(nèi)套筒子的方向與介質(zhì)流動方向一致，鉸鏈型補償器的鉸鏈轉(zhuǎn)動平面應(yīng)與位移轉(zhuǎn)動平面一致。
3、需要進行“冷緊”的補償器，預(yù)變形所用的輔助構(gòu)件應(yīng)在管路安裝完畢后方可拆除。
4、嚴(yán)禁用波紋補償器變形的方法來調(diào)整管道的安裝超差，以免影響補償器的正常功能、降低使用壽命及增加管系、設(shè)備、支承構(gòu)件的載荷。
5、安裝過程中，不允許焊渣飛濺到波殼表面，不允許波殼受到其它機械損傷。
6、管系安裝完畢后，應(yīng)盡快拆除波紋補償器上用作安裝運輸?shù)狞S色輔助定位構(gòu)件及緊固件，并按設(shè)計要求將限位裝置調(diào)到規(guī)定位置，使管系在環(huán)境條件下有充分的補償能力。
7、補償器所有活動元件不得被外部構(gòu)件卡死或限制其活動范圍，應(yīng)保證各活動部位的正常動作。
8、水壓試驗時，應(yīng)對裝有補償器管路端部的次固定管架進行加固，使管路不發(fā)生移動或轉(zhuǎn)動。對用于氣體介質(zhì)的補償器及其連接管路，要注意充水時是否需要增設(shè)臨時支架。水壓試驗用水清洗液的96氯離子含量不超過25PPM。
9、水壓試驗結(jié)束后，應(yīng)盡快排波殼中的積水，并迅速將波殼內(nèi)表面吹干。
10、與補償器波紋管接觸的保溫材料應(yīng)不含氯離子。
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