波纹补偿器在城镇供热管网设计中的选型及计算分析

2020-10-13王婷婷苏红乡

中国建筑金属结构 2020年9期

王婷婷苏红乡

【摘要】本文介绍了波纹补偿器的工作原理、特点及类型，重点分析了不同类型波纹补偿器在不同工艺管道布置条件下选型和设置的要求，并提出了相应的支吊架的受力计算方法，列举了实际的工程实例选型计算，可为同类工程设计提供一定的参考价值。

【关键词】波纹补偿器;供热管网;应力分析;典型管段

1.概述

波纹补偿器是由金属波纹管、短管和其他构件组成的具有补偿能力的补偿设备。工作时，它利用波纹变形能够补偿管道的热变形、机械变形和吸收机械振动。波纹补偿器具有结构紧凑、占地少、补偿能力大、安装方便、无结构性渗漏、不需维护保养等优点，同时不受工作介质、参数、工作环境和地形条件等限制，近年来在电力、石化、冶金、供热、水泥等行业被广泛应用。

2.波纹补偿器的分类

波纹补偿器按波纹的形状分为“U”形、“Ω”、形“S”形、“V”形。按波纹管材质分为不锈钢、碳钢和复合材料，供热管道中常采用不锈钢[1]。按补偿形式分为轴向型、横向型、角向型以及三者组合的位移形式。轴向补偿器可吸收轴向位移，主要有普通轴向型、复式轴向型、内、外压型、轴向无约束型、压力平衡型、直埋外压型;横向型补偿器可吸收横向（径向）位移，主要有大拉杆横向型、铰链横向型和万向铰链型;角向型可吸收角向位移，主要有单向角向型和万向角向型。按补偿位移方向的数量分为单侧补偿和双侧补偿，在热水直埋管道中常采用双侧波纹补偿器，吸收两个方向的膨胀位移。按内压力是否抵消分为压力平衡型和不平衡型波纹补偿器。按补偿器的横截面形状可分为圆形和方形（矩形）波纹补偿器，方形补偿器主要用于低压场合，如锅炉鼓、引风管道中。

3.波纹补偿器的布置方式及支架受力分析

3.1 布置方式

波纹补偿器种类较多，能够满足管道设计中不同管系的补偿要求。任何复杂的管段都可以用固定支架分割成若干个直管段和典型管段，如L型、Z型、U型等。

（1）轴向波纹补偿器，用于补偿管道的轴向变形，补偿量大，两固定支架间只能设一组补偿器，补偿器不受工作介质、使用环境的限制。

（2）大拉杆横向波纹补偿器，用于补偿管道的横向变形，主要用在“L” 形、“U” 形、“Z”形、空间管段中。补偿器工作时，固定支架不承受盲板力，适用于架空或地沟管道中。

（3）铰链型波纹补偿器，由两个或三个组成一组使用，吸收一个或两个方向的横向位移，主要用于“L” 形、“U” 形、“Z”形、“∠”形管段中。补偿器工作时，固定支架不承受盲板力，适用于架空或地沟管道中[2]。

3.2 支架受力分析

不同类型的波纹补偿器由于设计原理、结构形式不同，对管架的作用力不同。表1中，列举出常用的波纹补偿器和固定支架布置形式，并相应地列出固定支架水平推力的计算公式，一些复杂的布置形式，可参见相关设计手册。

4.工程案例分析

结合多个热电厂蒸汽管道设计项目实例，对选用不同波纹补偿器情况下的管道布置及受力计算分析如下：

4.1实例1

某热电厂一段架空蒸汽管道，布置如图1所示。设计压力P=1.2Mpa，温度t1=270℃，管径φ426×8，材质为Q235-B，安装温度t0=5℃。现已知MA2和MA3间距L1为100m，IA1至MA2间距L2为64m，钢材线性膨胀系数。选用轴向型波纹补偿器及MA2支架受力，见图2。