L型和方形补偿器补偿器力学计算
架空燃气管道的温度形变与应力抵消措施概述
架空燃气管道的温度形变与应力抵消措施概述摘要：热胀冷缩是自然界普遍存在的自然规律。
本文简单论述了管道热应力产生的原因，温度变化对燃气管道产生的不利影响以及如何抵消热应力所采取的一些措施等。
关键词：热应力热补偿自然补偿补偿器燃气管道因季节更替以及太阳辐射强弱导致温度高于常温将发生热胀冷缩，长度发生变化。
此形变产生的应力如果不采取措施进行抵消，会通过燃气管道系统传递给管道连接的附件和支架，导致接口处破裂，引起煤气泄漏。
因此，不能忽视膨胀量及其产生的热应力，必须采取补偿措施，使管道受力减到管道允许应力之下，以保证管道稳定和安全工作。
1、温度变化对管道系统的影响因热胀冷缩现象产生的热应力对可以自由伸缩的管道不会产生影响。
如果固定管道两头，管道无法自由活动，温度形变产生的热应力会作用在管道上，致使管道拉伸或缩短，接头处的受力强度相应增加。
1.1 管道因温差产生的伸缩量ΔL=α1L（T2-T1）式中：ΔL——管道的伸缩量，m；α1——管材的线膨胀系数，钢管在20℃时，取11.7×10-5m/m℃；L——管道长度，m；T2——管道在计算状态下的温度，℃；T1——管道安装时温度，℃。
1.2 由温度变化而产生的力F=Aα1ΔtE式中：A——管道的截面积，mm2，σt——热应力，MPa；σt=α1ΔtE式中：E——管材的弹性模量，MPa，普通钢在20℃时取2.1×105MPa。
α1——管材的线膨胀系数，钢管在20℃时，取11.7×10-5m/m℃；Δt——设计温差，℃；由以上公式不难看出，管道的伸长量、热应力的大小均与管径无关，管道的伸长量与温差、管材和管长有关，热应力的大小与温差、管材有关。
举例：有一高层建筑高79.9米，共25层，设计的燃气室内立管采用无缝钢管,规格D48×3.5，长度为69.6米，求管端自由运动时管长的变化量，和管端被固定时管内单位应力的变化值。
代入以上两个公式，不同的温差情况下计算得出以下结果：表一表格所见，管道的伸长量与热应力随着温差的升高而增加。
L型和方形补偿器补偿器力学计算
L型和方形补偿器补偿器力学计算补偿器在机械设计中扮演着非常重要的角色，它能够有效地补偿由于温度变化、机械变形等原因引起的线性和角度误差。
其中，L型和方形补偿器是常用的两种类型，下面将分别对它们的力学计算进行详细介绍。
L型补偿器由两段不等长度的杆件组成，形成"L"字形。
其中，较长的杆件称为主杆件，较短的杆件称为从杆件。
在实际应用中，主杆件一般固定不动，而从杆件用于补偿线性误差。
下面将详细介绍L型补偿器的力学计算方法。
1.1补偿量计算L型补偿器的补偿量可以通过以下公式计算：ΔL=α*L*ΔT其中，ΔL表示补偿量，α表示材料的线膨胀系数，L表示从杆件的长度，ΔT表示温度变化。
1.2力的计算L型补偿器在工作过程中需要承受一定的力。
其中，主要包括补偿力和应力。
补偿力可以通过以下公式计算：F=ΔL*k其中，F表示补偿力，ΔL表示补偿量，k表示补偿器的刚度系数。
应力可以通过以下公式计算：σ=F/A其中，σ表示应力，F表示补偿力，A表示补偿器的截面积。
方形补偿器由两段等长度的杆件和两个连接杆件组成，形成"口"字形。
其中，连接杆件可自由伸缩，用于补偿角度误差。
下面将详细介绍方形补偿器的力学计算方法。
2.1补偿角度计算方形补偿器的补偿角度可以通过以下公式计算：Δθ=α*L*ΔT/L1其中，Δθ表示补偿角度，α表示材料的线膨胀系数，L表示杆件的长度，ΔT表示温度变化，L1表示连接杆件的长度。
2.2力的计算方形补偿器在工作过程中需要承受一定的力。
其中，主要包括补偿力和应力。
补偿力可以通过以下公式计算：F=Δθ*k其中，F表示补偿力，Δθ表示补偿角度，k表示补偿器的刚度系数。
应力可以通过以下公式计算：σ=F/A其中，σ表示应力，F表示补偿力，A表示补偿器的截面积。
总结：L型和方形补偿器在力学计算方面有许多相似之处，都需要考虑补偿量、补偿力和应力。
只是在补偿的形式上有所不同，L型补偿器主要用于补偿线性误差，方形补偿器主要用于补偿角度误差。
L型和方形补偿器补偿器计算
管径 (mm) DN200 长臂长 Lch (m) 短臂长 LD (m) 管壁温度 T1 (℃) 200 夹角形式 安装环境温度 T2 (℃) 10 线膨胀系数 α (mm/m· ℃) 0.0128 夹角 β (° ) 0.0 弹性模数 管子断面惯性矩 管子外径 E I Dw 2 4 (cm) (kg/cm ) (cm ) 1875000 2279 21.9 n=Lch/LD 2.188 系数 A 14.0297 系数 B 3.7002 系数 C 4.5258
减刚系数 K 0.2742
高边直管长 宽边直管长 l2 l3 (mm) (mm) 6360 1800 0 最大弯曲应力 σ bw 弯管应力修正系数 m (kg/mm2) 1.5271 3.8527
(m3) 40.5240
弹性力 Px (kg) 96.9174
35.00 16.00 长臂与短臂垂直方向的夹角 短臂上的变形弹力 短臂上的变形弹力 短臂固定点的弯曲应力 Px Py σ bw (kg) (kg) (kg/mm2) 56.9532 15.0208 2.8248
方型补偿器
固定支架之间管道长度 L (m) 50 管子弯曲半径 R (mm) 600 补偿器高 H (mm) 3000 管子断面抗弯矩 W (cm3) 82 管径 (mm) DN150 横截面平均半径 rp (mm) 77.25 补偿器宽 B (mm) 1200 弯曲力矩 Mmax (kg-m) 206.88 管壁温度 T1 (℃) 100 弯管尺寸系数 h 0.4524 自由臂长 l1 (mm) 安装环境温度 T2 (℃) 线膨胀系数 α (mm/m· ℃) 0 0.0122 冷紧系数 ε 0.5 管子断面 弹性模数 惯性矩 管子外径 Dw E I (cm) 2 4 (kg/cm ) (cm ) 1975000 652 15.9 热伸长量 Δx (mm) 30.5 折算长度 弹性中心 惯性矩 Ix0 Lzh y0 (m) 30.0683 (m) 0.8654
建筑燃气立管的应力计算与热补偿
建筑燃气立管的应力计算与热补偿摘要：建筑燃气管网敷设范围逐渐扩大，燃气在带给居民便利的同时，也产生一定的安全隐患。
由于各类环境因素的变化，导致燃气立管的应力发生变化，严重情况下可能导致阀门破坏、调压器及管道设备损坏。
通过计算燃气立管的应力，采取补偿措施，消除管道的应力，确保燃气管网的安全。
本文简单探讨建筑燃气立管的应力计算和热补偿。
关键词：燃气设计；建筑燃气；应力计算；热补偿一．引言燃气时可以提供给人们使用的各类气体燃料的总称，最早被发现的气体燃料是天然气，我国是世界上最早使用天然气的国家。
随着资源的开发利用，燃气作为保障人们生活的气体燃料，无论是品种还是数量上，都在不断增长和扩大。
可燃气体和空气混合到一定的浓度时，遇到明火极其容易引发爆炸。
由于燃气的易爆性，因此安全成为燃气管道管理的重要项目。
在燃气管道敷设后，由于环境的变化，导致管道各项指标和设计数值存在偏差，致使管道应力发生变化，最终产生恶劣事故。
考虑到种种因素的影响，必须要及时采用适当措施，减少燃气管道的应力，确保管网的安全。
二.建筑燃气立管的应力计算1.燃气立管的压缩应力。
建筑燃气立管的应力计算一般采用应力分类法，即对于管道由内压和持续外载所引起的一次应力，验算采用弹性分析和极限分析；对于管道由于热胀冷缩和其他位移受到约束所产生的二次应力及管件上的峰值应力，采用满足必要疲劳次数的许可应力范围来进行验算。
建筑燃气立管一般情况下并不负重，立管的一次应力主要来自于管道本体自重及内压。
可以根据输气压力来计算选择管材的合理壁厚来解决由于内压所带来的一次应力。
城市建筑燃气管道输送媒介主要采用中低压气体，通过选用水平敷设，燃气管道的一次应力主要依靠支架来解决。
可以根据强度条件和刚度条件，来计算不同燃气立管管径需要的支架间距。
在垂直情况下，燃气立管本体自重所产生的压缩应力计算公式为：σ=W／A，式中：σ——压缩应力，MPa；W——燃气管道自重，N；A——立管截面积，m㎡。
L型和方形补偿器补偿器计算
管径 (mm) DN150 长臂长 Lch (m) 短臂长 LD (m) 管壁温度 T1 (℃) 75 夹角形式 安装环境温度 T2 (℃) 0 线膨胀系数 α (mm/m· ℃) 0.012 夹角 β (° ) 0.0 弹性模数 管子断面惯性矩 管子外径 E I Dw 2 4 (cm) (kg/cm ) (cm ) 1990000 #N/A #N/A n=Lch/LD 3.846 系数 A 19.1642 系数 B 2.0354 系数 C 7.0402
5.00 1.30 长臂与短臂垂直方向的夹角 短臂上的变形弹力 短臂上的变形弹力 短臂固定点的弯曲应力 Px Py σ bw (kg) (kg) (kg/mm2) #N/A #N/A #N/A
方型补偿器
固定支架之间管道长度 L (m) 16 管子弯曲半径 R (mm) #N/A 补偿器高 H (mm) 1700 管子断面抗弯矩 W (cm3) #N/A 管径 (mm) DN200 横截面平均半径 rp (mm) #N/A 补偿器宽 B (mm) 700 弯曲力矩 Mmax (kg-m) #N/A 管壁温度 T1 (℃) 200 弯管尺寸系数 h #N/A 自由臂长 l1 (mm) #N/A 弯管应力修正系数 m #N/A 减刚系数 K #N/A 高边直管长 l2 (mm) #N/A 最大弯曲应力 σ bw (kg/mm2) #N/A 安装环境温度 T2 (℃) 线膨胀系数 α (mm/m· ℃) 20 0.0128 冷紧系数 ε 0.5 宽边直管长 l3 (mm) #N/A 管子断面 弹性模数 惯性矩 管子外径 Dw E I (cm) 2 4 (kg/cm ) (cm ) 1875000 #N/A #N/A 热伸长量 Δx (mm) 18.4 折算长度 弹性中心 惯性矩 Ix0 Lzh y0 (m) #N/A (m) #N/A (m3) #N/A
采暖管道补偿设计及固定支架推力计算方法
·37·
a
b
B
Py
Px A
H
L
图2 Z形管段示意
固定点 A 的推力按公式（1）、（2）计算。Kx, Ky 为管形系 数，见《动力管道手册》。
（3）管道支架的摩擦力计算。
直管段的摩擦力 ：Fm=q · μ · L
（3）
对拐弯管道支架轴向摩擦力 ：Fm=q · μ · L · cosφ （4）
对拐弯管道支架侧向摩擦力 ：Fm=q · μ · L · sinφ
（2）当水平管道端头转向为立管时，由于立管段穿楼板 处 A 点和 B 点设置的竖向支架限制了管道 x 和 y 方向的位移，
相当于转角处 C 点的 x 和 y 方向的位移也受到限制，等同于
C 点设置了固定支架。因此 CDF 管段同样满足 L 形补偿器原
则，即公式 ：F=Pk+q1 · μ · L3 － 0.8[Px+q2 · μ · cosφ（L2+L1/2）]， DE 管段即为 L2，所产生的摩擦力也作用于 E 点的固定支架。
［Keywords］natural compensation ；pipeline compensator ；compensation design ；fixed support ；thrust calculation
1 管道补偿
2.2 采用自然补偿方式的直管段长度限值
1.1 概念
直管段管长宜小于表内值，则无须考虑补偿措施。当布
第48卷第11期
2021年6月
建筑设计
Architectural Design
建筑技术开发
Building Technology Development
采暖管道补偿设计及固定支架
方形补偿器的补偿能力
方形补偿器的补偿能力热补偿器有弯管补偿器、套管式补偿器、球形补偿器及波纹补偿器四大类。
(1)弯管补偿器。
弯管补偿器有方形和a形两种，根据臂长和宽度的不同分为I、II、Ⅲ、IV型，如图3 - 22所示。
通常采用方形补偿器较多，方形补偿器一般用无缝钢管械制而成。
对于尺寸较小的方形补偿器，应用整根无缝钢管蜮制，对于尺寸较大的方形补偿器，可由两根或三根管子热弯而成，其焊口应设在垂直臂的中间位置。
方形补偿器具有构造简单十安装方便、热补偿量大、工作可靠等优点，但其占地面积大、水阻力大。
管道热伸长计算式为(3 -1)式中：△L为管道热伸长量，mm；α为管材的线膨胀系数，mm/m℃；L为管道计算长度，m；t2为热媒温度，℃；t1为管道安装时温度，℃。
为了减少补偿器的膨胀应力：提高补偿能力，在方形补偿器安装时应进行预拉伸，拉伸长度应接设计要求，无要求时为其伸长量的1/2，预拉伸的焊口应选在距补偿器弯曲起点2 ~ 2.5m为宜。
预拉伸方法可选用千斤顶或撑拉器将补偿器的两臂撑开，还可以用拉管器进行冷拉。
采用千斤顶顶撑时,. 如图3 -23所示，拉伸前将两端固定支架焊好，补偿器一端直管与方形补偿器焊好，补偿器另一端直管与连接末端之间预留其伸长量的1/2，用千斤顶进行拉伸。
拉伸时，千斤顶横放于方形补偿器两臂间，加好支撑和垫块，起动千斤顶撑开两臂使预拉焊口靠拢至要求间隙，焊口找正焊好。
采用拉管器冷拉时，如图3-24所示，拉伸前将两端固定支架焊好，补偿器两端直管与连接末端之间预留其伸长量的1/4，用拉管器进行拉伸。
拉伸时，将拉管器的法兰管卡卡在被拉焊口两端。
通过调整穿在两个法兰管卡之间的双头长螺栓，使预拉焊口靠拢至要求间隙，焊口找正焊好。
两侧冷拉可同时进行，也可分别操作。
方形补偿器一般安装在两固定支架中间。
方形补偿器水平安装时，应与管道的坡度、坡向一致；垂直安装时，高点应设排气阀，低点应设泄水装置。
补偿器安装就位时，起吊点应为3个，以保持补偿器的平衡受力，以防变形。
L型和方形补偿器补偿器计算
L型和方形补偿器补偿器计算L型补偿器和方形补偿器在结构上有一些区别。
L型补偿器通常是由两个不同长度的臂构成的，其中一个臂较长，另一个较短。
这两个臂的连接点处形成了一个90度的角。
方形补偿器则是由四条边构成的正方形或矩形形状。
补偿器的设计是基于热膨胀的原理。
当管道或电缆在使用过程中受到热膨胀时，补偿器可以沿着轴向移动，从而补偿由于热膨胀引起的长度变化。
这种移动可以减少或消除热膨胀产生的应力和位移。
在计算L型和方形补偿器的补偿量时，我们需要考虑几个因素。
首先是管道或电缆的长度变化。
这取决于管道或电缆的材料热膨胀系数和温度变化范围。
其次是补偿器的长度和形状。
补偿器的长度和形状决定了其可以提供的最大位移范围。
最后是补偿器的材料和弹性模量。
补偿器的材料和弹性模量会影响其承载能力和弹性恢复能力。
计算L型和方形补偿器的补偿量可以通过以下步骤进行：1.确定管道或电缆的热膨胀系数。
热膨胀系数可以根据材料的特性和温度范围进行确定。
根据热膨胀系数，可以计算出管道或电缆在温度变化时的长度变化量。
2.确定补偿器的长度和形状。
补偿器的长度和形状决定了其可以提供的位移范围。
一般来说，补偿器的长度越长，位移范围越大。
3.确定补偿器的材料和弹性模量。
补偿器的材料和弹性模量会影响其承载能力和弹性恢复能力。
这可以通过选择适当的材料和弹性模量来满足设计要求。
4.根据以上参数计算补偿器的补偿量。
补偿量可以通过补偿器位移量与管道或电缆长度变化量之间的关系来计算。
需要注意的是，计算补偿器的补偿量只是其中之一的设计考虑因素。
在实际应用中，还需要考虑许多其他因素，如补偿器的安装方式、受力分析、使用寿命等。
这些因素需要根据具体的应用情况进行综合考虑。
综上所述，L型和方形补偿器是一种用于补偿电缆或管道热膨胀引起的位移和应力的装置。
计算补偿器的补偿量需要考虑管道或电缆的长度变化、补偿器的长度和形状、材料和弹性模量等因素。
但需要注意的是，设计补偿器时还需要考虑其他因素，如安装方式、受力分析、使用寿命等。
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(m3) 7.5335
弹性力 Px (kg) 465.0138
5.00 1.30 长臂与短臂垂直方向的夹角 短臂上的变形弹力 短臂上的变形弹力 短臂固定点的弯曲应力 Px Py σ bw (kg) (kg) (kg/mm2) 1324.1788 140.6401 15.4217
方型补偿器
固定支架之间管道长度 L (m) 60 管子弯曲半径 R (mm) 600 补偿器高 H (mm) 1500 管子断面抗弯矩 W (cm3) 82 管径 (mm) DN150 横截面平均半径 rp (mm) 77.25 补偿器宽 B (mm) 700 弯曲力矩 Mmax (kg-m) 522.30 管壁温度 T1 (℃) 75 弯管尺寸系数 h 0.4524 自由臂长 l1 (mm) 安装环境温度 T2 (℃) 线膨胀系数 α (mm/m· ℃) 0 0.012 冷紧系数 ε 0.5 管子断面 弹性模数 惯性矩 管子外径 Dw E I (cm) 2 4 (kg/cm ) (cm ) 1990000 652 15.9 热伸长量 Δx (mm) 27.0 折算长度 弹性中心 惯性矩 Ix0 Lzh y0 (m) 26.5683 (m) 0.3768
L型自然补偿
管径 (mm) DN150 长臂长 Lch (m) 短臂长 LD (m) 管壁温度 T1 (℃) 75 夹角形式 安装环境温度 T2 (℃) 0 线膨胀系数 α (mm/m· ℃) 0.012 夹角 β (° ) 0.0 弹性模数 管子断面惯性矩 管子外径 E I Dw 2 4 (cm) (kg/cm ) (cm ) 1990000 652 15.9 n=Lch/LD 3.846 系数 A 19.1642 系数 B 2.0354 系数 C 7.0402