热补偿计算实例.doc

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=L(t2t1) (8-4)式中 L管道的热膨胀量，mm； L计算管段长度，m；管材的线膨胀系数，mm/m，钢材的线胀系数通常取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

2、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： EL/LE(t2t1) (8-5)式中 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2.0105MPa； 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=A (8-6)式中 Pk管子受热膨胀后对固定点的推力，N；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D2199mm，管道安装时环境温

3、度为10，管内输送介质的最高温度为210，试计算管道运行前后的热伸长量；若管道两端固定，求管道的轴向热应力和管道对固定点的推力。解：（1）计算热伸长量根据公式（8-4）L=L(t2t1) 按给定条件L100m，t110，t2210，线胀系数按0.012mm/m； 得 L1000.012（21010）240mm （2）计算热应力 根据公式（8-5）EL/LE(t2t1) 管材的弹性模量E按2.0105 MPa， 得 E(t2t1)2.01051.2105（21010）480MPa （3）管子对固定点的推力 根据公式(8-6) Pk=A 得 Pk=A480=4800.78547560=2.8510

4、6N3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1525m，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 lL形自然补偿短臂长度，m； L长臂L的热伸

5、长量（mm）；L管道长度（m）；管材的线胀系数mm/(m),碳钢管常温时取0.012mm/(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，管子规格为D1594.5，输送介质为220的蒸汽，管道安装时的环境温度为20，长臂L=20m，求短臂的最小长度l(已知钢管的线胀系数=1.2610-2mm/(m)。解 1计算热伸长量L根据公式(8-4) L=L(t2t1) 得：L=201.2610-2(22020)=50.4mm 2计算短

6、臂长l根据公式（8-8） 得： =5.69m 2）Z形折角自然补偿。Z形折角自然补偿又称Z形补偿，其短臂长度l可按式（8-9）计算。 （8-9）式中 lZ形自然补偿短臂长度，m； L（L1+ L2）的总热伸长量，mm； E管材的弹性模量（MPa），碳钢管在常温状态下，可取E=2.0105MPa； bw管材的弯曲应力（MPa），通常采用bw=80MPa； D管子外径，mm； n系数，且L1L2。例8-3 如图8-21所示的Z形自然补偿器，采用20钢无缝钢管，管子规格为D27311，已知Z形自然补偿器的L1=15m， L2 =20m，管子输送介质温度为235的蒸汽。管道安装时的环境温度为15，求Z形补偿器的短臂长度l（已知钢管的线胀系数=1.2610-2mm/(m)，弹性模量为E=1.84105MPa)解 1计算参数 (1) 线胀系数=1.2610-2mm/(m)；(2)弹性模量E=1.84105MPa； (3)系数n =2.33 (4)管材弯曲应力=80MPa 2计算热变形量L根据公式(8-4) L=L(t2t1) 得：(1)L1=151.2610-2(23515)=41.58mm (2) L2=201.2610-2(23515)=55.44mm (3) L=L1+ L2=41.58+55.44=97.02mm 3计算短臂长l 根据公式（8-9）得： =3.1m3