淺談空調(diào)管網(wǎng)熱補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)置與應(yīng)用

【摘要】在機(jī)電工程中，管道的熱補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)尤為重要，如若設(shè)置不當(dāng)將會(huì)對(duì)其管網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響。本文首先分析熱補(bǔ)償?shù)脑砗褪芰Ψ治?，然后總結(jié)相關(guān)補(bǔ)償器類(lèi)型的設(shè)置方法，最后提出相關(guān)注意事項(xiàng)和探討。

【關(guān)鍵詞】空調(diào)管網(wǎng);補(bǔ)償器;固定支架

空調(diào)管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行中存在較大的安裝溫度和設(shè)計(jì)溫度，而管網(wǎng)管道溫度的變化帶來(lái)的熱脹冷縮導(dǎo)致引起管道的拉長(zhǎng)或縮短，因此在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，必須對(duì)這種管道的熱脹冷縮采取一定的技術(shù)措施進(jìn)行補(bǔ)償，以避免管網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)大的變形，導(dǎo)致管道的破裂、帶來(lái)系統(tǒng)故障。通過(guò)合理進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在施工過(guò)程中注重補(bǔ)償器安裝注意事項(xiàng)，可以提高管網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免故障帶來(lái)的破壞和影響。

1、背景與原理

1.1背景

由于空調(diào)管網(wǎng)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)存在溫度差導(dǎo)致的管道拉伸或縮短，進(jìn)而影響管道破裂或系統(tǒng)故障。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由補(bǔ)償器等引起的系統(tǒng)故障率高達(dá)4%～6%，需要引起工程師足夠的重視。管網(wǎng)補(bǔ)償器故障會(huì)導(dǎo)致空調(diào)采暖管網(wǎng)漏水、停止工作，嚴(yán)重的可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓;在某些特殊行業(yè)中，如化工、動(dòng)力等，管網(wǎng)補(bǔ)償器故障會(huì)帶來(lái)管道爆裂、蒸汽泄露，嚴(yán)重的甚至?xí)l(fā)行業(yè)安全事故。因此在前期的設(shè)計(jì)和后期施工過(guò)程中，必須對(duì)這種管網(wǎng)系統(tǒng)的熱脹冷縮采取相關(guān)措施，確保避免管道因受力不均勻進(jìn)而導(dǎo)致管道的破裂和系統(tǒng)故障。

1.2原理

當(dāng)管網(wǎng)系統(tǒng)因溫度差存在熱脹冷縮時(shí)，會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生如下現(xiàn)象：

①應(yīng)力過(guò)大或金屬疲勞引起管道或支架破壞。

②膨脹拉伸導(dǎo)致管道連接處焊縫開(kāi)裂，引起泄露。

③產(chǎn)生大變形力，而影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

④管架因強(qiáng)度或剛度不夠而造成管架破壞。

通常采用的方法是在管道上分段設(shè)置固定支架，在固定支架間設(shè)置補(bǔ)償器或利用管道彎曲的自然補(bǔ)償來(lái)吸收管道的這種變形，保證管道安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3相關(guān)規(guī)范要求

《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》2012版本：

①第8.5.20條：當(dāng)空調(diào)熱水管道利用自然補(bǔ)償不能滿足要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置補(bǔ)償器。

2、管網(wǎng)熱補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)置

2.1計(jì)算與設(shè)置

管網(wǎng)由于溫差引起的管道伸長(zhǎng)量的計(jì)算，可通過(guò)下式計(jì)算：

△L= αL△t

式中△L—管道的伸長(zhǎng)量（mm）;α—管道的線膨脹系數(shù)（mm/m·K），具體數(shù)值詳見(jiàn)表1;

L—管道長(zhǎng)度（m）;△t-熱媒溫度與管道安裝溫度之差（ ℃）。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，空調(diào)管網(wǎng)管道系統(tǒng)允許管道最大伸長(zhǎng)量為40mm，因而通常的直線管段系統(tǒng)在熱媒溫度為80℃時(shí)由固定點(diǎn)起至自由端允許不設(shè)補(bǔ)償器的最大長(zhǎng)度分別為40m。

2.2自然補(bǔ)償

在進(jìn)行空調(diào)管網(wǎng)管道布置時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮利用管道本身的自然彎曲來(lái)補(bǔ)償熱伸長(zhǎng)量。自然補(bǔ)償中最常用的有L形直角彎和Z形折角彎2類(lèi)。其中自然補(bǔ)償需要控制如下幾點(diǎn)：

①當(dāng)彎管轉(zhuǎn)角小于150?才能用作自然補(bǔ)償;

②自然補(bǔ)償?shù)墓艿辣坶L(zhǎng)一般不應(yīng)超過(guò)25m;

③彎曲應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)80MPa。

2.2.1? L形直角彎自然補(bǔ)償

L形直角彎自然補(bǔ)償分長(zhǎng)臂和短臂兩側(cè)，對(duì)應(yīng)長(zhǎng)臂長(zhǎng)度要求一般建議不超過(guò)20～25m。而短臂長(zhǎng)度可由計(jì)算確定，具體計(jì)算公式如下：

式中l(wèi)-L型補(bǔ)償器的短臂長(zhǎng)度（m）;△L-L型補(bǔ)償器長(zhǎng)臂的熱伸縮量（mm）;D-管道外徑（mm）。

通過(guò)計(jì)算可知，對(duì)應(yīng)在長(zhǎng)臂25m時(shí)，短臂長(zhǎng)度應(yīng)至少保證2m以上距離才能滿足相應(yīng)要求。

2.2.2? Z形直角彎自然補(bǔ)償

Z形平行臂L長(zhǎng)度一般建議不超過(guò)20～25m，即兩平行臂長(zhǎng)之和不大于40～50 m，其中短臂約占總長(zhǎng)的1/2～1/4 。

2.3補(bǔ)償器與支吊架

2.3.1方型補(bǔ)償

方型補(bǔ)償器簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是由4個(gè)90?彎頭拼制而成，曲率半徑通常為4DN-5DN，其中方型補(bǔ)償器宜安裝于2個(gè)相鄰固定支架中心位置。

2.3.2波紋補(bǔ)償

波紋管補(bǔ)償器具有配管簡(jiǎn)單、安裝方便、維護(hù)管理方便等優(yōu)點(diǎn)而成為空調(diào)系統(tǒng)最常用的一種補(bǔ)償器。它通過(guò)波紋管的柔性變形來(lái)吸收管線軸向位移（也有少量橫向、角向位移），一般通過(guò)法蘭與管道連接。

2.3.3其他補(bǔ)償器

其他補(bǔ)償器還有套筒補(bǔ)償器、球形補(bǔ)償器等等，具體詳見(jiàn)《金屬波紋管膨脹節(jié)通用技術(shù)條件》中表2的相關(guān)種類(lèi)歸納。

2.3.4支吊架：用于敷設(shè)管道支承的一種結(jié)構(gòu)件，和補(bǔ)償器一起組成補(bǔ)償系統(tǒng)，具體要求為：

①分為固定支架、滑動(dòng)支架、導(dǎo)向支架等。

②設(shè)置固定點(diǎn)的地方管道與管道支架不能發(fā)生相對(duì)位移。

③設(shè)置中間支撐的地方采用活動(dòng)管架，管道與管架之間允許產(chǎn)生相對(duì)位移，不約束管道的熱變形。

3、注意事項(xiàng)與探討

3.1受力分析計(jì)算

熱補(bǔ)償管道建議考慮如下幾方面的應(yīng)力與作用力計(jì)算：

①管道熱脹冷縮受約束產(chǎn)生的作用力--軸向荷載（內(nèi)應(yīng)力）。

②內(nèi)壓產(chǎn)生的不平衡力--垂直荷載。

③活動(dòng)端位移產(chǎn)生的作用力--側(cè)向荷載。

3.2注意原則

設(shè)置補(bǔ)償器系統(tǒng)需滿足以下三個(gè)原則：

①管道的熱伸長(zhǎng)量不得超過(guò)補(bǔ)償器所允許的補(bǔ)償量。

②管道因膨脹和其他作用而產(chǎn)生的推力，不得超過(guò)固定支座所能承受的允許推力。

③不應(yīng)使管道產(chǎn)生縱向彎曲。

3.3注意事項(xiàng)與探討

方形補(bǔ)償器相對(duì)加工方便，無(wú)需維修等優(yōu)點(diǎn)而被大量使用，但安裝時(shí)應(yīng)進(jìn)行預(yù)拉伸，且占用空間較大。垂直管道安裝時(shí)，需注意承重支架和固定支架的區(qū)別，不能將承重支架焊死變成固定支架而導(dǎo)致問(wèn)題發(fā)生。

結(jié)語(yǔ)：

熱補(bǔ)償系統(tǒng)是空調(diào)管網(wǎng)中不可或缺的一部分，在合理且經(jīng)濟(jì)的設(shè)置前提下，后期施工也需要相應(yīng)規(guī)范和合格，為整個(gè)空調(diào)管路系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]施振球.動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2006：443-446.

[2]陸耀慶.實(shí)用空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008：653-654.

[3]壽煒煒.空調(diào)水系統(tǒng)立管固定支座受力計(jì)算與波紋補(bǔ)償器選擇[J].暖通空調(diào)，1999（29）：55-57.

[4]申劍.網(wǎng)架內(nèi)管道膨脹與固定的分析[J].暖通空調(diào)，2013（43）：44-48.

作者簡(jiǎn)介：

劉英?。?986.12-），男，漢族，工程師，暖通設(shè)計(jì)師，研究生，從事地產(chǎn)機(jī)電方面。