旋轉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，是由下列幾方面產生的。 （1）由于滑動支架上摩擦力而產生的水平推力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生的推力；
（3）由于不平衡內壓力而產生的水平推力，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型系列旋轉補償器簡介：是由旋轉筒和彎頭組成，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，以達到力偶兩邊管道產生的熱伸長量的吸收。 Π型組合旋轉式補償器：如圖1。 Ω型組合旋轉式補償器：如圖2。
對于采用GSJ-V型系列旋轉補償器，固定支架所受到的推力，是由下列幾方面產生的: （1）由于滑動支架上摩擦力的而產生的水平推力Pg·m （2）由于旋轉補償器摩擦力而產生的推力
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。 管道安裝旋轉補償器如圖4
安裝旋轉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—旋轉補償器的旋轉摩擦力矩，N·m； L—∏組合旋轉式補償器的力偶臂，m；
α—轉角，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構特點，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構特點，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；旋轉式補償器的旋轉筒內裝設了止退圈和減摩、定心彈子，并采用了合理的密封面結構，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，而且其結構簡單，安裝方便，無需維修，克服了套筒式補償器易泄漏，需停產維修等弊病。所以說旋轉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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