管材线膨胀伸缩量计算

1、管材线膨胀及伸缩量计算管材线膨胀及伸缩量计算8/8管材线膨胀及伸缩量计算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成投入运转时，常因管内介质的温度与安装时环境温度的差别而产生伸缩。此外，因为管道自己工作温度的高低，也会惹起管道的伸缩。实考证明，温度变化而惹起管道长度成比率的变化。管道温度高升，因为膨胀，长度增添；温度降落，则因为缩短，长度缩短。温度变化1度相应的长度成比率变化量称为管材的线膨胀系数。不一样材质的材料线膨胀系数也不一样。碳素钢的线膨胀系数为6，而硬质聚氯乙烯管的线膨胀1210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：Lt1t2L

2、式中L管道热膨胀伸长量(m)；管材的线膨胀系数(1K)或(1)；t2管道运转时的介质温度()；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应取冬天采暖室外计算温度；L计算管段的长度(m)。不一样材质管材的。值见表21。表21不一样材质管材的线膨胀系数管道材质线膨胀系数/（106/）管道材质线膨胀系数/（106/）碳素钢12纯铜(紫铜)16.4铸铁11.1黄铜18.4中铬钢11.4铝23.6不锈钢10.3聚氯乙烯80镍钢13.1氯乙烯10奥氏体钢17玻璃5在管道工程中，碳素钢管应用最广，其伸长量的计算公式为L12106t1t2L式中12106常用钢管的线膨胀系

3、数(1)。依据式(22)制成管道的热伸长量L表(见表22)，由表中可直接查出不一样温度下相应管长的热伸长量。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。解依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。假如管道中经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)管段热水温度长6070809095100110120130140143151158164170175179183L/m蒸汽表压MPa0.

4、04900980.1760.265029403920.4905880686078408820.9854456667889910101011111112108910111213141516181819202121XX231511131517181921232426272830313233333420151820232425283033353638404143444546251922252830313438414445475051535556573023263034363841454953545760跎6466679352631354042444853576163667072747779印4030

5、3540454850556065707276肋8285889092453440455154566268737981859093991011035038445057606369758l88899599103106110112114554148556266697683899910410911311712012312660455360687175839098105107114119123128131134137654957657477818998106114116123129133138142145148705362707983889610511312312513213914414915415716

6、075566675858994103113122131134142148154159164168172806070809095100110120130140143152158164170175180183856475851011061171281381491521611681741801861901949068799010210711312413514615716117117818519119720020595718395107113119130143154166170180188195202208212217100758810011311912513715016317517919019820

7、521221922422910579921091191251311441581701841881992082152232302352401108396110124131138151165180194197208218226234240246252二、热应力计算假如管道两头不固定，同意它自由伸缩，则热伸缩量对管予的强度没有什么影响。若在管子的两头加以限制，阻挡管子伸缩，这时在管道内部将产生很大的热应力，热应力的计算式为E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

8、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、管段的长度及管道受热时温度的变化幅度相关，而与管径大小及管壁厚薄没关。假如将式(21)代人=L/L中，那么=t，则热应力的计算式可写成为=Et进而可知，当管道材质确立此后，温度差t是决定热应力的最主要的要素。关于碳素钢管，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，能够很简单地计算出钢管受热时所产生的热应力。例有一段两头固定的碳素钢管，安装时室温为5，投入运转后管子温度为130，求该管道因为热膨胀所产生的热应力。解管道

9、投入运转后与安装时的温度差t=130(5)=135所以，热膨胀应力=2.4125t=2.4125135=325.69MNm2由以上计算能够看出，管道受热后所产生的热应力远远超出了钢管及接优等配件的容许应力(钢=129.45MNm2)，要想阻挡管道的伸缩，任何固定支架及修建物都是力所不及的，只有采纳适合的赔偿装置，任其自由伸缩，除去热应力，才能保证管道系统的安全运转。第二节管道的固定支架及自然赔偿一、管道的固定支架为了防备管道受热后上下左右挪动，在管道系统中广泛设置固定支架。固定支架间的管道因受热膨胀所产生的伸长量由管道自己的曲折零件或管道中设置的伸缩器进行赔偿。只有当钢管的温度变化(t)小于3

10、2时，管道的热应力不超出钢材的许用应力，才不考虑赔偿的问题。管道安装中应尽量利用其自己曲折零件的赔偿能力。由固定点起，同意不装伸缩器的直管段长度L见表23，该表同时合用于带有支管的干管，如图21所示。表23由固定点起，同意不装伸缩器的直管段的最大长度(m)热水温度/房6070809095100110120130151158170175179183屋种蒸汽表压/MPa类民用4540353332262522222255建筑工业575044240373230272727252524242424655建筑图21带有支管的干管1固定点2千管3支管当受热管段自己曲折零件的赔偿能力不可以知足要求时，在管道中

11、一定设置赔偿装置，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柱子上，其埋人墙内的深度最好与壁厚相等，周围缝隙用150号碎石混凝土灌输。在地沟墙上安装较大管道固定支架，可在砌筑地沟时，在安装地点预留400mmX300mm方孔，而后在预留地点固定好需设置的固定支架，再用碎石混凝土灌输捣实。表24热力管道固定支架间的最大间距管道公称直径2532405C70801012152025303540455060DNmm050001200000方形伸地沟或架空3035455055圃6570809010111314161820宿器敷设mG505000方形伸无地沟455C556065

12、70709090111111121212宙铝敷没m1300555管道公称直径DNmm2532405C70801012152025303540455060050001200000方形伸地沟或架空3035455055圃6570809010111314161820宿68敷设mG505000方形伸无地沟敷没455C55606570709090111111121212宙铝m1300555二、自然赔偿管道系统中曲折零件的转角不大于150时，均可做为自然赔偿装置。其长处是简单、靠谱。但弯管转角大于150时；不可以做为自然赔偿装置，不然会产生侧向挪动过多的现象，严重时使管道系统破坏。其他，在自然赔偿管段的拐弯

13、处邻近，最好采纳焊接，不该采纳法兰连结接头，特别不可以采纳法兰连结的弯头。因为有法兰连结方式的接头时，因为管道热膨胀自然赔偿产生的剪切力的作用，法兰处简单发惹祸故。常有的自然赔偿零件有L形和Z形两种。1L形管段的自然赔偿如图22所示的L形管段。11为其短臂，L1为长臂，其夹角为90150。受热后，产生如图22中虚线所示的变形，使管段内的热应力获得减小，进而起到必定的自然赔偿作用。同时，管段两边固定点A、B处产生曲折应力，此中短臂固定点A处的曲折应力最大，需要经过计算加以校核，看其能否超出管材许用曲折应力。在实质工作中，常常依据长臂的热伸长量和管材的许用曲折应力反求出短臂的最小长度，看其能否适合

14、。假如短臂长度小于最小长度，则可适合调整两固定点的地点，增添短壁长度或减小长臂长度，使两臂长度相适应。关于两臂夹角为90的L形碳素钢管，当已知长臂的长度并计算出其热伸长量时，可用下式大略地计算出自然补偿所需短臂的长度。L1LDW图22L形管段的自然赔偿1.1300式中L1短臂长度(m)；L长臂上的热伸长量(mm)；DW管子外径(mm)。例已知外径为159mm的碳素钢管直角L形管段，其长臂长度L=20m，温差24所示。采纳时先根t=200，求自然赔偿所需短臂的长度L1。解由式(22)可知，长臂的热伸长量为L二将L之值代人式(25)，则所需短臂的长度为0012TL=001220020=48mmL1

15、1.1LDW1.1481595.55m3003002Z形管段的自然赔偿在管道上的两固定点之间，由两个90角构成的Z形管段，受热后产生如图23中虚线所示的弹性变形，借以减小管段的热应力，进而起到必定的赔偿作用。图23Z形管段的自然赔偿依据该管段所产生的曲折应力不该大于管材的许用曲折应力的要求，能够计算出其垂直臂长L的计算公式6LEDWL112k式中L垂直臂长度(删)；L热伸长量，L=LI+L2(cm)；Z资料的弹性模量(Pa)；DW管子外径(恤)；管子的曲折许用应力(h)；k短臂与垂直臂长之比，k=L1/L。当实质垂直臂长小于计算出来的上值时，应适合调整两平行管段的长度，即缩短长臂，加长短臂，使

16、其总长不变。或许适合加长垂直臂。第三节伸缩器的采纳和安装当利用管道中的曲折零件不可以汲取管道因热膨胀所产生的变形时，在直管道上每隔必定距离应设置伸缩器。赔偿的方法是：用固定支架将直管路按所选伸缩器的赔偿能力分红若干段，每段管道中设置一伸缩器，汲取热伸缩，减小热应力。常用的伸缩器有方形、套管式及波形等几种，其采纳和安装方法分述以下：一、方形伸缩器方形伸缩器由四个90弯管构成。弯管应尽量用无缝钢管煨制，构成方形伸缩器的弯管其曲折半径取R4D，在意台长进行组对，四个曲折角应在同一平面上。方形伸缩器制作维修方便，赔偿能力大，运转靠谱，在供热管网中获得宽泛应用。只有当安装地址受限制时，才采纳其余种类的伸

17、缩器。方形伸缩器依据边长和臂长的比值不一样而分为四种种类，如图据管段长度和输送介质温度及管径，从表22中查出热伸长量L，再由表25介绍的各种类方形伸缩器的尺寸和赔偿能力直接选型。图24方形伸缩器的种类伸缩器应在两固定支架间的管道安装完成，并坚固固定后才进行安装。吊装时，应使其受力平均，起吊应安稳，防备变形。吊装就位后，一定将两臂预拉或预撑其赔偿量的一半(即L/2)，误差不该大于10mm，以充分利用其赔偿能力。预拉伸焊缝地点应选择在距伸缩器曲折起点22.51m处。常用如图25所示的拉管器进行预拉。操作方法有两种：一种是利用一个拉管器进行冷拉，如图26所示；先将未拉伸的伸缩器的一端与管道找平焊坚固

18、定，另一端与直管尾端预留L/2的空隙，而后把拉管器安装在待焊的接口上，拧紧拉管器螺栓，拉开伸缩器到管子接口处对齐焊好。另一种是利用两个拉管器分别安装在伸缩器双侧接口处同时进行冷拉，每侧拉伸量为L4，如图27所示。图25拉管器1止滑环2角钢3螺栓4法兰图26利用一个拉管器冷拉表示图图27利用两个拉管器冷拉表示图另一种方法是用千斤顶把伸缩器的两长臂撑开来实现预拉，如图28所示。图28利用千斤顶冷拉方形伸缩器表示图方形伸缩器一般水安全装，其安装坡度应与连结收道同样，以利于介质流过，不该有横向倾斜。当一定横向倾斜或垂直安装时，则应在易积水处装设排水阀。方形伸缩器与管道连结好后，为防止焊缝产生拉开、裂纹

19、缺点，必定要注意待焊缝完全冷却后，方可将预拉用具拆掉。二、套管式伸缩器套管式伸缩器有铸铁制和钢制两种，如图29所示。往常用在管径大于l00mm，且工作压力小于1568MPa(钢制)及1274MPa(铸铁制)的管路中。套管式伸缩器有较大的赔偿能力，占地小，安装简单，但易漏水，需要常常检修改换填料。所以，在遇水能发生危险的场合，以及埋地敷设的管道上，不可以安装这类伸缩器。套管式伸缩器分单向和双向伸缩两种。单向伸缩器应安装在固定支架旁边的平直管道上，双向伸缩器应安装在两固定支架的中间。安装前应将伸缩器打开，检查内部零件及填料能否齐全，质量能否切合要求。安装时，要求伸缩器中心线和直管段中心线一致，不得偏斜，并在凑近伸缩器的双侧各设置一个导向支架(导向支架可参照弧形板滑动支架形式进行制作)，免得管道运转时偏离中心地点。套管式伸缩器在安装时，也应进行预拉，其预拉后的安装长度，应依据管段受热后的最大伸缩量来确立。同时还应试虑到管道在低于安装温度下运转的可能性，其导