第 l8卷 第 3期
20O1年 9月
特 种 结 构 V01.18 No.3
.sept 2001
热 力 管 架 水 平 推 力 计 算
娄 字 刘 震 章光护
(中国电子
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
设计院 北京 100840)
(Electron Engineeril~g Design Institute of China)
摘要 根据工程设计中反映出的问题,介绍了热力管架水平推力的传统计算方法,并给出
了考虑土建固定支架水平位移时的水平推力计算方法和计算公式。最后,通过算侧,对比了两
者水平推力的计算结果。
关键词 热力管架 固定支架 水平位移 水平推力
ABSTRACT Based Olg the question. , 珊 ,w如 , nd iohal calculation methods ofther-
malpipi,~g support in horizontal roe are 打 缸 。the calculation rr.ethod and fo.od~ of horizomal
fo which∞m池咖 suport horlzontol d卸tacemem 鲫 .毋 example,two calc~ating resutt~
eithermethod are com~ d.
KEYWORDS Fnermal廊昧 suppor~ Fixed suppor~ fbfzontal Horizorenl 船
一
、问题的提出
在室外管架设计中,热力管架设计及其水平推力计
算,是动力专业非常重要的设计内容。其提供的水平推
力计算结果,是土建结构专业室外管道支架设计的依据:
目前,热力管架水平推力的计算方法有多种,这些方法在
计算水平推力时,都是假定热力管架中的固定支架没有
水平位移。但在具体设计 中,若动力专业按照这些方法
计算水平推力,其计算出的水平推力往往较大(曾有对正
在使用的管架按照上述方法计算的水平推力进行复核
时,管架中许多固定支架应早已破坏,但该批管架已正常
使用 10几年的例子)。因此,有必要对热力管架水平推力
的计算方法进行探讨
二、传统的水平推力计算方法
固定支架推力计算随热力管道采用的补偿方式及补
偿器的形式、操作方式即阀门等附件的设置以及热力管
道在固定支架前后敷设布置的状况不同而有所差异.计
算公式详见相关文舱 。下面简单介绍传统水平推力
的计算方法。
1热力管遭对管道支架产生推力的儿个要素
(1)目热力管道的热位移.由白重在刚性精动支架处
形成沿管道位移方向的摩擦力,其计算分为:
①对直管段管架受力为:
= 【1)
②对转弯管段管架受力为: ’
轴向摩擦推力:
=q~uLcosa (2)
侧向摩擦推力:
:qt&sina (3)
式中 q一管道单位长度的重量:
L一相邻两固定支架问的长度;
广 一摩擦系数,钢对钢板 =0.3;钢对混凝土 =
0.6;
。一弯管两端固定支架连线 与长臂的夹角
(2)由管道自然补偿或采用热力补偿 器因补偿产生
的弹性力计算如下。
一 14
①自然补偿固定端弹性力(以 上型自然补偿为例)
% :—3A
—
L3
—
EJ (K
—
t+1) (4)
式中 △厶一热力管道 型自然补偿短臂的热位移量;
一 热力管道吸收变形的短管长度;
— 钢的弹性模数;
J一管道的惯性矩:
心一 型 自然补偿长短臂长度之比,K=L2/ ;
— 熟力管道 型 自然补偿的长臂长度。
②方形补偿器产生的弹性力
a.煨弯管
= (5)
b焊接弯管
P =3/',L EJ/h (3K+2) (6 J
式中 △ 一方形补偿器最大伸缩量,考虑补偿器的预玲
拉,一般取 △ =0 5AL
△£一两固定支架问管道的热膨胀量:
h、6一方形补偿器的高度及宽度;
一 方形补偿器宽度及高度之比,K=b/h
图 l 夹角示意 图 2 补偿器尺寸
③波纹补偿器产生的弹性力
= 如△ (7】
式中 峨 一波纹补偿器轴向刚度(由制造商提供);
△ 一波纹补偿器轴向变形量,考虑补偿器的预冷
拉,一般取 △ =0.7AL.△上意义同上。
④套管伸缩器由内压力产生的摩擦力
= 2 PoDoB f8)
SPECm STRUCTURES Na 3 2001
莎
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No.3 2o0 娄宇等 热力管架水平推力计算 童_,
戒中 一套管伸缩器内压力引起填科与钢之间的摩擦
系数(由制造商提供);
P..—热力介质的工作压力;
一 套管伸缩器的外径;
套管伸缩器的}乏度。
⑤球形补偿器内部摩擦形成的反力及力矩
球形补偿器因管道热位移产生旋转的内部摩擦力由
制造商提供,为 P ;球形补偿器因管道热位移产生旋转
的内部摩擦力矩由制造商提供,为 肼 。
2 固定支架水平推力计算
作用在固定支架上的水平推力太小与热力管道支架
的布置以及热力管道采用的补偿器形式等多种因素有
关 下面分别就工程实际中经常采用的渡纹补偿器和方
型补偿器(伴随 型自然补偿)2种情况为例.给出其水平
推力计算方法
f1)采用渡纹补偿器
①作用在固定支架 c.和 岛 上的水平推力
F叽 =F : Px;s"十 PP q 0.7 LP +
(L3/2+ )c0sd J L9)
②作用在固定支架 G:和 G 上的水平推力
F~,-2= :0 3( + + ) (10)
(2)采用方型补偿器
①作用在固定支架 G.和 q上的水平推力
F【’1=Fa4: p q 一0.7 L P +
( + /2)cos,~J (11)
③作用在固定支架 G:和 G3上的水平推力
: = 0 3(% + 止) (12)
三、考虑固定支架水平位移时的水平推力计
算
1.固定支架水平位移计算
图5所示为侧,假设 固定支架为钢筋混凝土构件.
固定支架顶部水平位移 AH为:
AH= F。砰nE0 t、3、
式中 Jl=『一固定支架计算高度;
R一作用在固定支架上的水平推力:
己一固定支架混凝土的弹性模黾;
一 固定支架的惯性矩。
2.采用波纹补偿器.考虑固定支架水平位移时的水
平推力计算
根据图3所示,当公式(7)中考虑固定支架水平位移
时,则有:
% = h (AL'一AHJ (14 J
将公式(13)和公式(14)代八公式(9)、公式(10)并整
理 得 :
(1)作用在固定支架 G 和 上的水平推力
l= = ^% + q/iL一0 7【 +
( ./2+ )c∞。]
1+ KxH ,3EJ
(15)
(16)
根据图4所示.当公式(5 中考虑固定支架水平位穆
时,则有:
‰ =3(AL。。AH) 、 P,
当公式(6)中考虑固定支架水平位移时.则有:
%w=3(AL'一圳 i 2
m 口 ⋯ e l⋯ .0
旦 + — 生 + , } +u_ +
图3 管道及支架布置
墨 .!=. 三一兰 .
81 № H4 H6 m H1口 \
图4 管道及支架布置
将公式(13)、公式(19)和公式(20)代八公式(1¨ 、公
式(12)并整理得到下面的计算式。
(1 作用在固定支架 G.和 矗 上的水平推力
①采用煨弯管方形补偿器时
= = I^; + 一0.7I +
( +L3/2)㈣ } c211
】 一 ——————————L — — f,,l
一
l+ /:矿 (6K+1)] 一
②采用焊接弯管方形补偿器时
R1= = I^{% + 0.7I +
( +L^/2)c Jl (23。
1 ,一 、 24
(2)作用在固定支架 和 G 上的水平推力
①采用耀弯管方形补偿器时
(2)作用在固定支架 和 上的水平推力
% =% =0 3 2( + £) (17)
^ = 1
而 (I8) 道
3采用方形补偿器.考虑固定支架水平位移时的水
平推力计算
SP} IAL rH[CnjREs No.3 200
F∞=F∞ =2 20 3tP +q吐、
、 1
—
1+3H:~EJ/[I—Oh3Eflfl6K+l¨
②采用焊接弯管方形补偿器时
Ft:2=Fa3= 2^0 3( u )
、
— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 。L 一 ——
1+3 /[10h F上(3K+2)]
-+ 二釜
I 1
0 口::
图 5 固定支架示意
(251
(26)
(271
(28)
四、算例及对比
为便于分析问题.所选实例均假设仅为单一热力管
暂不考虑多管敷设对其产生推力的牵制作用。
1.已知条件
(1)热力管道介质 过热蒸汽;
5
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特 种 结 构 2001年第 3期
(2)管径 D377 x 8:
(3)工作压力 尸 o 8MPa(表压);
(4)工作温度 =25~C;
(5)管材 20 无缝钢管;
(6)保温管道单位长度计算荷载 1466N/el:
(7)钢管 =2.1×l0sMPa:
2.传统方法固定支架求平推力计算
(1)管道热膨胀补偿选用波纹补偿器
管道热膨胀补偿选用北京兴达渡纹管厂生产的轴向
外压型波纹补偿器。
型 号 1 0RW~~35012F
轴向补偿量 膏:196mm;
轴向刚度 岛 :3ffSN/mm:
有效面积 A:1611cm"
管道及支架布置图见图6。
e _r \0I G} c3 ⋯ HI
一 — — — i —
旦_ L — 生 十 L 4
LL—— 一 ——_.L 一 _=L .1.
图 6 管道及支架布置
由于固定支架最大间距 L=48al,故管道计算热嘭胀
量△L=48 x0.0121250一(一10) =150 0mm。
①固定支架 G.、G4水平推力计算
乱 = F P弛 PP q 也 一 0 1
.
P妃 +
q,~caea( +厶/2)]
波纹补偿器的计算轴 向位移量为 △ =O.7&L=
100,r~(已考虑补偿器的预冷拉量、。
= 305× 100= 3O50O N
Pe=(0 8+0.1)1611×102:144990 N
n £ =1466×0.3×48 = 21110 4 N
P = 弘/.3 (K+1)/ ]10。
= 7436 6
c∞Ⅱ( +£ 2)= l446×0.3×14/(1ff+142)]
× (14+ 10/2 )= 6707 N
Fa = Frn = 30500+ 1449~ +2ll10 4—0.7 x
(7436,57+6707)=196600.4—99O0 5
= l86700 Jv = 186 7 kN
②固定支架 G2、 水平推力计算
尸埔 =305 x 100= ,305O0 N
PP1=(0 8+0.1)102I 1611一O.785[(
377/10)一8×2/10l I= 52918 2 N
:1466 x 0.3 x 48 = 21110 4 N
= =0 3(% +尸J 1+ £)
=0 3(30500+529l8.2+2l】10 4)
= 31358.6 N = 31.3586 kN
(2)管道热膨胀补偿采用方形补偿器
选用煨弯管方形补偿器,高 h=420era,宽 b=420era
K=b/h=1。管道及支架布置见围 7。
[ =
H4
一 土
_1口 Ⅲ m H10 \ l
旦+生一LL —0 4— 旦 _+堡 呈1 旦卓
— 1 .L ~ — — L — _Lu j
图7 管道及支架布置
方形补偿器最大伸缩量△ :O.5AL=75.O哪 (已考
l6 一
感补偿器的预冷拉最)
Pxr=3×75.0×2 1× l x 15764/ [1
6 x 1) = 1436.2 N
qtzL =1466 x 0.3×48 = 21110 4 N
Fc1=F = 1436 2+21110.4—0 7l7436 6+
6707)=12646.1 N
F =Fc3=0 3(1436 2+21I10 4)=6476.0
3.考虑固定支架水平位移时的水平推力计算
固定支架已知条件:支架混凝土 =2.05×l MPa
截面 6 =28cm, =45cm,管架计算高度 =650cm。
(1)管道热膨胀补偿选用波纹补偿器
将上述各计算
参数
转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应
代人公式(16)和公式(18)得:
1+Kxft3/3E3
2 —1
+
— —
K — — 一
.
tH3/IOE
,
J~ 0.9123
①考虑固定支架水平位移时 G 、G4水平推力计算
Fc【= = 【^{ +PP+q,uL—O.7[ +
(b/2 +L2)c0sn =O.7574×186700
= 1414(16.5 = 141.4065 k
②考虑固定支架水平位移时 G2、G 水平推力计算
F∞=F∞=0 322LP∞ +PP+quL)=0 9123 x
3I358.6 = 28 608.5 N = 28 608 kN
(2)管道热膨胀补偿采用方形补偿器
将上述各计算参数代人公式(22)和公式(26)得:
1
1. /[ 0.4154
2^ 1+3/,PEJ/[10h (6K+1) :0 7∞1
①考虑固定支架水平位移时 G 、G4水平推力计算
Fc1: = 】;% 十 £一0 7[ +
( +L3/2)cosaj =0 4154×12646.1
: 5253.2 N = 5 2532 k
②考虑固定支架水平位移时 、G 水平推力计算
如 = = 3( £)
= 0.7031× 6476 = 4755.8 N : 4
. 7558 kN
4.计算结果对比
根据算倒计算结果可见:
(1)当管道热膨胀补偿选用波纹补偿器时,与传统水
平推力计算方法相比,考虑固定支架水平位移后,对于端
部固定支架 q、q,计算出的水平推力减少24.26%;对于
中间固定支架 c2、岛,计算出的水平推力碱步 8 77%:
(2)当管道热膨胀补偿选用方形补偿器时.与传统水
平推力计算方法相比,考虑固定支架水平位移后,对于端
部固定支架G】、q,计算出的水平推力减少 58 46%:对于
中间固定支架 G2、岛,计算出的水平推力减少 29 69%。
因此,根据本文研究结果,计算热力管架水平推力
时,必须考虑固定支架水平位移对作用在固定支架上水
平推力的影响。同时,有关这方面还需作进一步的研究
工作
参考文献
1】石化部化工设计院 .化工曾路手册 .化学 f业 出版丰t、1979年
[2]电子部第十设计研究院 气体动力常用手册t动力管道篇)
1964芷
SPECIAL SrRUCIURES 】.3 200
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