淺談球型補(bǔ)償器的應(yīng)用及設(shè)計(jì)方法

宋琴+楊林

摘 要：對球型補(bǔ)償器的工作原理、應(yīng)用條件和性能特點(diǎn)進(jìn)行了介紹和分析， 從球型補(bǔ)償器在不同管段劃分中的相應(yīng)布置方式、設(shè)計(jì)中補(bǔ)償量計(jì)算的具體方法和設(shè)計(jì)中注意事項(xiàng)進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：球型補(bǔ)償器；設(shè)計(jì)方法；熱網(wǎng)工程應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.235

蒸汽管道由于存在較大的熱位移，就必須采用各種方式進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償方式雖不少，但都有一定的局限性。常用的補(bǔ)償方式有：自然補(bǔ)償（含π型補(bǔ)償）、波紋管補(bǔ)償器補(bǔ)償、套筒補(bǔ)償器、球形補(bǔ)償器、方形補(bǔ)償器及無推力旋轉(zhuǎn)筒補(bǔ)償器補(bǔ)償?shù)取Ｄ壳拔夜境Ｓ玫难a(bǔ)償器為無推力旋轉(zhuǎn)筒補(bǔ)償器，但在一些地方無推力旋轉(zhuǎn)筒補(bǔ)償器并不是萬能的，在馬鞍山金星鈦白項(xiàng)目中管道補(bǔ)償就遇到了困難，由于本次項(xiàng)目需利用原有管架，新建管道需與已建管道并排敷設(shè)，且原設(shè)計(jì)管道為方形補(bǔ)償器補(bǔ)償，如新建管道利用旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器補(bǔ)償其旋轉(zhuǎn)臂無法打開，經(jīng)過多種補(bǔ)償方式對比，決定采用萬向球型補(bǔ)償器補(bǔ)償。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

主要有注填式萬向球型補(bǔ)償器和壓緊式萬向球型補(bǔ)償器。其結(jié)構(gòu)簡圖詳見下圖1：

2 工作原理

球型補(bǔ)償器通過夾在器體內(nèi)的球體可以轉(zhuǎn)動(dòng)，折屈來適應(yīng)和它相連接的蒸汽管道因受熱而產(chǎn)生的熱位移。球型補(bǔ)償器，安裝在管道的拐彎處，利用球頭的轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹９ぷ髟砣鐖D1所示，圖中實(shí)線為安裝位置，當(dāng)受熱運(yùn)行時(shí)，直管段的管道伸長量為△，推動(dòng)球補(bǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)到虛線位置，其中△與θ、L的關(guān)系由下面各等式列出：

如圖2所示，當(dāng)管道受熱伸長時(shí)球頭能在空間任意方向作轉(zhuǎn)動(dòng)。顯然管段的熱膨脹量越大，球頭轉(zhuǎn)過的角度就越大。它和球心距L和熱位移Δ之間存在下列關(guān)系：

由上式可知如θ值一定時(shí)，L值越大，補(bǔ)償能力就越大，但根據(jù)相關(guān)資料L最終不能超過8m。

另，由圖1可知當(dāng)球型補(bǔ)償器球體角位移至0.5θ折屈角時(shí)，補(bǔ)償器存有最大徑向擺動(dòng)y值，故當(dāng)補(bǔ)償器垂直布置時(shí)，補(bǔ)償器相鄰的滑動(dòng)管架應(yīng)選用彈簧支架；當(dāng)補(bǔ)償器水平布置時(shí)，補(bǔ)償器相鄰的滑動(dòng)管架應(yīng)選用平面滑動(dòng)管架，最大擺動(dòng)y值計(jì)算公式為：

y=L〔1-cos（θ/2）〕

3 管段的劃分與球補(bǔ)的布置方式

（1）管段的劃分。長直管線：直線管線段最能充分發(fā)揮球型補(bǔ)償器補(bǔ)償能力大的特點(diǎn)。根據(jù)管子的剛度情況， 可將200m～700m作為一個(gè)補(bǔ)償段。固定支架最大間距如表1：

L型與Z型管道：L型管道可利用其短臂安裝一組球型補(bǔ)償器， 對長臂進(jìn)行熱補(bǔ)償， 補(bǔ)償段的長度由短臂安裝的兩球球心距確定， 短臂太短時(shí)， 應(yīng)根據(jù)其經(jīng)濟(jì)性考慮是否采用球型補(bǔ)償器。Z型管道利用中間臂安裝球型補(bǔ)償器， 以補(bǔ)償其它兩臂之熱伸長， 并應(yīng)使兩臂盡量接近， 使固定支架受力接近。

（2）球型補(bǔ)償器的布置方式：球型補(bǔ)償器一般可分為垂直布置和水平布置，根據(jù)球型補(bǔ)償器在管線中不同的位置可分為端置式和中置式。

4 球型補(bǔ)償器作用于管道上的力及固定支架推力計(jì)算

球補(bǔ)存在轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，所以在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中對管道形成一個(gè)推力Fx并通過管道作用于固定支架上，那么推力Fx與轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M、球心距L可用下式表示：

Fx=2M/L

式中：M——轉(zhuǎn)動(dòng)力矩KN·m；L——兩球中心距m

管道受熱膨脹產(chǎn)生位移摩擦而作用于固定支架上的力Fμ。

Fμ=G·μ·H

式中G——管道單位重量kg/m（包括管道自重，介質(zhì)重量，保護(hù)層等）； μ——摩擦系數(shù)（采用本公司的滑動(dòng)支架時(shí)取μ=0.1）；L——球補(bǔ)中心線至固定支架的距離m

若不考慮固定支架左右兩側(cè)推力相互平衡，固定支架所受的推力F主要由球補(bǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩產(chǎn)生的軸向力Fx與管道受熱膨脹產(chǎn)生位移摩擦而作用于固定支架上的力Fμ之和。

所以固定支架所受的推力為F=Fx+Fμ

導(dǎo)向支架及固定支架側(cè)向推力按Fy=1/3F考慮。

5 結(jié)論

球型補(bǔ)償器是一種值得推廣的補(bǔ)償方式，它有很多獨(dú)到之處，可與其他補(bǔ)償方式相結(jié)合使用。實(shí)際熱力管網(wǎng)布置過程中，我們可以根據(jù)實(shí)際地形合理利用球型補(bǔ)償器，比如在有抬高降低、過路、過廠門處可利用球型補(bǔ)償器，不必在用旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器，這樣可以進(jìn)一步減少管道彎頭，減少管道壓降。綜上所述， 在進(jìn)行熱力管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)在掌握球型補(bǔ)償器補(bǔ)償原理的基礎(chǔ)上， 根據(jù)具體情況， 本著經(jīng)濟(jì)合理的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，為國家節(jié)能減排，熱網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]室外熱力管道安裝—架空敷設(shè)圖集[K].

作者簡介：宋琴（1988-），女，學(xué)士學(xué)位，助理工程師，主要從事：熱工、外管設(shè)計(jì)。endprint