旋轉(zhuǎn)式補償器在架空管道中的應用
牡丹江熱力設計有限責任公司 吳春明 蘇云國
【摘 要】本文通過對架空管道安裝套筒式補償器與安裝旋轉(zhuǎn)式補償器固定支架的受力分析，針對補償器的選型問題進行了探討，供廣大供熱科技人員參考。
【關(guān)鍵詞】補償器 固定支架 盲板力 供熱管道安裝投運后，由于管道被熱媒加熱引起管道受熱伸長，所以說應采取措施補償該管道的熱伸長。補償方式主要有以下幾種：如自然補償、套管式補償器、波紋管補償器、方形或球形補償器等。本文主要論述目前常用的套筒式補償器和新興的旋轉(zhuǎn)式補償器在工程造價、運行安全性的對比。
一、套筒式補償器簡介：是一種適用于直線鋪設管道的補償器，用以補償固定支架之間管道的熱伸長。 對于采用套筒式補償器的管道，固定支架所受到的推力，是由下列幾方面產(chǎn)生的。 （1）由于滑動支架上摩擦力而產(chǎn)生的水平推力Pg·m Pg·m=μqL
式中q－計算管段單位長度的重量，本文?準529×7巖棉保溫，充水 q＝367.92×9.8N·m；
μ－摩擦系數(shù)，鋼與鋼μ＝0.3，鋼與聚四氟板μ＝0.1； L－計算管段長度，m；
（2） 由于套筒式補償器摩擦力而產(chǎn)生的推力；
（3）由于不平衡內(nèi)壓力而產(chǎn)生的水平推力，如在固定支架兩端設置套筒式補償器，但其管徑不同；或在固定支架兩端管段之一端，設置閥門、堵板、彎管，而在另一端設置套筒式補償器；當管道進行水壓試驗或運行時，將出現(xiàn)管道的不平衡軸向力。
二、GSJ-V型系列旋轉(zhuǎn)補償器簡介：是由旋轉(zhuǎn)筒和彎頭組成，其組合方式有Π型、Ω型，其補償原理是通過成雙旋轉(zhuǎn)筒和L力臂形成力偶，使大小相等、方向相反的一對力，由力臂回繞著Z軸中心旋轉(zhuǎn)，以達到力偶兩邊管道產(chǎn)生的熱伸長量的吸收。 Π型組合旋轉(zhuǎn)式補償器：如圖1。 Ω型組合旋轉(zhuǎn)式補償器：如圖2。
對于采用GSJ-V型系列旋轉(zhuǎn)補償器，固定支架所受到的推力，是由下列幾方面產(chǎn)生的: （1）由于滑動支架上摩擦力的而產(chǎn)生的水平推力Pg·m （2）由于旋轉(zhuǎn)補償器摩擦力而產(chǎn)生的推力
下面以某工程的蒸汽管網(wǎng)舉例對比一下，采用套筒式補償器與旋轉(zhuǎn)式補償器的土建工程造價：
該蒸汽管網(wǎng)全長660m，如圖3所示，管徑DN500，工作壓力1.0MPa，溫度220℃，固定支架設置如圖，滑動支架每15米設置一個，每個補償器設置2個導向支架，滑動、導向支架共46個。 采用套筒式補償器固定支架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—套筒式補償器的摩擦力，N； Pg·m—滑動支架產(chǎn)生的摩擦力，N； Px—彎管的彈性力，N；
A—系數(shù)A=3（n3＋4n2＋3）/n（n+1）， n＝L長臂/L短臂； E—彈性模數(shù)，MPa； I—管子的慣性矩，cm4； P—水壓試驗壓力，1.6MPa； f—管道的內(nèi)截面積，cm2。
由以上計算可得出，只要有盲板力Pf＝P×F，固定支架受力就非常大。 管道安裝旋轉(zhuǎn)補償器如圖4
安裝旋轉(zhuǎn)補償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—旋轉(zhuǎn)補償器的旋轉(zhuǎn)摩擦力矩，N·m； L—∏組合旋轉(zhuǎn)式補償器的力偶臂，m；
α—轉(zhuǎn)角，sin（α/2）＝0.012×180×（220－10）/L
由以上計算得出，安裝套筒式補償器回繞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，固定支架將做的很小，工程造價將大幅減少。而安裝轉(zhuǎn)向補償器的管道消除了盲板力，固定支架承受水平推力只有9T，兩者之比為9/40.8＝22.0％ 下面計算固定支架的混凝土造價： 50T固定支架混凝土體積：
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固定支架混凝土體積：
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 滑動、導向支架混凝土體積：
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
由以上計算可得出，選用旋轉(zhuǎn)式補償器的管道比選用套筒式補償器的管道工程土建造價減少24％（1－13.44/17.61＝24％）。 安全性對比：
1.由于套筒式補償器的結(jié)構(gòu)特點，安裝時對管道不同軸度≯1%，需“嚴格找中”以防止運行時摩擦力過大，發(fā)生泄漏甚至卡死，因此需額外增加導向支架。而旋轉(zhuǎn)式補償器不存在“找中”的問題，因而不必額外增加導向支架。
2.由于套筒式補償器的結(jié)構(gòu)特點，安裝時對管道不同軸度≯1%，需“嚴格找中”以防止運行時摩擦力過大，發(fā)生泄漏甚至卡死；而旋轉(zhuǎn)式補償器不存在“找中”的問題；
3.套筒式補償器裸露的高光潔度滑動表面，易碰傷和被腐蝕，因此易發(fā)生泄漏；旋轉(zhuǎn)式補償器的旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)裝設了止退圈和減摩、定心彈子，并采用了合理的密封面結(jié)構(gòu)，從而使密封材料和密封面的磨損極為輕微，可保證在更長時間內(nèi)不發(fā)生泄漏大大增加了工作的安全性、可靠性；
通過以上的計算分析，我們可以得出旋轉(zhuǎn)式補償器跟套筒式補償器相比，具有大幅降低工程土建造價的優(yōu)勢，而且其結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，無需維修，克服了套筒式補償器易泄漏，需停產(chǎn)維修等弊病。所以說旋轉(zhuǎn)式補償器應該在架空管道中推廣使用。 參考文獻
［1］李善化、康慧，實用集中供熱手冊 中國電力出版社 1996年3月第一版 ［2］湯惠芬、范季賢，城市供熱手冊 天津科學技術(shù)出版社 1992年2月第一版 ［3］供熱工程 中國建筑工業(yè)出版社 1985年12月第二版
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