《热补偿计算实例》word版

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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＝0.012mm/m·℃；t2－管道设计计算时的热态计算温度，通常取管内

2、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

3、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=Lα(t2－t1)按给定条件L＝100m，t1＝10℃，t2＝210℃，线胀系数α按0.01

4、2mm/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2.0×105MPa，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=2.85×106N33．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

5、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）

6、；；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，管子规格为D159×4.5，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α=1.26×10-2mm/(m

7、•℃))。解1．计算热伸长量△L根据公式(8-4)△L=Lα(t2－t1)得：△L=20×1.26×10-2×(220－20)=50.4mm2．计算短臂长l根据公式（8-8）得：=5.69m2）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l——Z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=2.0×105MPa；[σbw]——管材的弯曲应力（MPa），通常采用[σbw]=

8、80MPa；D——管子外径，mm；3n——系数，，且L1＜L2。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D273×11，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α=1.26×10-2mm/(m•℃)，弹性模量为E=1.84×105MPa)解1．计算参数(1)线胀系数α=1.26×10-2mm/(m•℃)；(2