（可编）管道的固定支架设计计算.docx

空调、热力或采暖管道的设计安装必须重视热胀冷缩的问题，为使管道保持稳定和安 全，减少管道热胀冷缩时产生的应力，管道的伸缩量应考虑补隹，工程中常采用自然补偿 或补偿器当釆用补偿器补偿管道的冷热伸缩量时，管道必须设置固定支架、导向支架及 滑动支架等，其中固定支架将用来承受管道及其输送介质的自重和热胀冷缩所产生的推■ ■「1力，对工程安全性至关重要.本次课题翻阅査找了国内多个行业的设计手册，归纳出最简 单实用的公式和方法进行固定支架的推力计算，并结合工程案例详细讲解管道固定支架的 荷载计算、锚栓的选用计算等，同时收集目前国标图集以及部分已完工程固定支吊架的详 图供工程施工中参考.管道固定支架的设计计算一、管道的热胀冷缩量及其补偿1.管道伸缩量由「环境空气的温度及管内介质温度对管壁的影响，造成管道本身的伸缩，其伸缩zlL按下式计算：LL=La{t2-tx） （公式 1）式中：4L——管道伸缩凭（nmi）；L——计算管K （两固定点间的占线长度）a——管道的线膨胀系数］,见附表1（同《动力管道设计手册》中 表 6-1）:M——管道内介质最高温度（C）：t：——管道设计安装温度（C）,可取0〜20C。

2.管道伸缩的补偿（参见《钢铁企业燃气设汁参考资料》的第226页）管道的热胀与冷缩在受到两个固定点的限制而不能实现时所产生的影响对Fl［线管 系和异形管系是各不相同的对于内线管系可能产生相当大应力和推力造成管材和固定支架的破坏及推力 F的大小与温差有关，与内管的长度无关，其计算公式为："专E （公式2）F = -（D2-d2\y （公式 3）4式中:a——管材的弯曲应力（MPa）：F—固定点的推力（N）：E——管材的弹性模W(MPa)>见附表1；在:常温状态卜对碳素•钢、不锈钢取2X10sMPa；D—管道的外径(mm)；d 管道的内径(nun)；血——管道伸缩量(mm)；L——计算管长(两固定点间的白线长度)(ni)举例：外径216111m.壁n 8imn的碳钢管，如温度变化为100C,则管壁所受的应力按公式2计算为：a=— =上丄 x 200000 = 240MPaL 1000固定点所受的推力按公式3计算为：F = -(D3-^2)ct= —(216- -200-)x240 = 12539902/4 4显然，本例情况卜的管壁应力和固定点的推力过大，因此氏管系一般都要考虑补偿 管道的外加补偿形式有两种：1*1然补偿和人匸补佳。

日然补偿实质上就是异形管系利用管系中的弯头、管壁和管系形状，将热胀和冷缩 所引起的长度变化通过弹性，行补偿如：L型、Z型人工补偿是在管系中插入能吸收管道长度变化的补偿器，如波纹补偿器(此补偿器的优点是外形尺寸小，占地少：缺点是适用压力较低,补偿能力小,轴向推力大九(公式4)图1 L形补偿管段蒸汽温度220"C,管道设计安装温度异形管系自然补偿的计算:(1)平面门然补偿管段短臂长度的计算1> L形II角弯自然补偿L形自然补偿管段如图1所示,其短骨长度，按公式4计也式中」——L形*|然补偿短臂长度(ni)：厶L——长普L的热仲长量(mm )；D—管道的外径(mm)：计算示例:已知：蒸汽管管径108iiimx4inni.为20C,直角弯头长tt L=25m-求：短■求小长度L解：采用公式4计用:由公式 1 计算厶"査附表 1（10 钢 220,0 H12.64xi03imn/（m. C）AL = La{t2 = 25 x 0.01264 x(220-20)= 63mm7镖川孱F2）z形折角弯n然补偿Z形日然补偿管段如图2所示,其短臂长度I按公式5计算.（公式5）6ALED10 [bwh + 12〃）_式中」——Z形自然补偿短皆长度（m）；AL——（Ll+L?）的总热伸长底见附发1:在常温状态卜•对碳素钢、不锈钢取E—管材的弹性模貿（MPa）,2X10’MPa：D—管道的外径（nun）；[Gbw]——弯曲应力（MPa）,采用 2bw]W80MPa；n——等于土压，HL1

求：Z形折角弯短臂长度九 解:采用公式5计尊：由公式 1 计算 AL. a 査附表 1 (10 钢 220T?)得 12. 64X10 3mm/(m. C)，|abw]=70MPaoA2 =(上 + 丄疝=(6 + 9)x0.01264 x 200 = 37.92mm= 2.56KLED107[a^)l + 1.2n)=1.8m6x37.92x1.83xlO5 x219 3107 x70x(l + 1.2x2.5)（2）空间门然补偿管段的近似验算 空间立体管段,其自然补偿能力是否满足要求,W按公式6判別:DNAL<20.8（公式6）式中：DN一管道公称通径（nmi）：血——管道三个方向热伸长量的向量和《cm）；L——管道展开总长度（m）：U—管道两端固定点之间的内线距离（m）公式6的使用条件：①一根管道，管材管径一致：②两端必须是固定点：③中间无限 位支吊架；④无分支管计耸示例：己知某锅炉房一段蒸汽管道，管径0159inniX5inin,采用20无缝钢管，蒸汽HUj l.OMPa,蒸汽温度300G管道设计安装温度为20C,管道布賞尺、J如图3所示要求驶算其自然补偿能力是否满足图3某立体管段尺寸图4解:本管段满足公式6的使用条件，故采用公式6验耸其||然补偿能力。

热伸长量按公式1计算:a 住附去 1 得 12. 78xl0 4aiV（in. C）48 段热伸 K第AL& = 10x12.78x10_4x（300 - 20）= 3.578顷CD 段热伸 长 1： AZcd = 60 X12.78 x IO-4 x（300 - 20）= 21.46蜘8C•段二QE 段，其热伸长量 AZgc =阮氓=3x12.78 xlO^x（300-20）=1.073cm 管段三个方向热伸长拭的向拭和：△L = JAL, +仏此-直愤）+ △厶品 =^.57^+（1.073-1.07^+（11.46^ = 21.76cm两固定点为、E之间的直线距离U +CD2 = V10-+60- = 60.8m管迫展开 K度 LTB +BC+CD+DE=（ 10+3 +60+3）=76m管道公称通^DN=150mmoDNAL（顷下130x21.76 =1414^208（76-60.8）-故本管段H然补佬能力满足要求，管道布置是安全的3.门然补偿管系的弹性力计算（参见《钢铁企业燃气设计参考资料》的第232页）栗用简算法计算平面管系及空间管系栗用简算法时，管系在X、八Z轴上的弹性力 心、&、』管系的最大弹性弯曲应力衣，扭应力r可按下式计算：（公式7）9.8ir C7F = 1）（公式8）9.81K.CJ~ir~（公式9）KtCD100L（公式10）1002（公式11）（公式12）式中：孔、%、&——管系在X、匕Z轴1：的弾性力（N）;尺、焰、陰、拓、Kn——管形系数，可从附表5至附表15 ［同《钢铁企业燃气 设计参号资料》（，气部分）中表3・23至表3-33］ 得：C——综合系数；J—管道断面惯性矩（cm*）,附表4 ［同《钢铁企业燃气设计参考资料》（氧气 部分）中表3-34］否得：L——各种管系的计算长度（m）；对平面管系取两个固定点的间距，附表5至 附表14中的赤 对空间管系取沿F轴向的长度，见附表15中的Lh；D—管道的外径（nun）：a——管道的线膨胀系数|mni/（m. "C）］,见附表1：（4・3——计算温是CC）；E—管材的弾性模量（MPa）,见附表1：在常温状态下对碳素钢、不锈钢取2X103MPa：队 弹性弯曲应力(MPa)；T—扭应力(MPa)。

计津示例：•个219X4.5mm的L形管系，如图4所示，管材为Q235-A碳素钢，当 输送气体时，求固定点弹性力及管道弹性弯曲应力图4计算示例图嫉219X4.5nim管道的断面惯性矩由附表4査得为1744.54cm4：假设(体管道的温差取8OC由公式12求得:a(t. - L)E 0.012 x80x 2.0 x IO5C = - = t = 0.192106 106该管系属附表5的L形，w=11.5m，故Lu/L^l.6,杏表得: rx=99. 8. Ky=20. 0. K=1300将i..述数值代入公式7、8. jy：卩 _ 9.81匚洱-9.8M 99.8x0.192x1744.5七 354 ③相“ I： 30-% = 9賈=国"皿5」=”99N302固定点的合成弾性力为:、=V364.342 + 72.99? = 37L56N根据公A io,求得管道弾性考曲应力丸bj =100L四= 1300x0.】9239 5.2皿100x30Otw<[Otw](许用弾性弯曲应力[0 w]=70MPa, ft《钢铁企业燃1设计参考资料》中表3-22)■ ■r-i故此管系可安全使用自然补偿的计算在后面的水平管道固定支架推力计算中会用到。

二、波纹补偿器及其安装波纹补偿器（乂称膨胀节）山丁•具冇配管简便、支架費用低以及维修管理方便等优点, 在民用建筑工程动力管道中被广泛使用波纹补偿器的结构形式有三大类：①轴向型，② 横向型，③角向型，可分别使用于轴向位移补偿、平面横向位移补偿、角&移补偿具体 可分为以下11种型式（参见《金属波纹管膨胀节通用技术条件》）：（1） 单式轴向型补偿器：由一个波纹管和结构件组成，主要用「吸收轴向位移而不 能承受波纹管压力推力的补偿器2） 单式钗链型补偿器:由一个波纹管及销轴、较链板和立板等结构件组成,只能 吸收一个平面内的角位移并能承受波纹管压力推力的补偿器3） 单式万向饺链型补偿器：由一个波纹管及销轴、钗链板、万向环和在板等结构 件组成，能吸收任一平血内的角位移并能承受波纹管压力推力的补偿器4） 复式「I山型补偿器：由中间管所连接的两个波纹管及结构件组成，主要用J•吸 收轴向与横向组合位移而不能承受波纹管压力推力的补偿器5） 殳式拉杆型补偿器：由中间管所连接的两个波纹管及拉杆、端板和球面与锥面垫圈等结构件组成，能吸收任一平面内的横向位移并能承受波纹管压力推力的补偿器6）夏武挾链型补偿器：由中间管所连接的两个波纹管及销轴、校链板和土板等結构件组成，只能吸收一个平面内的横向位移并能承受波纹管压力推力的补偿器•（7）史式万向校伎塑补偿器：由中间管所连接的两个波纹管及十j销轴、较链板和立板等结构件组成，能吸收任一平面内的横向位移并能歩受波纹管压力推力的补偿器。