1、前 言
供熱管道安裝投運后，由于管道被熱媒加熱引起管道受熱伸長，所以說應采取措施補償該管道的熱伸長。補償方式主要有以下幾種：如自然補償、套管式補償器、波紋管補償器、方形或球形補償器等。本文主要論述目前常用的套筒式補償器和新興的旋轉式補償器在工程造價、運行安全性的對比。
2、套筒式補償器簡介
套筒式補償器是一種適用于直線鋪設管道的補償器，用以補償固定支架之間管道的熱伸長。對于采用套筒式補償器的管道，固定支架所受到的推力，是由下列幾方面產生的： ?。?）由于滑動支架上摩擦力而產生的水平推力Pg?m
Pg?m=μqL
式中q－計算管段單位長度的重量，本文Φ529×7巖棉保溫，充水q＝367.92×9.8N?m；
μ－摩擦系數(shù)，鋼與鋼μ＝0.3，鋼與聚四氟板μ＝0.1；
L－計算管段長度，m；
?。?） 由于套筒式補償器摩擦力而產生的推力；
?。?）由于不平衡內壓力而產生的水平推力，如在固定支架兩端設置套筒式補償器，但其管徑不同；或在固定支架兩端管段之一端，設置閥門、堵板、彎管等，而在另一端設置套筒式補償器；當管道進行水壓試驗或運行時，將出現(xiàn)管道的不平衡軸向力。
3、GSJ-V型系列旋轉補償器簡介
GSJ-V型系列旋轉補償器是由旋轉筒和彎頭組成，其組合方式有Π型、Ω型，其補償原理是通過成雙旋轉筒和L力臂形成力偶，使大小相等、方向相反的一對力，由力臂回繞著Z軸中心旋轉，以達到力偶兩邊管道產生的熱伸長量的吸收。
對于采用GSJ-V型系列旋轉補償器，固定支架所受到的推力，是由下列幾方面產生的：［3］
?。?）由于滑動支架上摩擦力的而產生的水平推力Pg?m
（2）由于旋轉補償器摩擦力而產生的推力。
該蒸汽管網(wǎng)全長660m，管徑DN500，工作壓力1.0MPa，溫度220℃，固定支架設置，滑動支架每15m設置一個，每個補償器設置2個導向支架，滑動、導向支架共46個。
采用套筒式補償器固定支架G2、G3、G5、G6，受力F
F=Pc＋Pg?m1－0.7［PX＋Pg?m2×（L2＋L3/2）］＋P×f
?。絇c＋μqL1-0.7［A×α×E×I×△t/L短臂2×105+μqcosα×（L2+L3/2）］＋P×f
＝31×103＋0.1×367.92×9.8×100-0.7［12×0.012×1.905×105×39106×210/102×105＋0.1×367.92×0.707×（10＋10/2）］＋160×3.14×51.52/4
?。?1000＋36056－0.7×（22528+3902）＋333122＝381677N≈38.2T
固定支架G9
F9＝Pc＋Pg?m1＋P×f＝31000＋0.1×367.92×9.8×120＋333122
?。?07389N≈40.8T
固定支架G8受力F8＝Pc1＋Pg?m1－0.7Pc2＝Pc1＋μqL－0.7Pc2＝31×103＋0.1×367.92×9.8×120－0.7×31×103＝52567N≈5.3T
固定支架G4、G7受力F4、7＝Pc－0.7Pc＝31×103－0.7×31×103＝9300N≈1T
式中：F－固定支架承受的水平推力，N；
Pc－套筒式補償器的摩擦力，N；
Pg?m－滑動支架產生的摩擦力，N；
Px－彎管的彈性力，N；
A－系數(shù)A=3（n3＋4n2＋3）/n（n+1），
n＝L長臂/L短臂；
E－彈性模數(shù)，MPa；
I－管子的慣性矩，cm4；
P－水壓試驗壓力，1.6MPa；
F－管道的內截面積，cm2。
由以上計算可得出，只要有盲板力Pf＝P×F，固定支架受力就非常大。
管道安裝旋轉補償器
安裝旋轉補償器的管道固定支架承受的水平推力：
固定支架G3受力F＝Pg?m＋M/Lcos（α/2）＝0.1×367.92×9.8×180＋48830÷（2×0.974）
?。?4901＋25066＝89967N≈9T
式中：M－旋轉補償器的旋轉摩擦力矩，N?m；
L－∏組合旋轉式補償器的力偶臂，m；
α－轉角，sin（α/2）＝0.012×180×（220－10）/L
由以上計算得出，安裝套筒式補償器回繞管道盲板力占支架承受水平推力的33.3/40.8＝82％，如果能消除盲板力，固定支架將做的很小，工程造價將大幅減少。而安裝轉向補償器的管道消除了盲板力，固定支架承受水平推力只有9T，兩者之比為9/40.8＝22.0％
下面計算固定支架的混凝土造價：
50T固定支架混凝土體積：
V＝1×5.4×2＋2.5×0.8×0.8＋1×0.8×0.8＋1.5×0.8×0.8＋2.2×0.8×0.5＝10.8＋1.6＋0.64＋0.96＋0.88＝14.88m3
10T固定支架混凝土體積：
V＝0.6×2.9×2＋0.6×0.5×0.8＋1.7×1.2×0.8＝3.48＋0.24＋1.63＝5.35m3
6T固定支架混凝土體積：
V＝0.6×2.9×2＋0.6×0.5×0.8＋1.7×0.8×0.8＝3.48＋0.24＋1.09＝4.81m3
1T固定支架混凝土體積：
V＝1.5×1.5×1＋1.7×0.8×0.8＝2.25＋1.09＝3.34m3
滑動、導向支架混凝土體積：
V＝0.75×1.5×1.5＋1.25×0.4×0.4＋0.5×0.4×0.4＝1.67＋0.2＋0.08＝1.95m3
由以上計算可得出，選用旋轉式補償器的管道比選用套筒式補償器的管道工程土建造價減少24％（1－14.34/18.86＝24％）。
4、優(yōu)越性對比
?。?）采用新型的GSJ-V型旋轉補償器技術，與傳統(tǒng)的波紋補償器、套筒補償器等相比，補償量大，密封性能優(yōu)越，長期運行不需維護，節(jié)約投資成本。而且安裝方便，特別對地形復雜的工作條件能根據(jù)現(xiàn)場情況靈活調節(jié)位置。
例如在平頂山市高新區(qū)熱力干線工程中需要過路，管線位置很小，周圍有自來水、工業(yè)管道（6根）、電纜、天然氣管道，工程中避開這些障礙的同時還得考慮熱力管道的補償量，在這種情況下我們果斷的采取了GSJ-V型旋轉補償器解決了上述種種難題。另外這個工程的管線需穿越城鄉(xiāng)結合部的房屋，拆遷房屋的費用特別高，旋轉補償器的應用使管線不在一條支線上，從而根據(jù)管道路線來設計一組旋轉補償器從而避免發(fā)生糾紛，增加不必要費用。但是傳統(tǒng)的波紋補償器、套筒補償器安裝時管線必須在一條直線上，局限性太大，而方形補償器補償能力很有限，故新技術的應用和推廣是很有必要的。
?。?）新型的GSJ-V型旋轉補償器與傳統(tǒng)的波紋補償器、套筒補償器等在熱力工程中能配合在一起使用，補償器布置形式靈活，根據(jù)現(xiàn)場情況隨時變更，不局限于設計圖紙，縮短工期。例如在二礦蒸汽管道工程原設計中管道需穿過某家屬院，需用一個方形補償器，但是施工過程中家屬院由于種種問題不讓管道通過，管線重新規(guī)劃、重新施工時間不允許，而且到了供熱高峰期，我公司的設計人員用新型的GSJ-V型旋轉補償器改變管道路線解決了大難題。整個管線上的其他補償器和支架并沒有改變，充分體現(xiàn)了新技術的優(yōu)越性。
5、安全性對比
?。?）由于套筒式補償器的結構特點，安裝時對管道不同軸度≯1%，需“嚴格找中”以防止運行時摩擦力過大，發(fā)生泄漏甚至卡死，因此需額外增加導向支架。而旋轉式補償器不存在“找中”的問題，因而不必額外增加導向支架。
（2）套筒式補償器裸露的高光潔度滑動表面，易碰傷和被腐蝕，因此易發(fā)生泄漏；旋轉式補償器的旋轉筒內裝設了止退圈和減摩、定心彈子，并采用合理的密封面結構，從而使密封材料和密封面的磨損極為輕微，保證在更長時間內不發(fā)生泄漏很大程度上增加了工作的安全性、可靠性。
結束語
通過上述分析，我們可以得出旋轉式補償器跟套筒式補償器相比，具有大幅降低工程土建造價的優(yōu)勢，而且其結構簡單、安裝方便、無需維修，克服了套筒式補償器易泄漏、需停產維修等弊病。所以說旋轉式補償器應該在架空管道中推廣使用。
