浅议供热管道热伸长及其补偿

摘 要 本文介绍了集中热网中常用的补偿器，及通过几种补偿器下固定支座的受力分析，得出无推力套筒式补偿器能够消除主固定支架的盲板力，提高经济效益。

关 键 词 补偿器 固定支架 热应力

1、引言

供热管道随着所输送的热媒温度升高，将出现热伸长现象，如果这个热伸长不能得到补偿，将会使供热管道承受巨大的应力，甚至使管道变形、破裂，为了使管道不会由于温度变化所引起的应力而受破坏，必须在管道上设置补偿器，以补偿管道的热伸长量及减弱或消除因热膨胀而产生的应力。这对管道系统的安全运行起到重要作用。

管道的补偿方式有自然补偿和补偿器补偿。在不能使用自然补偿方式的时候，就必须设置补偿器来补偿管道的热伸长及消除应力。供热管道中常用的补偿器种类很多，下面就几种典型的补偿器在安装、使用方面做一下比较。

2、几种常见补偿器介绍

（1） 方形补偿器

方形补偿器也叫做方胀力，是利用弯管的弹性变形来吸收热膨胀的。可使用于任何工作压力及任何温度的供热管道上。

方形补偿器的弹性力按下式计算：

P=σ·W/b （1）

式中：σ=110MPa

b——方型补偿器外伸臂长；W——管子断面抗弯矩

管网中，两个支架均为减载式支架。支架B所受的推力为：方形补偿器的弹性力，从补偿器到B点由于热膨胀由滑动支架传递的摩擦力，如连接弯管，还需加上弯管的弹性力和弯管到B点的热膨胀滑动支架传递的摩擦力的代数和。

方形补偿器的特点如下：制造方便，补偿能力大；不需要经常维修。但其外形尺寸较大，占地面积较多，热媒流动阻力较大。安装方形补偿器时，为减小补偿器的变形弹力，提高补偿能力，须将其外臂预先拉开一定的长度后，在安装在管道上。

（2） 波纹补偿器

波纹补偿器亦称波纹管膨胀节，主要用于补偿轴向位移，也可补偿量值很小的横向位移或轴向与横向合成位移，具有补偿角位移的能力，但一般不用它来补偿角位移。波纹补偿器是靠波形管壁的弹性来吸收热膨胀的。

一级波在拉伸或压缩时产生的弹性力P（N）

P=125π/（1-β） ·δ2σB/K （2）

式中：δ——补偿器壁厚，cm

K——安全系数：当P≤0.25MPa时，K=1.2；当0.25

如图所示，支架A为重载式支架。支架A处存在内介质压力产生的盲板力，支架B承受波纹补偿器的弹性力、热膨胀时滑动支架左右两个方向传递来的摩擦推力，介质的内压力，所以，支架B也为重载式支架。

波纹补偿器的优点是结构紧凑，只发生轴向变形，占据的空间位置小，可直埋。缺点是制造比较困难，耐压低，补偿能力小。主要用于常压和低压的大口径管道。

（3） 套筒（管）补偿器

套筒（管）补偿器一般是单向的，这种补偿器的芯管的直经与相连接的供热管道直径相同，直接焊接在供热管道上。但是由于套筒（管）式补偿器的伸缩管和套筒之间不是刚性连接的，可相对滑动个，因此在管道的转角、阀门或盲板处由于管道内压力的作用必定会在这些地方产生一个较大的作用力。

F=πr2·P （3）

F——管内介质压力；r ——管道内径

如图所示，支架A为固定支架，其受力为介质所产生的推力，即为内介质产生的盲板力，滑动支架产生的摩擦力，以及套筒式补偿器的摩擦力。支架B为导向支架，其受力为补偿器的摩擦力、热膨胀时滑动支架传递的摩擦力。

（4） 无推力套筒式补偿器

从以上的介绍可以看出，虽然现有的波纹补偿器、方形补偿器等虽然能解决管道的补偿问题，但其弹性力和管道的内压力却使管道的固定支架造价较高。所以应运而生了一种无推力套筒式补偿器（如下图所示）。

综上所述，在考虑补偿器时，应充分考虑利用管道的自然弯曲来吸收热力管道的温度变形，自然补偿每段臂长一般不宜大于20—30米。当地方狭小，方形补偿器无法安装时，可采用套管补偿器和波纹管补偿器，但是套管补偿器易漏水漏气，宜安装在地沟内，不宜安装在建筑物上部。波纹管补偿器材质为不锈钢制作，补偿能力大又耐腐蚀，但造价较高，可视具体工程情况选用。

自平衡套筒补偿器通过力的传递可成对消除主固定支架的盲板力，对高压力、大口径的管道可大大节约投资；但自平衡套筒补偿器的价格较贵，对介质压力不高、管径不大的场合，要进行技术经济比较，合理选用。

参考文献

[1] 陆耀庆等. 实用供热空调设计手册. 中国建筑工业出版社.

[2] 韩彦荣. 热力管网中补偿器的选用. 制冷与空调，2007年第一期62-64.

[3] 张嘉陵，罗俊梅.无推力补偿器在热力管道上的应用.冶金能源，2003年22卷2期11-12.