热补偿计算实例.doc

PAGE PAGE 1 热补偿计算实例 1．热力管道的热膨胀 管道由于受输送介质及外界环境的影响，会产生热胀冷缩现象。如果管道的热胀冷缩受到约束，管壁会产生巨大的应力，这种应力称为热应力。 热力管道安装时，是在环境温度下安装的。系统运行时，热媒温度高于环境温度，管道便会发生膨胀，管道因热膨胀产生的热伸长量按下式计算： △L=Lα(t2－t1) (8-4) 式中 △L－管道的热膨胀量，mm； L－计算管段长度，m； α－管材的线膨胀系数，mm/m·℃，钢材的线胀系数通常取α＝0.012 mm/m·℃； t2－管道设计计算时的热态计算温度，通常取管内介质的最高温度，℃； t1－管道设计计算时的冷态计算温度，℃。 2．热力管道的热应力 热力管道受热膨胀后，如能自由伸缩，则管道不致产生热应力，如果管道的伸缩受到约束，管壁就会产生热应力，管壁产生的热应力按下式计算： б＝E×△L/L＝Eα(t2－t1) (8-5) 式中 б——管道的轴向热应力，MPa， E——管材的弹性模量，MPa，钢材的弹性模量E通常取2.0×105MPa； 其他符号同式（8-4）。 直线热力管段若两端固定，受热膨胀后，作用在固定点的推力按下式计算： Pk=б×A (8-6) 式中 Pk——管子受热膨胀后对固定点的推力，N； б——管道的轴向热应力，MPa； A——管壁的截面积，mm2； 而 （8-7） 式中 D——管子外径，mm； d——管子内径，mm。 例8-1 某热力管段长100m，钢材材质为Q235-A钢，管子规格为D219×9mm，管道安装时环境温度为10℃，管内输送介质的最高温度为 解：（1）计算热伸长量 根据公式（8-4）△L=Lα(t2－t1) 按给定条件L＝100m，t1＝10℃，t2＝210℃，线胀系数α按0.012mm/m 得 △L＝100×0.012×（210－10）＝240mm （2）计算热应力 根据公式（8-5）б＝E×△L/L＝Eα(t2－t1) 管材的弹性模量E按2.0×105 MPa， 得 б＝Eα(t2－t1)＝2.0×105×1.2×10－5（210－10）＝480MPa （3）管子对固定点的推力 根据公式(8-6) Pk=б×A 得 Pk=б×A＝480×=480×0.7854×7560=2.85×106N 3．热力管道的热补偿 热力管道的补偿方式有两种：自然补偿和补偿器补偿。 （1）自然补偿 自然补偿就是利用管道本身自然弯曲所具有的弹性，来吸收管道的热变形。管道弹性，是指管道在应力作用下产生弹性变形，几何形状发生改变，应力消失后，又能恢复原状的能力。实践证明，当弯管角度大于30°时，能用作自然补偿，管子弯曲角度小于30°时，不能用作自然补偿。自然补偿的管道长度一般为15～25m，弯曲应力不应超过80MPa。 管道工程中常用的自然补偿有：L形补偿和Z形补偿。 1）L形补偿。L形直角弯自然补偿简称为L形自然补偿，其短臂长度按式（8-8）计算。 （8-8） 式中 l——L形自然补偿短臂长度，m； △L——长臂L的热伸长量（mm）；；L——管道长度（m）； α——管材的线胀系数[mm/(m?℃)],碳钢管常温时α取0.012[mm/(m?℃)]； t2—管 道的最高温度，取系统运行时介质的最高温度（℃）；t1——管道安装时温度（℃），设计计算时，安装温度无法确定，按设计时的冷态计算温度确定； D——管道外径，mm。 例8-2 如图所示的L形自然补偿器，采用10钢无缝钢管