浅析旋转补偿器的应用设计及其CAESAR Ⅱ模型
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起 供 热 管道 的热 位 移 和 温 度 应 力 ．如 果 较 大 的 热 位 移 得 不 到
释 放就 会使 管道 发 生过 度 变形 ． 同 时 应 力 超 限 会 对 管 道 本 身
产 生破 坏 因此 为 了 防止 供 热 管道 热 伸 长 或 温 度 应 力 过 大产 生 的 管道 变 形或 破 坏 ， 需要 在 实 际操 作 中考 虑 补 偿 设 计 ， 吸 收 管 道位 移 ． 减 小管 道 应 力及 其 对 阀 门或 支 架 的作 用 力 。
【 关键词 】 供热管道 ； 旋 转补偿器 ； Ｃ Ａ Ｅ Ｓ Ａ Ｒ Ｉ Ｉ 模型
【 中图分类￣１ Ｕ ６ ６ ４ ． ８ ４
【 文献标识码 】 Ａ
【 文章编￣１ ２ ０ ９ ５ — ２ ０ ６ ６ （ ２ ０ １ ７ ） ０ １ — ０ ２ ６ ６ — ０ ２
引 言
供 热 管 道 在 安 装 运 行 后 ， 由 于 热媒 介 质 的 加 热 作 用 会 引
综合论述
Ｌ Ｏ Ｃ Ａ Ｒ Ｂ ０ Ｎ ＷＯ Ｒ Ｌ Ｄ ２ ０ １ ７ ／ １
浅析旋转补偿器的应用设计及其Ｃ Ａ Ｅ Ｓ Ａ Ｒ ｌ Ｉ 模型
张锦鹏 ， 王浩祥 ， 王 磊 （ 中国 市 政工 程中 南设 计 研究总 院 有限 公司， 湖北武 汉４ ３ ０ ０ ０ ０ ）
【 摘 要】 作为管道热膨胀补偿 方面的一种 新型补偿器 ， 旋转补偿器具 有安 全性能高、 设计 方便 、 产 品寿命 长、 补偿量大、 密封性 能优越 、 运行 经
济性高、 安 装 形 式 多 样 化 等优 点 。本 文 简 单 对 比 了 各 类补 偿 器 的优 缺 点 ， 并 特 别介 绍 了旋 转 补 偿 器 的产 品 特 点 。分析 了旋 转 补 偿 器 在 实 际 工 程 设计中几种常见的布置形式 ， 并简 单 介绍 了旋 转 补 偿 器 在 Ｃ Ａ Ｅ Ｓ Ａ Ｒ Ⅱ中 的建 模 过 程 。
向 型 和 角 向 型 。该 类补 偿 器 具有 占地 小 、 介 质流动阻力小、 造 价低、 维护 简单 等 优 点 。对 于轴 向 型 波 纹 管补 偿 器 ， 因其 存 在 内压 推 力 ．Hale Waihona Puke Baidu导 致 土 建 投 资 大且 安 装 要 求 高 ． 其 他 类 型 的 波 纹 管 补 偿 器 虽然 不 产 生 内压 推 力 ．但 随 着 使 用年 限 的增 加 容 易发
泄露 ， 寿命短 ， 后 期 保 养 费用 高。
旋 转 补 偿 器 立 管 的 安 装 高 度 Ｈ 一般 按 下 式计 算 ： Ｈ＝ 旋 转 补 偿 器 筒 体 长＋ ２ ｘ １ ． ５ Ｄ
Ｄ 为 热 力 管 道 外径
图 １旋转补偿器轴测 图
１ 常 见补偿 方式的对 比分析
热 力 管道 的补 偿 方式 分 为 自然 补 偿 和 补 偿 器 补偿 两 类 。 自然补 偿 是 利 用 管 道 布 置 时 本 身 的 自然 弯 曲 （ 柔性 ） 来补 偿 管 道 的 热 伸 长 。常 用的 自然 补 偿 有 Ｌ形 直 角 弯 、 Ｚ形折 角 弯 和 空 间立 体 弯 三 种 形 式 。 自然 补 偿 具 有 设 计 简单 、 安装方便 、
套 筒补 偿 器 又 称 管 式 伸 缩 节 ， 主要 有套 筒（ 芯 管） 、 外 壳、 密封 材料 等 组 成 ， 具 有 补偿 能 力 大 ， 占地 小 ， 介质流动 阻力小、 造价低等优 点 ． 但 维修 工 作 量 大 。 容 易产 生 泄 漏 事 故 ， 且 存 在
内压推 力 ． 土建工程量大 ． 因此 严 重 制 约 了它 的使 用 。
安全 可靠、 价格低 廉等优点 ， 是 最 为 常 见 的补 偿 方 式 ， 因此 在 热 力 管道 设 计 中应 优 先 考 虑 使 用 但 同时 自然补 偿 也 有 其 致 命缺 点 ： 占用 空 间大 ， 尤 其 对 于 大 管 径 管道 ， 往 往 由 于 实 际 环
境 受限 ， 难 以 布 置 大 尺 寸 自然 补 偿 ， 且局部 阻力 大 ， 补偿 能力 有限。
图 ２ 旋转补偿器平面图
道 的 法 线 偏 移 量 Ｙ达 到 最 大 ．此 时 可 能 出现 管 道 脱 离活 动 支
座 的危 险 。 因此 ． 针 对 距 离补 偿 器 最近 的 活 动 支 架 必 须 校 核 该 点 管道 偏 移 量 ｖ １ 和 活动 支座 宽度 ． 保 证 管道 膨胀 时 不 会 脱 离
支座 。根 据 计 算 ， 管道 膨 胀 量 ：
△Ｌ ＝ ｃ ｔ ・ （ Ｌ １ ＋ Ｌ ２ ） ・ △Ｔ ＝ Ｌ － ｓ ｉ ｎ —
管道法线最大偏移量 ：
Ｙ＿＿ Ｌ
，
波纹 管补 偿 器 是 用 单 层 或 多层 薄 金 属 管制 成 的 具有 轴 向
波 纹 的 管状 补 偿 设 备 ， 按其结 构形式分 为三大类 ： 轴 向型、 横
生波 纹 管 爆 裂破 损 事故 。
（ １ … 孚） ：
：
根 据 几 何 公 式 可 以得 出等 式 ：
Ｌ １ ＋ Ｌ ２ 丁 ＡＬ Ｙ
将 △Ｌ和 Ｙ 代 入 等 式便 可 求 出距 离补偿 器 最 近 的 支 架 处 球 型 补偿 器 又 称 球 型 接 头 。主 要 依 靠球 体 的 角 位 移 吸 收 管道 在 一 个或 多个 方 向上 的 横 向位 移 ．该 类补 偿 器 应 成 对 使 管 道 偏 移 量 ｖ １ 。 式中０ 【 为 管 道 线 膨 胀 系数 ， △Ｔ表 示管 道 运 行 根 据 实际 工程 经验 ， Ｌ的 推 荐 值 在 ３ － ６ ｍ 范 围 内。 用， 单 个 没 有补 偿 能 力 。球 型补 偿 器 是 一 种 新 型 补 偿 器 ． 补 偿 与 安 装 温 差 。 能力大 ， 占据 空 间 小 ， 但其加 工工艺复 杂 ， 且使 用过程 中容 易
释 放就 会使 管道 发 生过 度 变形 ． 同 时 应 力 超 限 会 对 管 道 本 身
产 生破 坏 因此 为 了 防止 供 热 管道 热 伸 长 或 温 度 应 力 过 大产 生 的 管道 变 形或 破 坏 ， 需要 在 实 际操 作 中考 虑 补 偿 设 计 ， 吸 收 管 道位 移 ． 减 小管 道 应 力及 其 对 阀 门或 支 架 的作 用 力 。
【 关键词 】 供热管道 ； 旋 转补偿器 ； Ｃ Ａ Ｅ Ｓ Ａ Ｒ Ｉ Ｉ 模型
【 中图分类￣１ Ｕ ６ ６ ４ ． ８ ４
【 文献标识码 】 Ａ
【 文章编￣１ ２ ０ ９ ５ — ２ ０ ６ ６ （ ２ ０ １ ７ ） ０ １ — ０ ２ ６ ６ — ０ ２
引 言
供 热 管 道 在 安 装 运 行 后 ， 由 于 热媒 介 质 的 加 热 作 用 会 引
综合论述
Ｌ Ｏ Ｃ Ａ Ｒ Ｂ ０ Ｎ ＷＯ Ｒ Ｌ Ｄ ２ ０ １ ７ ／ １
浅析旋转补偿器的应用设计及其Ｃ Ａ Ｅ Ｓ Ａ Ｒ ｌ Ｉ 模型
张锦鹏 ， 王浩祥 ， 王 磊 （ 中国 市 政工 程中 南设 计 研究总 院 有限 公司， 湖北武 汉４ ３ ０ ０ ０ ０ ）
【 摘 要】 作为管道热膨胀补偿 方面的一种 新型补偿器 ， 旋转补偿器具 有安 全性能高、 设计 方便 、 产 品寿命 长、 补偿量大、 密封性 能优越 、 运行 经
济性高、 安 装 形 式 多 样 化 等优 点 。本 文 简 单 对 比 了 各 类补 偿 器 的优 缺 点 ， 并 特 别介 绍 了旋 转 补 偿 器 的产 品 特 点 。分析 了旋 转 补 偿 器 在 实 际 工 程 设计中几种常见的布置形式 ， 并简 单 介绍 了旋 转 补 偿 器 在 Ｃ Ａ Ｅ Ｓ Ａ Ｒ Ⅱ中 的建 模 过 程 。
向 型 和 角 向 型 。该 类补 偿 器 具有 占地 小 、 介 质流动阻力小、 造 价低、 维护 简单 等 优 点 。对 于轴 向 型 波 纹 管补 偿 器 ， 因其 存 在 内压 推 力 ．Hale Waihona Puke Baidu导 致 土 建 投 资 大且 安 装 要 求 高 ． 其 他 类 型 的 波 纹 管 补 偿 器 虽然 不 产 生 内压 推 力 ．但 随 着 使 用年 限 的增 加 容 易发
泄露 ， 寿命短 ， 后 期 保 养 费用 高。
旋 转 补 偿 器 立 管 的 安 装 高 度 Ｈ 一般 按 下 式计 算 ： Ｈ＝ 旋 转 补 偿 器 筒 体 长＋ ２ ｘ １ ． ５ Ｄ
Ｄ 为 热 力 管 道 外径
图 １旋转补偿器轴测 图
１ 常 见补偿 方式的对 比分析
热 力 管道 的补 偿 方式 分 为 自然 补 偿 和 补 偿 器 补偿 两 类 。 自然补 偿 是 利 用 管 道 布 置 时 本 身 的 自然 弯 曲 （ 柔性 ） 来补 偿 管 道 的 热 伸 长 。常 用的 自然 补 偿 有 Ｌ形 直 角 弯 、 Ｚ形折 角 弯 和 空 间立 体 弯 三 种 形 式 。 自然 补 偿 具 有 设 计 简单 、 安装方便 、
套 筒补 偿 器 又 称 管 式 伸 缩 节 ， 主要 有套 筒（ 芯 管） 、 外 壳、 密封 材料 等 组 成 ， 具 有 补偿 能 力 大 ， 占地 小 ， 介质流动 阻力小、 造价低等优 点 ． 但 维修 工 作 量 大 。 容 易产 生 泄 漏 事 故 ， 且 存 在
内压推 力 ． 土建工程量大 ． 因此 严 重 制 约 了它 的使 用 。
安全 可靠、 价格低 廉等优点 ， 是 最 为 常 见 的补 偿 方 式 ， 因此 在 热 力 管道 设 计 中应 优 先 考 虑 使 用 但 同时 自然补 偿 也 有 其 致 命缺 点 ： 占用 空 间大 ， 尤 其 对 于 大 管 径 管道 ， 往 往 由 于 实 际 环
境 受限 ， 难 以 布 置 大 尺 寸 自然 补 偿 ， 且局部 阻力 大 ， 补偿 能力 有限。
图 ２ 旋转补偿器平面图
道 的 法 线 偏 移 量 Ｙ达 到 最 大 ．此 时 可 能 出现 管 道 脱 离活 动 支
座 的危 险 。 因此 ． 针 对 距 离补 偿 器 最近 的 活 动 支 架 必 须 校 核 该 点 管道 偏 移 量 ｖ １ 和 活动 支座 宽度 ． 保 证 管道 膨胀 时 不 会 脱 离
支座 。根 据 计 算 ， 管道 膨 胀 量 ：
△Ｌ ＝ ｃ ｔ ・ （ Ｌ １ ＋ Ｌ ２ ） ・ △Ｔ ＝ Ｌ － ｓ ｉ ｎ —
管道法线最大偏移量 ：
Ｙ＿＿ Ｌ
，
波纹 管补 偿 器 是 用 单 层 或 多层 薄 金 属 管制 成 的 具有 轴 向
波 纹 的 管状 补 偿 设 备 ， 按其结 构形式分 为三大类 ： 轴 向型、 横
生波 纹 管 爆 裂破 损 事故 。
（ １ … 孚） ：
：
根 据 几 何 公 式 可 以得 出等 式 ：
Ｌ １ ＋ Ｌ ２ 丁 ＡＬ Ｙ
将 △Ｌ和 Ｙ 代 入 等 式便 可 求 出距 离补偿 器 最 近 的 支 架 处 球 型 补偿 器 又 称 球 型 接 头 。主 要 依 靠球 体 的 角 位 移 吸 收 管道 在 一 个或 多个 方 向上 的 横 向位 移 ．该 类补 偿 器 应 成 对 使 管 道 偏 移 量 ｖ １ 。 式中０ 【 为 管 道 线 膨 胀 系数 ， △Ｔ表 示管 道 运 行 根 据 实际 工程 经验 ， Ｌ的 推 荐 值 在 ３ － ６ ｍ 范 围 内。 用， 单 个 没 有补 偿 能 力 。球 型补 偿 器 是 一 种 新 型 补 偿 器 ． 补 偿 与 安 装 温 差 。 能力大 ， 占据 空 间 小 ， 但其加 工工艺复 杂 ， 且使 用过程 中容 易