5.7 热伸长计算

5.7.1 两过渡段间驻点位置Z(图5.7.1)应按下式计算：

式中：la、lb——分别为驻点两侧过渡段长度(m)；

Fa、Fb——分别为驻点两侧活动端对管道伸缩的阻力(N)，当Fa或Fb的数值与过渡段长度有关，采用迭代计算时，Fa或Fb的误差不应大于10％；

Fmin——管道单位长度最小摩擦力(N/m)。

图5.7.1 计算驻点位置简图

5.7.2 管段伸长量应根据该管段所处的应力状态按下列公式计算：

1 当t1－t0≤ΔTy或l≤Lmin，整个过渡段处于弹性状态工作时：

2 当t1－t0＞ΔTy，且l＞Lmin，管段中部分进入塑性状态工作时：

式中：Δl——管段的热伸长量(m)；

Δlp——过渡段的塑性压缩变形量(m)；

α——钢材的线膨胀系数[m/(m·℃)]；

t0——管道计算安装温度(℃)；

t1——管道工作循环最高温度(℃)；

Fmin——管道单位长度最小摩擦力(N/m)；

E——钢材的弹性模量(MPa)；

A——工作管管壁的横截面积(m²)；

ΔTy——工作管屈服温差(℃)；

Lmin——直管段的过渡段最小长度(m)；

Lmax——直管段的过渡段最大长度(m)；

l——设计布置的管段长度(m)，当l≥Lmax时，取l＝Lmax。

5.7.3 过渡段内任一计算点的热位移应按下列公式计算：

Δld＝Δl－Δla (5.7.3)

式中：Δld——计算截面的热位移量(m)；

Δl——管段的热伸长量(m)，按式(5.7.2)计算；

Δla——假设过渡段的热伸长量(m)，按式(5.7.2)计算，式中l取计算点到活动端的距离。

5.7.4 采用套筒、波纹管、球形等补偿器对过渡段的热伸长或分支三通热位移进行补偿时，选用补偿器的补偿能力应符合下列规定：

1 当过渡段的一端为固定点或锚固点时，补偿器补偿能力不应小于计算热伸长量(或热位移量)的1.1倍；

2 当过渡段的一端为驻点时，补偿器补偿能力不应小于计算热伸长量(或热位移量)的1.2倍，但不应大于按过渡段最大长度计算出的热伸长量的1.1倍。

条文说明

5.7 热伸长计算

5.7.1 本条计算方法适用于计算相邻的两个直管过渡段或直管与弯管臂之间或连接在一起的两个弯管臂之间的驻点。

驻点位置因摩擦力大小、活动端阻力变化而可能发生漂移。土壤摩擦力在管道运行过程中会发生变化，由Fmax变至Fmin。对于两侧有相同型号补偿器的两个相邻直线过渡段(包括有相同规格弯头连接在一起的两个弯管臂)，由于两侧对称，驻点在直管段的中点，摩擦力的变化理论上对驻点位置无影响。对于一个直线过渡段和一个弯管臂连接在一起的管段，由于两个过渡段的活动端阻力不同，摩擦力变化时，驻点位置会发生较大漂移。为简化计算，本条规定仅按Fmin求算驻点。此规定是基于当一侧为弯管过渡段时，由内压产生的不平衡力将使驻点向直管过渡段处移动，取Fmin将使弯管过渡段有较大值，这样弯头要吸收较大的热位移，在此条件下弯头强度能满足则弯头是安全的。对于直管过渡段，按Fmin计算的长度会偏小，但考虑到投产初期摩擦力为Fmax，虽过渡段长度较大(将(5.7.1)式中Fmin改为Fmax计算la较大)，但管道热伸长被土壤摩擦阻力约束留存在管壁内转化为轴向应力的百分比也较大，同时在5.7.4条规定，对有驻点的过渡段选择补偿器时，应增大20％的裕量。这样也能保证直管过渡段补偿器的安全。

5.7.2 当整个过渡段处在弹性状态时，管道应力和应变的关系完全符合虎克定律。当过渡段内有部分管道进入塑性状态时，过渡段总热伸长量计算中要考虑由于管壁屈服产生的塑性变形。

5.7.3 该条列出了在过渡段中间部位设有分支时，计算分支点位移的步骤。

5.7.4 补偿器补偿能力选择应适当留有余地。考虑到5.3.1条对σs引入了增强系数n＝1.3，已经提高了补偿器补偿能力，因此余地不宜过大。本规程规定一般为计算热伸长量的10％。对有驻点的过渡段，由于两过渡段连接在一起，驻点位置很可能发生漂移而造成过渡段长度加长，对热伸长影响较大，为此规定余量提高到20％。

5.7 热伸长计算

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