管材的线膨胀及伸缩量的计算.docx

第一节 管材的线膨胀及伸缩量的计算一、热膨胀量的计算 管道安装完毕投入运行时，常因管内介质的温度与安装时环境温度的差异而产生伸缩 另外，由于管道本身工作温度的高低，也会引起管道的伸缩实验证明，温度变化而引起 管道长度成比例的变化管道温度升高，由于膨胀,长度增加；温度下降，则由于收缩，长 度缩短温度变化 1 度相应的长度成比例变化量称为管材的线膨胀系数不同材质的材料 线膨胀系数也不同碳素钢的线膨胀系数为12X10—6/^，而硬质聚氯乙烯管的线膨胀系 数为80X10—6 /^，约为碳素钢的七倍.管材受热后的线膨胀量，按下式进行计算:AL = a C -1)L12式中AL――管道热膨胀伸长量(m);a-—管材的线膨胀系数(1 / K)或(1 /°C);t2――管道运行时的介质温度(C)；片-—管道安装时的温度(C),安装在地下室或室内时取t1=—5C；当室外架空敷设时， t1 应取冬季采暖室外计算温度;L――计算管段的长度(m)不同材质管材的值见表 2—1表 2-1 不 同 材质 管 材 的 线 膨 胀 系 数管道材质线膨胀系数a/ (X10-6/C)管道材质线膨胀系数a/ (X10—6/C)碳素钢12纯铜(紫铜)16。

4铸铁111黄铜18.4中铬钢114铝236不锈钢10.3聚氯乙烯80镍钢13.1氯乙烯10奥氏体钢17工山1内 玻璃5在管道工程中,碳素钢管应用最广，其伸长量的计算公式为AL 二 12 x 10 -6 (t -1)L12式中12X10-6――常用钢管的线膨胀系数(1 /)根据式(2-2 )制成管道的热伸长量△ L表(见表2—2)，由表中可直接査出不同 温度下相应管长的热伸长量例有一段室内热水釆暖碳素钢管道， 管长70m，输送热水温度为95C，试计算此段管道的热伸长量解根据钢管的热膨胀伸长量计算式 (2—2)△L=12 X10—6(t —t ) L12=12 X10—6 (95+5) X70=0 084m由已知管长及送水温度，直接査表 2—2，也可得管道的热伸长量△ L如果管道中通过介质的温度低于环境温度，则计算出来的是缩短量 .表2—2水和蒸汽管道的热伸长量AL表(m)管段热水温度/C长6070809095100110120130140143151158164170175179183L/m蒸汽表压/ MPa00490. 098017602650. 2940. 3920490. 5880. 68607840. 8820。

9854456667889910101011111112108910111213141516181819202121XX231511131517181921232426272830313233333420151820232425283033353638404143444546251922252830313438414445475051535556573023263034363841454953545760跎6466679352631354042444853576163667072747779印40303540454850556065707276肋8285889092453440455154566268737981859093%99101103503844505760636975818889959910310611011211455414855626669768389%991041091131171201231266045536068717583909810510711411912312813113413765495765747781899810611411612312913313814214514870536270798388961051131231251321391441491541571607556667585899410311312213113414214815415916416817280607080909510011012013014014315215816417017518018385647585%1011061171281381491521611681741801861901949068799010210711312413514615716117117818519119720020595718395107113119130143154166170180188195202208212217100758810011311912513715016317517919019820521221922422910579921091191251311441581701841881992082152232302352401108396110124131138151165180194197208218226234240246252二、热应力计算 如果管道两端不固定，允许它自由伸缩，则热伸缩量对 管予的强度没有什 么影响。

若在管子的两端加以限制，阻止管子伸缩,这时在管道内部将产生很大的热应力， 热应力的计算式为G 二 E £式中o -—管材受热时所产生的热应力(MN / m2)；E——管材的弹性模量(MN/m2),碳素钢的弹性模量E=20. 104X104MN / m2；£ ――管段的相对变形量,£ =^L/L为管段的热膨胀量(m)； L为在室温下安装的管段 原长度(m)由上式可见，管道受热时所产生的热应力，仅与管材的弹性模量、线膨胀系数、管段 的长度及管道受热时温度的变化幅度有关，而与管径大小及管壁厚薄无关如果将式(2—1)代人£ =AL/L中，那么£ =aAt,则热应力的计算式可写成为o =Ea^t从而可知，当管道材质确定以后，温度差&是决定热应力的最主要的因素对于碳素钢 管,线膨胀系数取12X10—m/(m°C),弹性模量取20104X104MN / m2.那么，钢管的热应 力计算式可简化为o=24125&利用式,可以很容易地计算出钢管受热时所产生的热应力例 有一段两端固定的碳素钢管，安装时室温为-5°C，投入运行后管子温度为130°C, 求该管道由于热膨胀所产生的热应力.解管道投入运行后与安装时的温度差△t=130-(—5)=135°C因此，热膨胀应力o =2・4125At=2・4125 X 135=325・69MN / m2由以上计算可以看出，管道受热后所产生的热应力远远超过了钢管及接头等配件的容 许应力(。

钢=129・45MN/m2)，要想阻止管道的伸缩，任何固定支架及构筑物都是无能为力 的，只有选用适当的补偿装置，任其自由伸缩，消除热应力才能确保管道系统的安全运行.第二节管道的固定支架及自然补偿一、管道的固定支架为了防止管道受热后上下左右移动，在管道系统中普遍设置固定支架固定支架间的 管道因受热膨胀所产生的伸长量由管道本身的弯曲部件或管道中设置的伸缩器进行补偿 只有当钢管的温度变化(△◊小于32C时，管道的热应力不超过钢材的许用应力，才不考 虑补偿的问题.管道安装中应尽量利用其本身弯曲部件的补偿能力由固定点起，允许不装伸缩器的 直管段长度L见表2—3,该表同时适用于带有支管的干管，如图2-1所示表2—3由固定点起，允许不装伸缩器的直管段的最大长度(m)房 屋热水温度/°c6070809095100110120130151158170175179183种蒸汽表压/MPa类民用55 454035333226 25 22 2222建筑工业465 575042 40 37 3230272727 25 25 24242424建筑5当受热管段本身弯曲部件的补偿能力不能满足要求时,在管道中必须设置补偿装置，其 固定支架间的最大间距见表2—4。

固定支架安装时，一般直接栽人墙内或固定在柱子上，其埋人墙内的深度最好与壁厚 相等，四周空隙用150号碎石混凝土灌注在地沟墙上安装较大管道固定支架可在砌筑地沟 时，在安装位置预留400mmX300mm方孔，然后在预留位置固定好需设置的固定支架，再 用碎石混凝土灌注捣实表2-4热力管道固定支架间的最大间距管道公称直径2532405C70801012152025303540455060DN / mm050001200000方形伸地沟或架空3035455055圃6570809010111314161820宿器敷设/mG505000方形伸无地沟455C556065707090。