学文网摘要：本文介绍了旋转补偿器在热网中应用的优势及安全性，对比了采用套筒式补偿器、旋转补偿器管网中固定支座的受力情况。对某蒸汽热网分别采用以上两种补偿器的工程造价进行了比较，采用旋转补偿器比较经济。
关键词：补偿器；固定支架；盲板力；
Abstrator: This paper introduced the merits and security of hot rotating compensator in the application at heat network and the fixed supporter bearing forces of sleeve-type rotating compensator and rotating compensation were compared. Then the project cost of one type steam network which used these two different compensators was analyzed respectively and the satisfied result was got that using rotary compensator is more economical.
Keywords: Compensator; the fixed supporter；the blind force;
中***分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1、前 言
供热管道安装投运后，由于管道被热媒加热引起管道受热伸长，所以说应采取措施补偿该管道的热伸长。补偿方式主要有以下几种：如自然补偿、套管式补偿器、波纹管补偿器、方形或球形补偿器等。本文主要论述目前常用的套筒式补偿器和新兴的旋转式补偿器在工程造价、运行安全性的对比。
2、套筒式补偿器简介
套筒式补偿器是一种适用于直线铺设管道的补偿器，用以补偿固定支架之间管道的热伸长。对于采用套筒式补偿器的管道，固定支架所受到的推力，是由下列几方面产生的：［1］
（1）由于滑动支架上摩擦力而产生的水平推力Pg・m
Pg・m=μqL
式中q－计算管段单位长度的重量，本文Φ529×7岩棉保温，充水q＝367.92×9.8N・m；
μ－摩擦系数，钢与钢μ＝0.3，钢与聚四氟板μ＝0.1；
L－计算管段长度，m；
（2） 由于套筒式补偿器摩擦力而产生的推力；
（3）由于不平衡内压力而产生的水平推力，如在固定支架两端设置套筒式补偿器，但其管径不同；或在固定支架两端管段之一端，设置阀门、堵板、弯管等，而在另一端设置套筒式补偿器；当管道进行水压试验或运行时，将出现管道的不平衡轴向力。
3、GSJ-V型系列旋转补偿器简介
GSJ-V型系列旋转补偿器是由旋转筒和弯头组成，其组合方式有Π型、Ω型，其补偿原理是通过成双旋转筒和L力臂形成力偶，使大小相等、方向相反的一对力，由力臂回绕着Z轴中心旋转，以达到力偶两边管道产生的热伸长量的吸收。
对于采用GSJ-V型系列旋转补偿器，固定支架所受到的推力，是由下列几方面产生的：［3］
（1）由于滑动支架上摩擦力的而产生的水平推力Pg・m
（2）由于旋转补偿器摩擦力而产生的推力。
该蒸汽管网全长660m，管径DN500，工作压力1.0MPa，温度220℃，固定支架设置，滑动支架每15m设置一个，每个补偿器设置2个导向支架，滑动、导向支架共46个。
采用套筒式补偿器固定支架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G9
F9＝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－套筒式补偿器的摩擦力，N；
Pg・m－滑动支架产生的摩擦力，N；
Px－弯管的弹性力，N；
A－系数A=3（n3＋4n2＋3）/n（n+1），
n＝L长臂/L短臂；
E－弹性模数，MPa；
I－管子的惯性矩，cm4；
P－水压试验压力，1.6MPa；
F－管道的内截面积，cm2。
由以上计算可得出，只要有盲板力Pf＝P×F，固定支架受力就非常大。
管道安装旋转补偿器
安装旋转补偿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－旋转补偿器的旋转摩擦力矩，N・m；
L－∏组合旋转式补偿器的力偶臂，m；
α－转角，sin（α/2）＝0.012×180×（220－10）/L
由以上计算得出，安装套筒式补偿器回绕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，固定支架将做的很小，工程造价将大幅减少。而安装转向补偿器的管道消除了盲板力，固定支架承受水平推力只有9T，两者之比为9/40.8＝22.0％
下面计算固定支架的混凝土造价：
50T固定支架混凝土体积：
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固定支架混凝土体积：
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
6T固定支架混凝土体积：
V＝0.6×2.9×2＋0.6×0.5×0.8＋1.7×0.8×0.8＝3.48＋0.24＋1.09＝4.81m3
1T固定支架混凝土体积：
V＝1.5×1.5×1＋1.7×0.8×0.8＝2.25＋1.09＝3.34m3
滑动、导向支架混凝土体积：
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
由以上计算可得出，选用旋转式补偿器的管道比选用套筒式补偿器的管道工程土建造价减少24％（1－14.34/18.86＝24％）。
4、优越性对比
（1）采用新型的GSJ-V型旋转补偿器技术，与传统的波纹补偿器、套筒补偿器等相比，补偿量大，密封性能优越，长期运行不需维护，节约投资成本。而且安装方便，特别对地形复杂的工作条件能根据现场情况灵活调节位置。
例如在平顶山市高新区热力干线工程中需要过路，管线位置很小，周围有自来水、工业管道（6根）、电缆、天然气管道，工程中避开这些障碍的同时还得考虑热力管道的补偿量，在这种情况下我们果断的采取了GSJ-V型旋转补偿器解决了上述种种难题。另外这个工程的管线需穿越城乡结合部的房屋，拆迁房屋的费用特别高，旋转补偿器的应用使管线不在一条支线上，从而根据管道路线来设计一组旋转补偿器从而避免发生纠纷，增加不必要费用。但是传统的波纹补偿器、套筒补偿器安装时管线必须在一条直线上，局限性太大，而方形补偿器补偿能力很有限，故新技术的应用和推广是很有必要的。
（2）新型的GSJ-V型旋转补偿器与传统的波纹补偿器、套筒补偿器等在热力工程中能配合在一起使用，补偿器布置形式灵活，根据现场情况随时变更，不局限于设计***纸，缩短工期。例如在二矿蒸汽管道工程原设计中管道需穿过某家属院，需用一个方形补偿器，但是施工过程中家属院由于种种问题不让管道通过，管线重新规划、重新施工时间不允许，而且到了供热高峰期，我公司的设计人员用新型的GSJ-V型旋转补偿器改变管道路线解决了大难题。整个管线上的其他补偿器和支架并没有改变，充分体现了新技术的优越性。
5、安全性对比
（1）由于套筒式补偿器的结构特点，安装时对管道不同轴度≯1%，需“严格找中”以防止运行时摩擦力过大，发生泄漏甚至卡死，因此需额外增加导向支架。而旋转式补偿器不存在“找中”的问题，因而不必额外增加导向支架。
（2）套筒式补偿器的高光洁度滑动表面，易碰伤和被腐蚀，因此易发生泄漏；旋转式补偿器的旋转筒内装设了止退圈和减摩、定心弹子，并采用合理的密封面结构，从而使密封材料和密封面的磨损极为轻微，保证在更长时间内不发生泄漏很大程度上增加了工作的安全性、可靠性。
结束语
通过上述分析，我们可以得出旋转式补偿器跟套筒式补偿器相比，具有大幅降低工程土建造价的优势，而且其结构简单、安装方便、无需维修，克服了套筒式补偿器易泄漏、需停产维修等弊病。所以说旋转式补偿器应该在架空管道中推广使用。
参考文献：
［1］李善化、康慧.《实用集中供热手册》[M].北京：中国电力出版社，1996年3月第一版
［2］汤惠芬、范季贤.《城市供热手册》[M].天津：天津科学技术出版社，1992年2月第一版
［3］王宇清.《供热工程》[M].北京：中国建筑工业出版社，1985年12月第二版
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