1、前 言
供熱管道安裝投運(yùn)后，由于管道被熱媒加熱引起管道受熱伸長(zhǎng)，所以說應(yīng)采取措施補(bǔ)償該管道的熱伸長(zhǎng)。補(bǔ)償方式主要有以下幾種：如自然補(bǔ)償、套管式補(bǔ)償器、波紋管補(bǔ)償器、方形或球形補(bǔ)償器等。本文主要論述目前常用的套筒式補(bǔ)償器和新興的旋轉(zhuǎn)式補(bǔ)償器在工程造價(jià)、運(yùn)行安全性的對(duì)比。
2、套筒式補(bǔ)償器簡(jiǎn)介
套筒式補(bǔ)償器是一種適用于直線鋪設(shè)管道的補(bǔ)償器，用以補(bǔ)償固定支架之間管道的熱伸長(zhǎng)。對(duì)于采用套筒式補(bǔ)償器的管道，固定支架所受到的推力，是由下列幾方面產(chǎn)生的： ?。?）由于滑動(dòng)支架上摩擦力而產(chǎn)生的水平推力Pg?m
Pg?m=μqL
式中q－計(jì)算管段單位長(zhǎng)度的重量，本文Φ529×7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(jì)算管段長(zhǎng)度，m；
?。?） 由于套筒式補(bǔ)償器摩擦力而產(chǎn)生的推力；
（3）由于不平衡內(nèi)壓力而產(chǎn)生的水平推力，如在固定支架兩端設(shè)置套筒式補(bǔ)償器，但其管徑不同；或在固定支架兩端管段之一端，設(shè)置閥門、堵板、彎管等，而在另一端設(shè)置套筒式補(bǔ)償器；當(dāng)管道進(jìn)行水壓試驗(yàn)或運(yùn)行時(shí)，將出現(xiàn)管道的不平衡軸向力。
3、GSJ-V型系列旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器簡(jiǎn)介
GSJ-V型系列旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器是由旋轉(zhuǎn)筒和彎頭組成，其組合方式有Π型、Ω型，其補(bǔ)償原理是通過成雙旋轉(zhuǎn)筒和L力臂形成力偶，使大小相等、方向相反的一對(duì)力，由力臂回繞著Z軸中心旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到力偶兩邊管道產(chǎn)生的熱伸長(zhǎng)量的吸收。
對(duì)于采用GSJ-V型系列旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器，固定支架所受到的推力，是由下列幾方面產(chǎn)生的：［3］
?。?）由于滑動(dòng)支架上摩擦力的而產(chǎn)生的水平推力Pg?m
（2）由于旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器摩擦力而產(chǎn)生的推力。
該蒸汽管網(wǎng)全長(zhǎng)660m，管徑DN500，工作壓力1.0MPa，溫度220℃，固定支架設(shè)置，滑動(dòng)支架每15m設(shè)置一個(gè)，每個(gè)補(bǔ)償器設(shè)置2個(gè)導(dǎo)向支架，滑動(dòng)、導(dǎo)向支架共46個(gè)。
采用套筒式補(bǔ)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
?。?1×103＋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
?。?07389N≈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(bǔ)償器的摩擦力，N；
Pg?m－滑動(dòng)支架產(chǎn)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(zhǎng)臂/L短臂；
E－彈性模數(shù)，MPa；
I－管子的慣性矩，cm4；
P－水壓試驗(yàn)壓力，1.6MPa；
F－管道的內(nèi)截面積，cm2。
由以上計(jì)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(zhuǎn)補(bǔ)償器
安裝旋轉(zhuǎn)補(bǔ)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）
?。?4901＋25066＝89967N≈9T
式中：M－旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器的旋轉(zhuǎn)摩擦力矩，N?m；
L－∏組合旋轉(zhuǎn)式補(bǔ)償器的力偶臂，m；
α－轉(zhuǎn)角，sin（α/2）＝0.012×180×（220－10）/L
由以上計(jì)算得出，安裝套筒式補(bǔ)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(jià)將大幅減少。而安裝轉(zhuǎn)向補(bǔ)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(jì)算固定支架的混凝土造價(jià)：
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
6T固定支架混凝土體積：
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固定支架混凝土體積：
V＝1.5×1.5×1＋1.7×0.8×0.8＝2.25＋1.09＝3.34m3
滑動(dòng)、導(dǎo)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(jì)算可得出，選用旋轉(zhuǎn)式補(bǔ)償器的管道比選用套筒式補(bǔ)償器的管道工程土建造價(jià)減少24％（1－14.34/18.86＝24％）。
4、優(yōu)越性對(duì)比
?。?）采用新型的GSJ-V型旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器技術(shù)，與傳統(tǒng)的波紋補(bǔ)償器、套筒補(bǔ)償器等相比，補(bǔ)償量大，密封性能優(yōu)越，長(zhǎng)期運(yùn)行不需維護(hù)，節(jié)約投資成本。而且安裝方便，特別對(duì)地形復(fù)雜的工作條件能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活調(diào)節(jié)位置。
例如在平頂山市高新區(qū)熱力干線工程中需要過路，管線位置很小，周圍有自來水、工業(yè)管道（6根）、電纜、天然氣管道，工程中避開這些障礙的同時(shí)還得考慮熱力管道的補(bǔ)償量，在這種情況下我們果斷的采取了GSJ-V型旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器解決了上述種種難題。另外這個(gè)工程的管線需穿越城鄉(xiāng)結(jié)合部的房屋，拆遷房屋的費(fèi)用特別高，旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器的應(yīng)用使管線不在一條支線上，從而根據(jù)管道路線來設(shè)計(jì)一組旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器從而避免發(fā)生糾紛，增加不必要費(fèi)用。但是傳統(tǒng)的波紋補(bǔ)償器、套筒補(bǔ)償器安裝時(shí)管線必須在一條直線上，局限性太大，而方形補(bǔ)償器補(bǔ)償能力很有限，故新技術(shù)的應(yīng)用和推廣是很有必要的。
?。?）新型的GSJ-V型旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器與傳統(tǒng)的波紋補(bǔ)償器、套筒補(bǔ)償器等在熱力工程中能配合在一起使用，補(bǔ)償器布置形式靈活，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況隨時(shí)變更，不局限于設(shè)計(jì)圖紙，縮短工期。例如在二礦蒸汽管道工程原設(shè)計(jì)中管道需穿過某家屬院，需用一個(gè)方形補(bǔ)償器，但是施工過程中家屬院由于種種問題不讓管道通過，管線重新規(guī)劃、重新施工時(shí)間不允許，而且到了供熱高峰期，我公司的設(shè)計(jì)人員用新型的GSJ-V型旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器改變管道路線解決了大難題。整個(gè)管線上的其他補(bǔ)償器和支架并沒有改變，充分體現(xiàn)了新技術(shù)的優(yōu)越性。
5、安全性對(duì)比
?。?）由于套筒式補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，安裝時(shí)對(duì)管道不同軸度≯1%，需“嚴(yán)格找中”以防止運(yùn)行時(shí)摩擦力過大，發(fā)生泄漏甚至卡死，因此需額外增加導(dǎo)向支架。而旋轉(zhuǎn)式補(bǔ)償器不存在“找中”的問題，因而不必額外增加導(dǎo)向支架。
（2）套筒式補(bǔ)償器裸露的高光潔度滑動(dòng)表面，易碰傷和被腐蝕，因此易發(fā)生泄漏；旋轉(zhuǎn)式補(bǔ)償器的旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)裝設(shè)了止退圈和減摩、定心彈子，并采用合理的密封面結(jié)構(gòu)，從而使密封材料和密封面的磨損極為輕微，保證在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不發(fā)生泄漏很大程度上增加了工作的安全性、可靠性。
結(jié)束語
通過上述分析，我們可以得出旋轉(zhuǎn)式補(bǔ)償器跟套筒式補(bǔ)償器相比，具有大幅降低工程土建造價(jià)的優(yōu)勢(shì)，而且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、無需維修，克服了套筒式補(bǔ)償器易泄漏、需停產(chǎn)維修等弊病。所以說旋轉(zhuǎn)式補(bǔ)償器應(yīng)該在架空管道中推廣使用。
