学文网【摘要】热力管网介质温度较高，热力管道本身长度又大，固管道产生的温度变形量就大，其热膨胀产生的应力也会很大。为了释放温度变形，消除温度应力，保证管网安全运行，必须根据供热管道的热伸长量及应力的计算设置适应管道温度变形的补偿器。
【关键词】热力管道；补偿器
热伸长量计算：L =aLt其中：L ---热伸长量（m）； a---管材线膨胀系数，碳素钢a＝12×10 m∕(m·℃)；L----管段长度（m）；t---管道在运行时的温度与安装时的环境温度差（℃）
热膨胀应力计算：F＝Eat其中：F---热应力（MPa）；E---管材弹性模量（MPa）；碳素钢E＝20.14×10 MPa，其余同上。
补偿器分为自然补偿器和人工补偿器两种。目前常用的补偿器主要有：L形补偿器、Z形补偿器、Ⅱ形补偿器、波形（波纹）补偿器、球形补偿器和填料式（套筒式）补偿器等几种形式。
自然补偿是利用管路几何形状所具有的弹性来吸收热变形。最常见的管道自然补偿法是将管道两端以任意角度相接，多为两管道垂直相交。自然补偿的缺点是管道变形时会产生横向的位移，而且补偿的管段不能很大。
自然补偿器分为L形（管段中90°～150°弯管）和Z形（管段中两个相反方向90°弯管）两种，安装时应正确确定弯管两端固定支架的位置。
人工补偿是利用管道补偿器来吸收热变形的补偿方法，常用的有方形补偿器、波形补偿器、球形补偿器和填料式补偿器等。
方形补偿器由管子弯制或由弯头组焊而成，利用刚性较小的回折管挠性变形来消除热应力及补偿两端直管部分的热伸长量。其优点是制造方便，补偿量大，轴向推力小，维修方便，运行可靠；缺点是占地面积较大。
填料式补偿器又称套筒式补偿器，主要由三部分组成：带底脚的套筒、插管和填料函。在内外管间隙之间用填料密封，内插管可以随温度的变化自由活动，从而起到补偿作用。其材质有钢质和铸铁两种，铸铁的适用于压力在1.3MPa以下的管道，钢质的适用于压力不超过1.6MPa的热力管道，其形式有单向和双向两种。
填料式补偿器安装方便，占地面积小，流体阻力较小，抗失稳性好，补偿能力较大，可以再比停热的情况下进行检修；缺点是轴向推力较大，易漏水漏气，需经常检修和更换填料，如管道变形有横向位移时，易造成填料圈卡住。这种补偿器一般只用于安装方形补偿器有困难的地方。
球形补偿器是由外壳、球体、密封圈压紧法兰组成，它是利用球体管接头随机转弯运动来补偿管道的热伸长而消除热应力的适用于三项位置的热力管道。其优点是占用空间小，节省材料，不产生推力；缺点是易漏水漏气，要加强维修。
波形补偿器是靠波形管壁的弹性变形来吸收热胀或冷缩量，按波数的不同分为一波、二波、三波和四波，按内部结构的不同分为带套筒和不带套筒两种。它的优点是结构紧凑，只发生轴向变形，于方形补偿器相比占据空间位置小；缺点是制造比较困难，耐压低，补偿能力小，轴向推力大。它的补偿能力与波形管的外形尺寸、壁厚、管径大小有关。
上述补偿器中，自然补偿器、方形补偿器和波形补偿器是利用补偿材料的变形来吸收热伸长的，而填料式补偿器和球形补偿器是利用管道的位移来吸收热伸长的。
几年来，又发展起来一种新型补偿器，即旋转补偿器，作为一种专利技术已在部分地区被采用。它主要由旋转管、密封压盖、密封座、锥体连接管等组成，主要用于蒸汽和热水
管道，设计介质温度为—60～485℃，设计压力为0～5MPa。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，就像杠杆转动一样，支点分别在两侧的旋转补偿器上，已达到力偶两点管道产生的热伸长量的吸收。这种补偿器安装在热力管道上需要2个或3个成组布置，形成对旋转结构吸收管道热位移，从而减少管道应力。突出特点是其在管道运行过程中处于无应力状态。其他特点：补偿距离长，一般200～500m设计安装一组即可（但也要考虑具体地形）；无内压推力；密封性能好，由于密封形式为径向密封，不产生轴向位移，尤其耐高压。采用该型补偿器后，固定支架间距增大，为避免管段挠曲要适当增加导向支架，为减少掼蛋运行的摩擦阻力，在滑动支架上应安装滚动支座。
有补偿器装置的管段，在补偿器安装前，管道和固定支架之间不得进行固定。
L形、Z形、Ⅱ形补偿器一般在施工现场制作，制作应采用优质碳素钢无缝钢管。通常Ⅱ形补偿器应水平安装，平行臂应与管线及坡向相同，垂直臂应呈水平。垂直安装时，不得在弯管上开孔安装放风管和排水管。
在直管段中设置补偿器的最大距离和补偿器弯头的弯曲半径应符合设计要求。在靠近补偿器的两端，至少应各设计一个导向支架，保证运行时自由伸缩，不偏离中心。
当安装时的环境温度低于补偿零点（设计的最高温度与最低温度差值的1/2）时，应对补偿器进行预拉伸，拉伸的具体数值应符合设计文件的规定。经过预拉伸的补偿器，在安装及保温过程中应采取措施保证预拉伸不被释放。
在安装波形补偿器或填料式补偿器时，补偿器应与管道保持同轴，不得偏斜，有流向标记（箭头）的补偿器，安装时应使流向标记与管道介质流向一致。
填料式补偿器芯管的外露长度或其端部与套管内挡圈之间的距离应大于设计规定的变形量。
球形补偿器安装时，与球形补偿器相连接的两垂直臂的倾斜角度应符合设计要求，外伸部分应与管道坡度保持一致。
采用直埋补偿器时，在回填后其固定端应可靠锚固，活动端应能自由变形。
补偿器的临时固定装置在管道安装、试压、保温完毕后，应将紧固件松开，保证在使用中可以自由伸缩。
小结：
热力管道是工业及民用工程中常见的一类管道。在投入运行时工作介质的温度一般都较高，整个系统将会产生很大的热膨胀和轴向推力。为了确保整个系统安全，应保证系统有足够的伸缩余量。在实际应用中应充分考虑介质的压力、温度范围，安装的空间位置，维护检修等方面的因素。合理地选用上述几种形式的补偿器，从而保证热力管道的安全、稳定运行。
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