供熱管網中的LMRB型套筒式雙向補償器
隨著我國城鎮集中供熱事業的不斷發展，節能、環保、安全已經成為時代的要求，對管道工程的熱補償技術也相應提出了更高的要求。因此在供熱管網中采用什么形式的補償器來保證供熱管網的安全就更加重要了。應用于管道熱補償方面的設備主要有金屬波紋補償器和套筒式補償器兩大類。本人就此表述一點個人的觀點。
首先金屬波紋管補償器是國內外發展最早的一種補償設備，具有多種補償形式，可進行軸向、角向、橫向補償。在八十年代應用于管道補償后，逐漸占領了國內市場。但在管網中使用的波紋管不論采用何種成形工藝，均是由薄壁奧氏體不銹鋼板卷焊成圓筒再冷擠壓加工成形，在波峰或波谷處產生了塑性變形。由于變形大而產生的殘余應力，安裝過程中存在著附加應力和運行中較高的工作壓力等，在腐蝕環境下加速了波紋管應力腐蝕，在這些機械應力、基本載荷之下，任何類型的管網都可能出現泄漏。管件金屬結構材料的不一致，側向負荷或其它系統的設計中產生的不適當的應力，或者僅僅是不正確的安裝都會加劇振動疲勞--系統振動、脈動和熱循環作用是造成管網系統發生泄漏的常見原因。從而導致管網的泄漏或爆裂事故時有發生。而奧氏體不銹鋼對防氯離子（cl-）的腐蝕能力也較差，可將其產生晶間腐蝕現象。尤其在沿海城市或地下水質較差的供熱管網中，地下水位高，空氣中的氯離子含量較高，在這樣的環境不適合奧氏體不銹鋼制造的波紋補償器。由于波紋補償器存在的某些不足，人們逐步又開始關注起套筒補償器的使用。
而套筒式補償器是最古老的管道補償器，有多種形式。多以盤根及密封填料為密封材料的第一、第二代套筒式補償器，由于它的補償量大，阻力小，成本低，筒體壽命長等諸多優點，在上世紀七十年代前就在供熱管網中得到廣泛的應用。但隨著城市集中供熱的快速發展，直埋敷設管網越來越體現出占地面積小、施工快捷、節約工程造價等優勢，隨之而來對套筒補償器的要求也越來越高，如：安全性好、壽命長、安裝方便、能夠直埋，安裝運行之后不需維護等。為了更好的適應適應供熱管網有補償直埋敷設技術和滿足供熱管網日益發展的需要。沈陽中航黎明機械制造公司，近幾年來，依據我國建設部1994年發布的CJ/T3016.2-94《城市供熱用焊制套筒補償器》行業標準，并根據波紋管式和老式套筒式補償器在供暖管網使用中存在的諸多不足。如：耐腐蝕性差、維護性差、安全性差，抗震性差，一旦出現泄漏，輕則需立即更換，重則管網停止供熱，工況條件要求高等。經過幾年的研制、實踐和不斷的改進提高，推出的LMRB型套筒式雙向補償器, 已獲得國家專利（專利號：01240933.2）。以良好的品牌質量打入了市場，并且在供熱管網中得到廣泛的應用。
上圖為LMRB型套筒式雙向補償器實物圖片，這種產品的特點是加工精度高、成本低、安裝方便、補償量大、耐腐蝕、雙向性、抗震、抗撓性好、免維護、壽命長等諸多優點集于一身。下面就LMRB型套筒式雙向補償器的性能、特點簡單為大家介紹下：
1、 補償量大
本產品補償量最小可以達到50mm最大可以達到400mm，也可以根據用戶的需求進行設計補償量的大小。
補償量計算公式：ΔL =Lα（t2 t1）cm
式中 L 計算管線長度 m
α 管道的線膨脹系數 cm/m•ºC
t2 管道內介質溫度 ºC
t1 管道安裝溫度 ºC
常用鋼材的線膨脹系數（×10-4cm/m.ºC） 表1
鋼號 設計溫度（ºC）
100 150 200 250 270 300
Q235A 12.20 12.60 13.00 13.23 13.32 13.45
10 11.90 12.25 12.60 12.70 12.74 12.80
20 11.16 11.64 12.12 12.45 12.59 12.78
16Mn 8.31 9.65 10.99 11.60 11.91 12.31
2、雙向性，所謂雙向性，可從兩方面講：
1、它對介質的流向沒有方向性的要求，可雙向導流。
2、位移的雙向性，它可以安裝在兩固定支架的中間和任意位置。當它位于兩固定支架中間時，它兩端的管線將同時向中心位移，滿足雙向性的需要。如果靠近一個支架時，它可分段位移，一端芯管完成位移后，將緊靠壓蓋并推動外殼與另一端芯管繼續位移。完全消除了以往軸向型補償器對導向支架間距的設計要求L1≤4D L2≤14D ，（見圖一）
支架受力計算
次固定支架和主固定支架
次固定支架兩側受力，這些力可以部分地或全部抵消，支架總受力較小。
另有一些，如管道端頭、分支、彎頭處、兩側受力不能抵消，稱為主固定支架。
主固定支架受力計算
F = Fp + Fm + Ff
式中：F 作用在固定支架上的力 （ 單位：N ）
Fp 內壓推力 AP×102 N
A=面積c㎡ P=工作壓力MPa
Fm 補償器摩擦力（見表1）
Ff 土壤摩擦力 （ 單位：N ）
Ff=4500πDL（ 單位：N ） D-保溫后管道直徑m L-管道的計算長度m
次固定支架受力計算
一般的次固定支架受力為兩側作用力之差。
F=（Fp + Fm + Ff）左 （Fp + Fm + Ff）右
當支架兩側對稱布置時在理論上F=0
但在開始運行時、管道先從一側先熱，即支架兩側不是同時受熱伸長。作用力不等所以通常用下式計算
F=（ Fm + Ff） 0.7（ Fm + Ff）
3、穩定性
由于套筒是標準軸與套的配合形式，也就是機械中的動配合形式，所以加工精度極高（以500為例，公差僅是0.5mm），而且芯管與管網同壁厚或大于管網的壁厚，而外殼又是加強體，當這兩個部分在做相對運動時，它們具有很高的同心度，所以它能有效防止由橫向力過大造成的芯管變形而產生的滲漏，同時具有良好的導向性。從外部看，防拉脫螺桿可防止管道的失穩、支架不牢靠等意外事故，同時起到抗彎作用，為管網的安全運行提供必要的保證。
4、耐腐蝕
補償器選用的材質為碳素鋼或是與管網相同的材質，而且又是作了防腐處理，所以它在耐腐蝕方面也大于管網的使用壽命。
5、抗震性
振動壓力鋼管采取哪些有效措施消除振動？
(1)加裝剛性環緊箍于管壁外，以改善原來管壁的橢圓度。
(2)加裝剛性環后，即改變了鋼管的原來自然振動頻率，使它與管內水流的壓力波頻率錯開，不形成共振，從而消除振動。
從結構中可以看出本產品中的四個發蘭盤的結構位置相當于給每段管網加上了四個剛性環，所以它的抗震性要好于同等產品。
6、降低造價，
具有良好的導向性和穩定性，沒有柱失穩，因此可作到無約束設計支架，可少設或減少支架的噸數，而以雙向位移補償來看，當補償器位于兩支架中間時，在直埋管線里，它可以把管道摩擦長度分解為1／2，如100m長管道變為50m。管道位移產生的的摩擦反力減少1／2，作用在支架上的反力也將減少，即可減少支架的噸位。由于補償器沒有方向性，又不用予拉伸，可直接與管道進行焊接，適用于任何敷設方式，加上外套（防塵罩）即可用于直埋，同時補償器可作預制保溫，可避免現場做保溫質量差、費時、費工。補償器可不受施工條件的限制可放置在兩支架中的任意位置，方便施工、提高效率，即節約了工程造價。
密封裝置是整個套筒補償器的關鍵部件，它的材質好與壞，選用是否正確，設計是否合理，直接關系到補償器的壽命。經過幾年的實踐，使用在供熱補償中的補償器產品,我們選用三元乙丙橡膠作為密封材料。三元乙丙橡膠是由乙烯、丙烯和非共軛二烯組成的含少量側基不飽和雙鍵的合成橡膠。具有優異的化學穩定性、卓越的耐天候性、耐臭氧性和耐熱老化性，還具有良好的耐低溫性、電絕緣性等 。不同的硫化體系對硫化膠的交聯鍵類型、物理機械性能有直接的影響。按美國軍用標準MIL-R-83285規定，我們根據EPDM橡膠其側基上含有的少量不飽和雙鍵，采用硫黃和過氧化物并用體系硫化三元乙丙橡膠并在膠料中加入適宜的防老劑和不飽和羥基脂肪酸，顯著提高了EPDM橡膠的熱氧老化性能、撕裂性能和屈撓疲勞性能。使其能夠很好的應用于供熱密封裝置中。密封圈工作的位置是在完全近是封閉的空間內，外殼壁厚是芯管壁厚的2倍，并且芯管壁厚大于管網壁厚。在它端部加工成一定角度的斜面，然后由壓蓋，芯管表面組成三角形空間，密封圈裝在里面，由于芯管與外殼的滑動間隙極小，所以密封圈質量是不會丟失的，只會有與芯管表面的磨損，而芯管表面是經過防腐處理，光潔度極高，磨損量很小，所以它自身的質量是完全可彌補磨損量，即使在十幾年后橡膠有一定的老化，但在一個完整的密封空間里，在螺栓的予緊力作用下它依然緊貼在芯管表面可正常發揮作用。
經過廣泛應用，LMRB型套筒式雙向補償器目前是供熱管網中較為理想和較為安全的產品。
|