宋琴+杨林

摘 要：对球型补偿器的工作原理、应用条件和性能特点进行了介绍和分析， 从球型补偿器在不同管段划分中的相应布置方式、设计中补偿量计算的具体方法和设计中注意事项进行了论述。

关键词：球型补偿器；设计方法；热网工程应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.235

蒸汽管道由于存在较大的热位移，就必须采用各种方式进行补偿，补偿方式虽不少，但都有一定的局限性。常用的补偿方式有：自然补偿（含π型补偿）、波纹管补偿器补偿、套筒补偿器、球形补偿器、方形补偿器及无推力旋转筒补偿器补偿等。目前我公司常用的补偿器为无推力旋转筒补偿器，但在一些地方无推力旋转筒补偿器并不是万能的，在马鞍山金星钛白项目中管道补偿就遇到了困难，由于本次项目需利用原有管架，新建管道需与已建管道并排敷设，且原设计管道为方形补偿器补偿，如新建管道利用旋转补偿器补偿其旋转臂无法打开，经过多种补偿方式对比，决定采用万向球型补偿器补偿。

1 产品结构

主要有注填式万向球型补偿器和压紧式万向球型补偿器。其结构简图详见下图1：

2 工作原理

球型补偿器通过夹在器体内的球体可以转动，折屈来适应和它相连接的蒸汽管道因受热而产生的热位移。球型补偿器，安装在管道的拐弯处，利用球头的转动达到补偿的目的。工作原理如图1所示，图中实线为安装位置，当受热运行时，直管段的管道伸长量为△，推动球补转动到虚线位置，其中△与θ、L的关系由下面各等式列出：

如图2所示，当管道受热伸长时球头能在空间任意方向作转动。显然管段的热膨胀量越大，球头转过的角度就越大。它和球心距L和热位移Δ之间存在下列关系：

由上式可知如θ值一定时，L值越大，补偿能力就越大，但根据相关资料L最终不能超过8m。

另，由图1可知当球型补偿器球体角位移至0.5θ折屈角时，补偿器存有最大径向摆动y值，故当补偿器垂直布置时，补偿器相邻的滑动管架应选用弹簧支架；当补偿器水平布置时，补偿器相邻的滑动管架应选用平面滑动管架，最大摆动y值计算公式为：

y=L〔1-cos（θ/2）〕

3 管段的划分与球补的布置方式

（1）管段的划分。长直管线：直线管线段最能充分发挥球型补偿器补偿能力大的特点。根据管子的刚度情况， 可将200m～700m作为一个补偿段。固定支架最大间距如表1：

L型与Z型管道：L型管道可利用其短臂安装一组球型补偿器， 对长臂进行热补偿， 补偿段的长度由短臂安装的两球球心距确定， 短臂太短时， 应根据其经济性考虑是否采用球型补偿器。Z型管道利用中间臂安装球型补偿器， 以补偿其它两臂之热伸长， 并应使两臂尽量接近， 使固定支架受力接近。

（2）球型补偿器的布置方式：球型补偿器一般可分为垂直布置和水平布置，根据球型补偿器在管线中不同的位置可分为端置式和中置式。

4 球型补偿器作用于管道上的力及固定支架推力计算

球补存在转动力矩，所以在转动过程中对管道形成一个推力Fx并通过管道作用于固定支架上，那么推力Fx与转动力矩M、球心距L可用下式表示：

Fx=2M/L

式中：M——转动力矩KN·m；L——两球中心距m

管道受热膨胀产生位移摩擦而作用于固定支架上的力Fμ。

Fμ=G·μ·H

式中G——管道单位重量kg/m（包括管道自重，介质重量，保护层等）； μ——摩擦系数（采用本公司的滑动支架时取μ=0.1）；L——球补中心线至固定支架的距离m

若不考虑固定支架左右两侧推力相互平衡，固定支架所受的推力F主要由球补转动力矩产生的轴向力Fx与管道受热膨胀产生位移摩擦而作用于固定支架上的力Fμ之和。

所以固定支架所受的推力为F=Fx+Fμ

导向支架及固定支架侧向推力按Fy=1/3F考虑。

5 结论

球型补偿器是一种值得推广的补偿方式，它有很多独到之处，可与其他补偿方式相结合使用。实际热力管网布置过程中，我们可以根据实际地形合理利用球型补偿器，比如在有抬高降低、过路、过厂门处可利用球型补偿器，不必在用旋转补偿器，这样可以进一步减少管道弯头，减少管道压降。综上所述， 在进行热力管网工程设计时， 应在掌握球型补偿器补偿原理的基础上， 根据具体情况， 本着经济合理的原则进行设计，为国家节能减排，热网安全稳定运行做出应有贡献。

参考文献：

[1]动力管道设计手册[K].

[2]球形补偿器配置设计规定 HG 20550-1993[S].

[3]室外热力管道安装—架空敷设图集[K].

作者简介：宋琴（1988-），女，学士学位，助理工程师，主要从事：热工、外管设计。endprint