專利名稱：直埋熱力管網(wǎng)用嵌固段取代管道固定支架的設(shè)計(jì)方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及直埋熱力管網(wǎng)用嵌固段取代管道固定支架的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
近年來熱力管網(wǎng)直埋地下因不占地、熱損耗小、節(jié)省管網(wǎng)投資費(fèi)用、有利城市美化而被采用。直埋地下的熱力管網(wǎng)是靠管道固定支架對(duì)管道分段，在該段管段安裝單向波紋管補(bǔ)償器吸收熱膨脹、消除熱應(yīng)力。熱工專業(yè)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)該管段進(jìn)行靜壓推力FP、彈性力Fx、摩擦力FM計(jì)算，將三個(gè)力之和提供給結(jié)構(gòu)專業(yè)，由結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)師根據(jù)合力F作固定支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。埋在地下熱力管網(wǎng)的固定支架為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，要在現(xiàn)場(chǎng)搗制，并要有21天左右的養(yǎng)生期，待混凝土固定支架有足夠的強(qiáng)度后方可進(jìn)行管道的敷設(shè)施工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在上述熱力管網(wǎng)直埋的基礎(chǔ)上提供一種直埋熱力管網(wǎng)用嵌固段取代管道固定支架的設(shè)計(jì)方法。該設(shè)計(jì)方法是在選用ZL03263897.3金屬外壓雙向直埋波紋管補(bǔ)償器的條件下進(jìn)行。為方便敘述縮寫為雙向波補(bǔ)器。本發(fā)明的依據(jù)是摩擦力方向與摩擦物體運(yùn)動(dòng)方向相反的物理特性。管道熱運(yùn)行，安裝于該管段兩組雙向波補(bǔ)器因管道位移方向與土壤摩擦力方向相反，在兩組雙向波補(bǔ)器的管段中部因摩擦力聚集，生成嵌固段。雙向波補(bǔ)器對(duì)管道分段的同時(shí)吸收熱膨脹，嵌固段則為管道的固定支架。
應(yīng)用本發(fā)明對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)按FM＞FP+Fx，直埋熱力管網(wǎng)就可用嵌固段取代管道的固定支架。在直埋熱力管網(wǎng)中要增大FM，應(yīng)調(diào)整加長(zhǎng)兩組雙向波補(bǔ)器的安裝距離，使管道的表面積增大摩擦力增加，所以方法簡(jiǎn)單。
本發(fā)明直埋熱力管網(wǎng)用嵌固段取代管道固定支架的設(shè)計(jì)方法由以下給出的附圖及實(shí)施例予以詳細(xì)說明。


附圖1至附圖7是本發(fā)明直埋熱力管網(wǎng)用嵌固段取代管道固定支架設(shè)計(jì)方法的附圖。
其中圖1，是根據(jù)本發(fā)明在熱力管道直埋直管段的設(shè)計(jì)附圖；圖2，是根據(jù)本發(fā)明在熱力管道直埋≤90°彎管管段的設(shè)計(jì)附圖；圖3，是根據(jù)本發(fā)明在熱力管道直埋帶有分支管段的設(shè)計(jì)附圖；圖4，是根據(jù)本發(fā)明在熱力管道直埋帶有變徑管段的設(shè)計(jì)附圖；圖5，是根據(jù)本發(fā)明在熱力管道直埋＞90°彎管段的設(shè)計(jì)附圖；圖6，是根據(jù)本發(fā)明在熱力管道直埋鋸齒形彎管段的設(shè)計(jì)附圖；圖7，是根據(jù)本發(fā)明在熱力管道直埋≥150°彎管段的設(shè)計(jì)附圖；
實(shí)施方案附圖1至附圖7是依據(jù)本直埋熱力管網(wǎng)用嵌固段取代管道固定支架的設(shè)計(jì)方法的實(shí)施例，由1.直埋熱力管道；2.雙向波補(bǔ)器；3.位移方向標(biāo)志；4.摩擦力方向標(biāo)志；5.嵌固段；6.90°或＜90°彎頭；7.三通或異徑三通；8.直埋變徑雙向波補(bǔ)器；9.＞90°彎頭；10.≥150°彎頭；附圖所示序號(hào)3、4、5是當(dāng)管道熱運(yùn)行時(shí)生成摩擦力和管道位移方向標(biāo)志及摩擦力嵌固段，為便于說明用序號(hào)標(biāo)出。
實(shí)施方案1附圖1為實(shí)施方案1，該管段為直線直埋熱力管道1，在直埋管道1兩邊分別安裝雙向波補(bǔ)器2，屬于直線直埋敷設(shè)類型。管道熱膨脹管道位移的方向3與生成摩擦力的方向4相反，在安裝雙向波補(bǔ)器管段的中部形成嵌固段5，中間處摩擦力為O。根據(jù)計(jì)算，其嵌固段的長(zhǎng)度為此管段長(zhǎng)度的20％，摩擦力由中間O點(diǎn)處向兩側(cè)逐漸增大，此段用嵌固段取代直管段的固定支架。雙向波補(bǔ)器2在此直埋熱力管道中對(duì)管道起到分段并可吸收熱膨脹補(bǔ)償作用，嵌固段可取代管道的固定支架。直埋熱力管網(wǎng)的靜壓推力；雙向波補(bǔ)器的彈性力；管道位移與土壤的摩擦力；可由下面的公式計(jì)算。
直埋熱力管段的靜壓推力FP＝PN×A雙向波補(bǔ)器的彈性力Fx＝KN×Δx直埋熱力管段的摩擦力FM＝fμ×De×π×0.5L式中FP-管道受壓時(shí)的靜壓推力，N；Fx-雙向波補(bǔ)器的彈性力，N；FM-管道熱運(yùn)行位移時(shí)管道與土壤的摩擦力，N；PN-管道設(shè)計(jì)的最高壓力，Mpa；A-雙向波補(bǔ)器的有效面積，cm2；KN-雙向波補(bǔ)器的彈性剛度，N/mm；Δx-管道熱運(yùn)行時(shí)的該管段的膨脹量，mm；Δx＝α×Tt×L其中Δx-管段的熱膨脹量；α-線脹系數(shù)；Tt-溫差；L-管段的長(zhǎng)度；fμ-單位面積摩擦力的系數(shù)，指管道埋深在1.2m時(shí)的單位面積摩擦力，一般可取4500N/m2；De-直埋熱力管道保溫層外護(hù)殼的直徑，m；0.5L-直埋管段兩端安裝雙向波補(bǔ)器，至中部O點(diǎn)處的距離，m；本發(fā)明在直埋直線熱力管段取消固定支架的設(shè)計(jì)中，使FM＞Fb+Fx，嵌固段即可取代該管段的固定支架。
實(shí)施方案2附圖2為實(shí)施方案2，該段為2條直埋熱力管道1轉(zhuǎn)角形成≤90°彎管段，此管段分別安裝雙向波補(bǔ)器2，交匯處安裝≤90°彎頭6，該設(shè)計(jì)屬于直埋熱力管道彎管敷設(shè)類型。管道熱運(yùn)行時(shí)，在兩條直埋管道1的交匯處彎頭6，分別生成20％管道長(zhǎng)度的嵌固段5，將轉(zhuǎn)角處彎頭6嵌固。如介質(zhì)從左向右流動(dòng)，軸向直埋管道1由于轉(zhuǎn)彎生成0.5FP的靜壓推力，作用于O點(diǎn)處，土壤的阻力、嵌固段的摩擦力的限制，使≤90°彎頭6被嵌固，所以可取代管道的固定支架。其計(jì)算可按實(shí)施方案1所列的公式進(jìn)行，雙向波補(bǔ)器距轉(zhuǎn)角彎頭6的距離按實(shí)施方案5表1、本發(fā)明表2確定。要注意軸向直埋熱力管道1安裝的雙向波補(bǔ)器2距轉(zhuǎn)角的距離與徑向直埋熱力管道1安裝的雙向波補(bǔ)器2距轉(zhuǎn)角的距離相等，如不等，其距離差＜5m，以適應(yīng)安裝現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜地下環(huán)境。
實(shí)施方案3附圖3為實(shí)施方案3，該段為2條直埋熱力管道1在軸向管道中部的三通或異徑三通7與徑向管道連接組成，在直埋熱管道1分別安裝3組雙向波補(bǔ)器2，該設(shè)計(jì)屬于直埋分支敷設(shè)類型。直埋熱力管道1受熱膨脹被軸向安裝的雙向波補(bǔ)器2吸收，在三通7處形成3個(gè)所在管段20％長(zhǎng)度的嵌固段5，三通7被嵌固。安裝于徑向直埋熱力管道1的雙向波補(bǔ)器2也可靠近三通7安裝，這時(shí)三通是受該波補(bǔ)器2的彈性力Fx，由于彈性力是直埋熱力管道中最小的力，見本發(fā)明表2，且此力處于嵌固段內(nèi)，分支處的分支管徑一般小于直線管道的管徑，所以這樣的布置，嵌固段可取代管道固定支架。其計(jì)算可按實(shí)施方案1所列的公式進(jìn)行。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在軸向直埋熱力管道1安裝的2組雙向波補(bǔ)器2至O點(diǎn)處的距離相等，如不等，其距離差＜5m，以適應(yīng)安裝現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜地下環(huán)境。
實(shí)施方案4附圖4為實(shí)施方案4，該管段為直埋熱力直線管道1，兩邊分別安裝雙向補(bǔ)償器2和直埋雙向變徑波紋管補(bǔ)償器8，屬于直埋變徑敷設(shè)類型。以往的直埋熱力管網(wǎng)在變徑處安裝變徑大小頭對(duì)管道變徑，因管道變徑在直埋熱力管網(wǎng)產(chǎn)生面積差，在變徑大小頭處形成推力，此處都要安裝管道固定支架。安裝直埋雙向變徑波紋管補(bǔ)償器后，其面積差產(chǎn)生的推力在補(bǔ)償器8內(nèi)平衡，管道不會(huì)因存在面積差的推力使變徑處漂移，這樣雙向波補(bǔ)器2、直埋雙向變徑波補(bǔ)器8在該類型直埋熱力管道起分段作用，不僅可吸收該管段熱膨脹、消除應(yīng)力，并可對(duì)管道變徑，同時(shí)可在兩個(gè)補(bǔ)償器中間管段因摩擦力聚集管道被嵌固，所以可取代管道的固定支架。其計(jì)算可按實(shí)施方案1所列的公式進(jìn)行。
實(shí)施方案5附圖5為實(shí)施方案5，該段為直埋熱力管道1與＞90°＜150°彎頭9和2個(gè)雙向波補(bǔ)器2組成，屬于＞90°彎管段敷設(shè)類型。經(jīng)對(duì)熱力直埋管道計(jì)算＞90°＜150°的彎管段可視為自然補(bǔ)償段，土壤的阻力會(huì)使＞90°＜150°的彎頭9補(bǔ)償不暢。管道受熱膨脹由兩組雙向補(bǔ)償器2分別吸收，由于摩擦力在彎管處生成嵌固段5，彎頭9被嵌固。但此處的布置應(yīng)遵循Lθ＝φLmax式中Lθ-＞90°＜150°彎管的最大安裝長(zhǎng)度，m；φ-修正系數(shù)，見表1。
Lmax-直埋管道的最大安裝長(zhǎng)度，m，具體參數(shù)見表2。
表1

按表1所列的修正系數(shù)與下表2的Lmax欄的參數(shù)乘積即為該類型直埋熱力管道所允許的φLmax，彎頭處所產(chǎn)生的兩處嵌固段5即是該彎管的固定支架，所以可取代直埋熱力管道固定支架。
實(shí)施方案6附圖6為實(shí)施方案6，該段為3條直埋熱力管道1與2個(gè)≤90°或＜150°彎管6、3個(gè)雙向波補(bǔ)器2組成，該段管道屬于鋸齒形彎管敷設(shè)類型，彎管處＜90°或≥90°＜150°應(yīng)按實(shí)施方案2計(jì)算安裝距離，按實(shí)施方案1對(duì)FP、Fx、FM力的計(jì)算，要注意雙向波補(bǔ)器一定要安裝于該段直埋熱力管段的中間處，以利彎頭處6形成嵌固段5。此段應(yīng)注意軸向直埋熱力管道1所安裝的雙向波補(bǔ)器2與徑向直埋熱管道1所安裝的雙向波補(bǔ)器2至轉(zhuǎn)角彎頭6的距離相等，如不等，其距離應(yīng)＜2m。以適應(yīng)安裝現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜地下環(huán)境。
實(shí)施方案7附圖7是實(shí)施方案7，該段為2條直埋熱管道1≥150°彎管敷設(shè)類型，在直埋熱力管道1兩邊分別安裝雙向波補(bǔ)器2，彎管處安裝≥150°彎頭10，根據(jù)計(jì)算，此段可按直線管道設(shè)計(jì)，所形成的嵌固段5的摩擦力可將此段管道嵌固，中心處摩擦力處于O的狀態(tài)，該處所受的靜壓推力為0.25FP，O點(diǎn)處兩側(cè)逐漸加大的摩擦力完全可以控制此0.25FP推力，所以可按直線管段實(shí)施方案1設(shè)計(jì)，嵌固段可取代管道的固定支架。此段管道設(shè)計(jì)應(yīng)注意在直埋熱力管道1兩邊安裝的雙向波補(bǔ)器2距離彎頭10的距離相等，如不等，其距離差＜5m，以適應(yīng)安裝現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的地下環(huán)境。
本發(fā)明表2的參數(shù)是依據(jù)北京南洋良工波紋管有限公司生產(chǎn)的《金屬多層S型波紋管補(bǔ)償器》樣本的幾何性能參數(shù)進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果。
金屬雙向直埋波紋管補(bǔ)償器取代固定支架設(shè)計(jì)參數(shù)表表2

注金屬直埋內(nèi)壓雙向波紋管補(bǔ)償器可用于熱水管道，金屬直埋外壓雙向波紋管補(bǔ)償器可用于蒸汽管道。上表的參數(shù)是按使用壓力為1.6Mpa計(jì)算。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明直埋熱力管網(wǎng)用嵌固段取代管道固定支架的設(shè)計(jì)方法是依據(jù)摩擦力與摩擦物體運(yùn)動(dòng)方向相反的物理特性。該發(fā)明由直埋熱力管道1雙向波補(bǔ)器2組成。安裝于直埋熱力管網(wǎng)兩側(cè)的雙向波補(bǔ)器，當(dāng)管道熱運(yùn)行產(chǎn)生熱膨脹，在管道中部生成嵌固段5，由于摩擦力大于管道靜壓推力和雙向波補(bǔ)器彈性力之和，而取代直埋熱力管網(wǎng)的固定支架。其特征是補(bǔ)償器的選擇應(yīng)是直埋雙向波紋管補(bǔ)償器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征是直埋熱力管網(wǎng)用嵌固段取代管道固定支架設(shè)計(jì)方法是以嵌固段取代管道的固定支架，而嵌固段摩擦力FM＞FP+FX，嵌固段嵌固力的計(jì)算方法為FM＝fμ×De×π×0.5L其中FM-熱力管道的摩擦力，N；fμ-單位面積的摩擦力，N，一般在管道埋深1.2m以內(nèi)時(shí)按4500N/m2；De-直埋熱力管道保溫層外護(hù)殼的直徑，m；0.5L-直埋管段兩端安裝的雙向波補(bǔ)器，至中部O點(diǎn)處的距離，m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述，其特征是直埋熱力管網(wǎng)用嵌固段取代管道固定支架設(shè)計(jì)方法說明書中，熱力管道直埋直管段實(shí)例1；熱力管道直埋≤90°彎管段實(shí)施例2；熱力管道直埋帶有分支管段實(shí)施例3；熱力管道直埋帶有變徑管段實(shí)施例4；熱力管道直埋＞90°彎管段實(shí)施例5；熱力管道直埋鋸齒形彎管段實(shí)施例6；熱力管道直埋≥150°彎管段實(shí)施例7的雙向波紋管補(bǔ)償器在管道中的布置位置及計(jì)算方法。
全文摘要
本發(fā)明直埋熱力管網(wǎng)用嵌固段取代管道固定支架的設(shè)計(jì)方法，在選用ZL03263897.3金屬外壓雙向直埋波紋管補(bǔ)償器條件下設(shè)計(jì)，以往的直埋管網(wǎng)靠管道固定支架分段，安裝直埋單向波補(bǔ)器吸收熱膨脹，本發(fā)明，見摘要附圖，由直埋熱力管道1、雙向波補(bǔ)器2等組成，管道熱運(yùn)行，管道位移方向與摩擦力方向相反的物理特性，管段中部生成20％管道長(zhǎng)度的嵌固段5，摩擦力由O處向兩側(cè)逐漸增大，設(shè)計(jì)中遵循摩擦力＞管道的靜壓推力和雙向波補(bǔ)器彈性力之和，嵌固段可取代管道固定支架，安裝的雙向波補(bǔ)器吸收熱膨脹，消除熱應(yīng)力并對(duì)管道分段，本發(fā)明將工程中常見七種熱力管道直埋類型，以實(shí)施方案1至實(shí)施方案7進(jìn)行說明，并附表1、表2，以便設(shè)計(jì)使用。
文檔編號(hào)F16L1/028GK1707147SQ20041004627
公開日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2004年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月9日
發(fā)明者馬恩強(qiáng) 申請(qǐng)人:馬恩強(qiáng)