管材的线膨胀及伸缩量的计算
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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12×10—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： ()L t t L 21-=∆α
式中△L ——管道热膨胀伸长量(m)；
——管材的线膨胀系数(1／K)或(1／℃)；
t 2——管道运行时的介质温度(℃)；
t l ——管道安装时的温度(℃)，安装在地下室或室内时取t 1=—5℃；当室外架空敷
设时，t 1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
在管道工程中，碳素钢管应用最广，其伸长量的计算公式为
()L t t L 2161012-⨯=∆- 管道材质
线膨胀系数/（×10—6/℃） 管道材质 线膨胀系数/（×10—6/℃） 碳素钢
铸铁
中铬钢
不锈钢
镍钢
奥氏体钢 12 17 纯铜(紫铜) 黄铜 铝 聚氯乙烯 氯乙烯 玻璃 80 10 5
式中12×10—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)，由表中可直接查出不同温度下相应管长的热伸长量。
例有一段室内热水采暖碳素钢管道，管长70m，输送热水温度为95℃，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=12×10—6(t1—t2)L
=12×10—6（95+5）×70
=
由已知管长及送水温度，直接查表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△L表(m)
55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 11041
45
49
53
56
60
64
68
71
75
79
83
48
53
57
62
66
70
75
79
83
88
92
96
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
109
110
62
68
74
79
85
90
％
102
107
113
119
124
66
71
77
83
89
95
101
107
113
119
125
131
69
75
81
88
94
100
106
113
119
125
131
138
76
83
89
96
103
110
117
124
130
137
144
151
83
90
98
105
113
120
128
135
143
150
158
165
89
98
106
113
122
130
138
146
154
163
170
180
％
105
114
123
131
140
149
157
166
175
184
194
99
107
116
125
134
143
152
161
170
179
188
197
104
114
123
132
142
152
161
171
180
190
199
208
109
119
129
139
148
158
168
178
188
198
208
218
113
123
133
144
154
164
174
185
195
205
215
226
117
128
138
149
159
170
180
191
202
212
223
234
120
131
142
154
164
175
186
197
208
219
230
240
123
134
145
157
168
180
190
200
212
224
235
246
126
137
148
160
172
183
194
205
217
229
240
252
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
ε
σE
=
式中σ——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=20．104×104MN／m2；
ε——管段的相对变形量，ε=△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ε=△L/L中，那么ε= △t，则热应力的计算式可写成为
σ=E△t
从而可知，当管道材质确定以后，温度差△t是决定热应力的最主要的因素。对于碳素