浅谈空调管网热补偿系统的设置与应用

【摘要】在机电工程中，管道的热补偿系统设计尤为重要，如若设置不当将会对其管网系统产生很大的影响。本文首先分析热补偿的原理和受力分析，然后总结相关补偿器类型的设置方法，最后提出相关注意事项和探讨。

【关键词】空调管网;补偿器;固定支架

空调管网系统运行中存在较大的安装温度和设计温度，而管网管道温度的变化带来的热胀冷缩导致引起管道的拉长或缩短，因此在设计和施工过程中，必须对这种管道的热胀冷缩采取一定的技术措施进行补偿，以避免管网系统产生过大的变形，导致管道的破裂、带来系统故障。通过合理进行设计，并在施工过程中注重补偿器安装注意事项，可以提高管网系统的稳定性，避免故障带来的破坏和影响。

1、背景与原理

1.1背景

由于空调管网系统在实际运行时存在温度差导致的管道拉伸或缩短，进而影响管道破裂或系统故障。据统计，由补偿器等引起的系统故障率高达4%～6%，需要引起工程师足够的重视。管网补偿器故障会导致空调采暖管网漏水、停止工作，严重的可能会导致整个系统瘫痪;在某些特殊行业中，如化工、动力等，管网补偿器故障会带来管道爆裂、蒸汽泄露，严重的甚至会引发行业安全事故。因此在前期的设计和后期施工过程中，必须对这种管网系统的热胀冷缩采取相关措施，确保避免管道因受力不均匀进而导致管道的破裂和系统故障。

1.2原理

當管网系统因温度差存在热胀冷缩时，会相应产生如下现象：

①应力过大或金属疲劳引起管道或支架破坏。

②膨胀拉伸导致管道连接处焊缝开裂，引起泄露。

③产生大变形力，而影响设备的正常运行。

④管架因强度或刚度不够而造成管架破坏。

通常采用的方法是在管道上分段设置固定支架，在固定支架间设置补偿器或利用管道弯曲的自然补偿来吸收管道的这种变形，保证管道安全稳定运行。

1.3相关规范要求

《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》2012版本：

①第8.5.20条：当空调热水管道利用自然补偿不能满足要求时，应设置补偿器。

2、管网热补偿系统设置

2.1计算与设置

管网由于温差引起的管道伸长量的计算，可通过下式计算：

△L= αL△t

式中△L—管道的伸长量（mm）;α—管道的线膨胀系数（mm/m·K），具体数值详见表1;

L—管道长度（m）;△t-热媒温度与管道安装温度之差（ ℃）。

根据相关规范要求，空调管网管道系统允许管道最大伸长量为40mm，因而通常的直线管段系统在热媒温度为80℃时由固定点起至自由端允许不设补偿器的最大长度分别为40m。

2.2自然补偿

在进行空调管网管道布置时，应优先考虑利用管道本身的自然弯曲来补偿热伸长量。自然补偿中最常用的有L形直角弯和Z形折角弯2类。其中自然补偿需要控制如下几点：

①当弯管转角小于150?才能用作自然补偿;

②自然补偿的管道臂长一般不应超过25m;

③弯曲应力不应超过80MPa。

2.2.1  L形直角弯自然补偿

L形直角弯自然补偿分长臂和短臂两侧，对应长臂长度要求一般建议不超过20～25m。而短臂长度可由计算确定，具体计算公式如下：

式中l-L型补偿器的短臂长度（m）;△L-L型补偿器长臂的热伸缩量（mm）;D-管道外径（mm）。

通过计算可知，对应在长臂25m时，短臂长度应至少保证2m以上距离才能满足相应要求。

2.2.2  Z形直角弯自然补偿

Z形平行臂L长度一般建议不超过20～25m，即两平行臂长之和不大于40～50 m，其中短臂约占总长的1/2～1/4 。

2.3补偿器与支吊架

2.3.1方型补偿

方型补偿器简单来说是由4个90?弯头拼制而成，曲率半径通常为4DN-5DN，其中方型补偿器宜安装于2个相邻固定支架中心位置。

2.3.2波纹补偿

波纹管补偿器具有配管简单、安装方便、维护管理方便等优点而成为空调系统最常用的一种补偿器。它通过波纹管的柔性变形来吸收管线轴向位移（也有少量横向、角向位移），一般通过法兰与管道连接。

2.3.3其他补偿器

其他补偿器还有套筒补偿器、球形补偿器等等，具体详见《金属波纹管膨胀节通用技术条件》中表2的相关种类归纳。

2.3.4支吊架：用于敷设管道支承的一种结构件，和补偿器一起组成补偿系统，具体要求为：

①分为固定支架、滑动支架、导向支架等。

②设置固定点的地方管道与管道支架不能发生相对位移。

③设置中间支撑的地方采用活动管架，管道与管架之间允许产生相对位移，不约束管道的热变形。

3、注意事项与探讨

3.1受力分析计算

热补偿管道建议考虑如下几方面的应力与作用力计算：

①管道热胀冷缩受约束产生的作用力--轴向荷载（内应力）。

②内压产生的不平衡力--垂直荷载。

③活动端位移产生的作用力--侧向荷载。

3.2注意原则

设置补偿器系统需满足以下三个原则：

①管道的热伸长量不得超过补偿器所允许的补偿量。

②管道因膨胀和其他作用而产生的推力，不得超过固定支座所能承受的允许推力。

③不应使管道产生纵向弯曲。

3.3注意事项与探讨

方形补偿器相对加工方便，无需维修等优点而被大量使用，但安装时应进行预拉伸，且占用空间较大。垂直管道安装时，需注意承重支架和固定支架的区别，不能将承重支架焊死变成固定支架而导致问题发生。

结语：

热补偿系统是空调管网中不可或缺的一部分，在合理且经济的设置前提下，后期施工也需要相应规范和合格，为整个空调管路系统的稳定运营提供保障。

参考文献：

[1]施振球.动力管道设计手册[M].机械工业出版社，2006：443-446.

[2]陆耀庆.实用空调设计手册（第二版）[M].中国建筑工业出版社，2008：653-654.

[3]寿炜炜.空调水系统立管固定支座受力计算与波纹补偿器选择[J].暖通空调，1999（29）：55-57.

[4]申剑.网架内管道膨胀与固定的分析[J].暖通空调，2013（43）：44-48.

作者简介：

刘英俊（1986.12-），男，汉族，工程师，暖通设计师，研究生，从事地产机电方面。