淺談球型補償器的應用及設計方法

宋琴+楊林

摘 要：對球型補償器的工作原理、應用條件和性能特點進行了介紹和分析， 從球型補償器在不同管段劃分中的相應布置方式、設計中補償量計算的具體方法和設計中注意事項進行了論述。

關鍵詞：球型補償器；設計方法；熱網工程應用

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

蒸汽管道由于存在較大的熱位移，就必須采用各種方式進行補償，補償方式雖不少，但都有一定的局限性。常用的補償方式有：自然補償（含π型補償）、波紋管補償器補償、套筒補償器、球形補償器、方形補償器及無推力旋轉筒補償器補償等。目前我公司常用的補償器為無推力旋轉筒補償器，但在一些地方無推力旋轉筒補償器并不是萬能的，在馬鞍山金星鈦白項目中管道補償就遇到了困難，由于本次項目需利用原有管架，新建管道需與已建管道并排敷設，且原設計管道為方形補償器補償，如新建管道利用旋轉補償器補償其旋轉臂無法打開，經過多種補償方式對比，決定采用萬向球型補償器補償。

1 產品結構

主要有注填式萬向球型補償器和壓緊式萬向球型補償器。其結構簡圖詳見下圖1：

2 工作原理

球型補償器通過夾在器體內的球體可以轉動，折屈來適應和它相連接的蒸汽管道因受熱而產生的熱位移。球型補償器，安裝在管道的拐彎處，利用球頭的轉動達到補償的目的。工作原理如圖1所示，圖中實線為安裝位置，當受熱運行時，直管段的管道伸長量為△，推動球補轉動到虛線位置，其中△與θ、L的關系由下面各等式列出：

如圖2所示，當管道受熱伸長時球頭能在空間任意方向作轉動。顯然管段的熱膨脹量越大，球頭轉過的角度就越大。它和球心距L和熱位移Δ之間存在下列關系：

由上式可知如θ值一定時，L值越大，補償能力就越大，但根據相關資料L最終不能超過8m。

另，由圖1可知當球型補償器球體角位移至0.5θ折屈角時，補償器存有最大徑向擺動y值，故當補償器垂直布置時，補償器相鄰的滑動管架應選用彈簧支架；當補償器水平布置時，補償器相鄰的滑動管架應選用平面滑動管架，最大擺動y值計算公式為：

y=L〔1-cos（θ/2）〕

3 管段的劃分與球補的布置方式

（1）管段的劃分。長直管線：直線管線段最能充分發揮球型補償器補償能力大的特點。根據管子的剛度情況， 可將200m～700m作為一個補償段。固定支架最大間距如表1：

L型與Z型管道：L型管道可利用其短臂安裝一組球型補償器， 對長臂進行熱補償， 補償段的長度由短臂安裝的兩球球心距確定， 短臂太短時， 應根據其經濟性考慮是否采用球型補償器。Z型管道利用中間臂安裝球型補償器， 以補償其它兩臂之熱伸長， 并應使兩臂盡量接近， 使固定支架受力接近。

（2）球型補償器的布置方式：球型補償器一般可分為垂直布置和水平布置，根據球型補償器在管線中不同的位置可分為端置式和中置式。

4 球型補償器作用于管道上的力及固定支架推力計算

球補存在轉動力矩，所以在轉動過程中對管道形成一個推力Fx并通過管道作用于固定支架上，那么推力Fx與轉動力矩M、球心距L可用下式表示：

Fx=2M/L

式中：M——轉動力矩KN·m；L——兩球中心距m

管道受熱膨脹產生位移摩擦而作用于固定支架上的力Fμ。

Fμ=G·μ·H

式中G——管道單位重量kg/m（包括管道自重，介質重量，保護層等）； μ——摩擦系數（采用本公司的滑動支架時取μ=0.1）；L——球補中心線至固定支架的距離m

若不考慮固定支架左右兩側推力相互平衡，固定支架所受的推力F主要由球補轉動力矩產生的軸向力Fx與管道受熱膨脹產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為F=Fx+Fμ

導向支架及固定支架側向推力按Fy=1/3F考慮。

5 結論

球型補償器是一種值得推廣的補償方式，它有很多獨到之處，可與其他補償方式相結合使用。實際熱力管網布置過程中，我們可以根據實際地形合理利用球型補償器，比如在有抬高降低、過路、過廠門處可利用球型補償器，不必在用旋轉補償器，這樣可以進一步減少管道彎頭，減少管道壓降。綜上所述， 在進行熱力管網工程設計時， 應在掌握球型補償器補償原理的基礎上， 根據具體情況， 本著經濟合理的原則進行設計，為國家節能減排，熱網安全穩定運行做出應有貢獻。

參考文獻：

[1]動力管道設計手冊[K].

[2]球形補償器配置設計規定 HG 20550-1993[S].

[3]室外熱力管道安裝—架空敷設圖集[K].

作者簡介：宋琴（1988-），女，學士學位，助理工程師，主要從事：熱工、外管設計。endprint