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1、第一节 管材的线膨胀及伸缩量的计算一、热膨胀量的计算管道安装完毕投入运行时，常因管内介质的温度与安装时环境温度的差异而产生伸缩。另外，由于管道本身工作温度的高低，也会引起管道的伸缩。实验证明，温度变化而引起管道长度成比例的变化。管道温度升高，由于膨胀，长度增加；温度下降，则由于收缩，长度缩短。温度变化1度相应的长度成比例变化量称为管材的线膨胀系数。不同材质的材料线膨胀系数也不同。碳素钢的线膨胀系数为12106，而硬质聚氯乙烯管的线膨胀系数为80X106，约为碳素钢的七倍。管材受热后的线膨胀量，按下式进行计算：式中L管道热膨胀伸长量(m)；a管材的线膨胀系数(1K)或(1)；t2管道运行时的介质
2、温度()；tl管道安装时的温度()，安装在地下室或室内时取t1=5；当室外架空敷设时，t1应取冬季采暖室外计算温度；L计算管段的长度(m)。不同材质管材的。值见表21。表21不同材质管材的线膨胀系数管道材质线膨胀系数a/（106/）管道材质线膨胀系数a/（106/）碳素钢铸铁中铬钢不锈钢镍钢奥氏体钢1211.111.410.313.117纯铜(紫铜)黄铜铝聚氯乙烯氯乙烯玻璃16.418.423.680105在管道工程中，碳素钢管应用最广，其伸长量的计算公式为式中12106常用钢管的线膨胀系数(1)。根据式(22)制成管道的热伸长量L表(见表22)，由表中可直接查出不同温度下相应管长的热伸长量。
3、例有一段室内热水采暖碳素钢管道，管长70m，输送热水温度为95，试计算此段管道的热伸长量。解根据钢管的热膨胀伸长量计算式(22)L=12106(t1t2)L =12106（95+5）70=0.084m由已知管长及送水温度，直接查表22，也可得管道的热伸长量L。如果管道中通过介质的温度低于环境温度，则计算出来的是缩短量。表22水和蒸汽管道的热伸长量L表(m)管段长L/m热水温度6070809095100110120130140143151158164170175179183蒸汽表压MPa0.04900980.1760.265029403920.4905880686078408820.985101
4、520253035404550556065707580859095100105110481115192326303438414549535660646871757983491318222631354044485357626670757983889296510152025303540455055606570758085909510010911061117232834404551576268747985901021071131191246121824303642485460667177838995101107113119125131613192531384450566369758188941001
5、061131191251311387142128344148556269768389961031101171241301371441518152330384553606875839098105113120128135143150158165816243341495765738l89981061131221301381461541631701809182635445361707988105114123131140149157166175184194918273645546372818999107116125134143152161170179188197101928384757667685951
6、0411412313214215216117118019019920810203040506070肋90991091191291391481581681781881982082181021314151跎728293103113123133144154164174185195205215226112132435364748510611712813814915917018019120221222323411X3344556677889911012013114215416417518619720821923024011X3345566779901011121231341451571681801902
7、0021222423524612233446579印92103114126137148160172183194205217229240252二、热应力计算如果管道两端不固定，允许它自由伸缩，则热伸缩量对管予的强度没有什么影响。若在管子的两端加以限制，阻止管子伸缩，这时在管道内部将产生很大的热应力，热应力的计算式为式中管材受热时所产生的热应力(MNm2)； E管材的弹性模量(MNm2)，碳素钢的弹性模量 E=20104104MNm2；管段的相对变形量，=L/L为管段的热膨胀量(m)；L为在室温下安装的管段原长度(m)。由上式可见，管道受热时所产生的热应力，仅与管材的弹性模量、线膨胀系数、管段的长
8、度及管道受热时温度的变化幅度有关，而与管径大小及管壁厚薄无关。如果将式(21)代人=L/L中，那么= at，则热应力的计算式可写成为=Eat从而可知，当管道材质确定以后，温度差t是决定热应力的最主要的因素。对于碳素钢管，线膨胀系数取12106m(m)，弹性模量取20.104104MNm2。那么，钢管的热应力计算式可简化为=2.4125t利用式，可以很容易地计算出钢管受热时所产生的热应力。例 有一段两端固定的碳素钢管，安装时室温为5，投入运行后管子温度为130，求该管道由于热膨胀所产生的热应力。解 管道投入运行后与安装时的温度差t=130(5)=135因此，热膨胀应力=2.4125t=2.412
9、5135=325.69MNm2由以上计算可以看出，管道受热后所产生的热应力远远超过了钢管及接头等配件的容许应力(钢=129.45MNm2)，要想阻止管道的伸缩，任何固定支架及构筑物都是无能为力的，只有选用适当的补偿装置，任其自由伸缩，消除热应力，才能确保管道系统的安全运行。第二节管道的固定支架及自然补偿一、管道的固定支架为了防止管道受热后上下左右移动，在管道系统中普遍设置固定支架。固定支架间的管道因受热膨胀所产生的伸长量由管道本身的弯曲部件或管道中设置的伸缩器进行补偿。只有当钢管的温度变化(t)小于32时，管道的热应力不超过钢材的许用应力，才不考虑补偿的问题。管道安装中应尽量利用其本身弯曲部件
10、的补偿能力。由固定点起，允许不装伸缩器的直管段长度L见表23，该表同时适用于带有支管的干管，如图21所示。表23由固定点起，允许不装伸缩器的直管段的最大长度(m)房 屋种 类热水温度/6070809095100110120130151158170175179183蒸汽表压/MPa 民用建筑5545403533322625222222工业建筑655750454240373230272727252524242424图21带有支管的干管1固定点2千管3支管当受热管段本身弯曲部件的补偿能力不能满足要求时，在管道中必须设置补偿装置，其固定支架间的最大间距见表24。固定支架安装时，一般直接栽人墙内或固定在
11、柱子上，其埋人墙内的深度最好与壁厚相等，四周空隙用150号碎石混凝土灌注。在地沟墙上安装较大管道固定支架，可在砌筑地沟时，在安装位置预留400mmX300mm方孔，然后在预留位置固定好需设置的固定支架，再用碎石混凝土灌注捣实。表24热力管道固定支架间的最大间距 管道公称直径 DNmm2532405C70801001251502002503012350400450500600方形伸宿器 地沟或架空敷设m3035455055圃6570809010G115130145160180200方形伸宙铝 无地沟敷没m455C556065707090901113110110125125125 管道公称直径 DNmm2532405C70801001251502002503012350400450500600方形伸宿68 地沟或架空敷设m30 35455055圃6570809010G115130145160180200方形伸宙铝
