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管道分段，在該段管段安裝單向波紋管補償器吸收熱膨脹、消除熱應(yīng)力。熱工專業(yè)設(shè)計師在設(shè)計時要對該管段進行靜壓推力FP、彈性力Fx、摩擦力FM計算，將三個力之和提供給結(jié)構(gòu)專業(yè)，由結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計師根據(jù)合力F作固定支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計。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度后方可進行管道的敷設(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)計方法。該設(shè)計方法是在選用ZL03263897.3金屬外壓雙向直埋波紋管補償器的條件下進行。為方便敘述縮寫為雙向波補器。本發(fā)明的依據(jù)是摩擦力方向與摩擦物體運動方向相反的物理特性。管道熱運行，安裝于該管段兩組雙向波補器因管道位移方向與土壤摩擦力方向相反，在兩組雙向波補器的管段中部因摩擦力聚集，生成嵌固段。雙向波補器對管道分段的同時吸收熱膨脹，嵌固段則為管道的固定支架。
應(yīng)用本發(fā)明對管網(wǎng)進行設(shè)計按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)整加長兩組雙向波補器的安裝距離，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)計方法由以下給出的附圖及實施例予以詳細說明。


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)計附圖；
實施方案附圖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)計方法的實施例，由1.直埋熱力管道；2.雙向波補器；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.直埋變徑雙向波補器；9.＞90°彎頭；10.≥150°彎頭；附圖所示序號3、4、5是當(dāng)管道熱運行時生成摩擦力和管道位移方向標(biāo)志及摩擦力嵌固段，為便于說明用序號標(biāo)出。
實施方案1附圖1為實施方案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，在安裝雙向波補器管段的中部形成嵌固段5，中間處摩擦力為O。根據(jù)計算，其嵌固段的長度為此管段長度的20％，摩擦力由中間O點處向兩側(cè)逐漸增大，此段用嵌固段取代直管段的固定支架。雙向波補器2在此直埋熱力管道中對管道起到分段并可吸收熱膨脹補償作用，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；雙向波補器的彈性力；管道位移與土壤的摩擦力；可由下面的公式計算。
直埋熱力管段的靜壓推力FP＝PN×A雙向波補器的彈性力Fx＝KN×Δx直埋熱力管段的摩擦力FM＝fμ×De×π×0.5L式中FP-管道受壓時的靜壓推力，N；Fx-雙向波補器的彈性力，N；FM-管道熱運行位移時管道與土壤的摩擦力，N；PN-管道設(shè)計的最高壓力，Mpa；A-雙向波補器的有效面積，cm2；KN-雙向波補器的彈性剛度，N/mm；Δx-管道熱運行時的該管段的膨脹量，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-管段的長度；fμ-單位面積摩擦力的系數(shù)，指管道埋深在1.2m時的單位面積摩擦力，一般可取4500N/m2；De-直埋熱力管道保溫層外護殼的直徑，m；0.5L-直埋管段兩端安裝雙向波補器，至中部O點處的距離，m；本發(fā)明在直埋直線熱力管段取消固定支架的設(shè)計中，使FM＞Fb+Fx，嵌固段即可取代該管段的固定支架。
實施方案2附圖2為實施方案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器2，交匯處安裝≤90°彎頭6，該設(shè)計屬于直埋熱力管道彎管敷設(shè)類型。管道熱運行時，在兩條直埋管道1的交匯處彎頭6，分別生成20％管道長度的嵌固段5，將轉(zhuǎn)角處彎頭6嵌固。如介質(zhì)從左向右流動，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。其計算可按實施方案1所列的公式進行，雙向波補器距轉(zhuǎn)角彎頭6的距離按實施方案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)場的復(fù)雜地下環(huán)境。
實施方案3附圖3為實施方案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組雙向波補器2，該設(shè)計屬于直埋分支敷設(shè)類型。直埋熱力管道1受熱膨脹被軸向安裝的雙向波補器2吸收，在三通7處形成3個所在管段20％長度的嵌固段5，三通7被嵌固。安裝于徑向直埋熱力管道1的雙向波補器2也可靠近三通7安裝，這時三通是受該波補器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。其計算可按實施方案1所列的公式進行。設(shè)計時應(yīng)在軸向直埋熱力管道1安裝的2組雙向波補器2至O點處的距離相等，如不等，其距離差＜5m，以適應(yīng)安裝現(xiàn)場的復(fù)雜地下環(huán)境。
實施方案4附圖4為實施方案4，該管段為直埋熱力直線管道1，兩邊分別安裝雙向補償器2和直埋雙向變徑波紋管補償器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償器后，其面積差產(chǎn)生的推力在補償器8內(nèi)平衡，管道不會因存在面積差的推力使變徑處漂移，這樣雙向波補器2、直埋雙向變徑波補器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，并可對管道變徑，同時可在兩個補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。其計算可按實施方案1所列的公式進行。
實施方案5附圖5為實施方案5，該段為直埋熱力管道1與＞90°＜150°彎頭9和2個雙向波補器2組成，屬于＞90°彎管段敷設(shè)類型。經(jīng)對熱力直埋管道計算＞90°＜150°的彎管段可視為自然補償段，土壤的阻力會使＞90°＜150°的彎頭9補償不暢。管道受熱膨脹由兩組雙向補償器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°彎管的最大安裝長度，m；φ-修正系數(shù)，見表1。
Lmax-直埋管道的最大安裝長度，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。
實施方案6附圖6為實施方案6，該段為3條直埋熱力管道1與2個≤90°或＜150°彎管6、3個雙向波補器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)按實施方案2計算安裝距離，按實施方案1對FP、Fx、FM力的計算，要注意雙向波補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所安裝的雙向波補器2與徑向直埋熱管道1所安裝的雙向波補器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)場的復(fù)雜地下環(huán)境。
實施方案7附圖7是實施方案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器2，彎管處安裝≥150°彎頭10，根據(jù)計算，此段可按直線管道設(shè)計，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施方案1設(shè)計，嵌固段可取代管道的固定支架。此段管道設(shè)計應(yīng)注意在直埋熱力管道1兩邊安裝的雙向波補器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型波紋管補償器》樣本的幾何性能參數(shù)進行計算的結(jié)果。
金屬雙向直埋波紋管補償器取代固定支架設(shè)計參數(shù)表表2

注金屬直埋內(nèi)壓雙向波紋管補償器可用于熱水管道，金屬直埋外壓雙向波紋管補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)計方法是依據(jù)摩擦力與摩擦物體運動方向相反的物理特性。該發(fā)明由直埋熱力管道1雙向波補器2組成。安裝于直埋熱力管網(wǎng)兩側(cè)的雙向波補器，當(dāng)管道熱運行產(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。其特征是補償器的選擇應(yīng)是直埋雙向波紋管補償器。
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)時按4500N/m2；De-直埋熱力管道保溫層外護殼的直徑，m；0.5L-直埋管段兩端安裝的雙向波補器，至中部O點處的距離，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)計方法說明書中，熱力管道直埋直管段實例1；熱力管道直埋≤90°彎管段實施例2；熱力管道直埋帶有分支管段實施例3；熱力管道直埋帶有變徑管段實施例4；熱力管道直埋＞90°彎管段實施例5；熱力管道直埋鋸齒形彎管段實施例6；熱力管道直埋≥150°彎管段實施例7的雙向波紋管補償器在管道中的布置位置及計算方法。
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)計方法，在選用ZL03263897.3金屬外壓雙向直埋波紋管補償器條件下設(shè)計，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、雙向波補器2等組成，管道熱運行，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％管道長度的嵌固段5，摩擦力由O處向兩側(cè)逐漸增大，設(shè)計中遵循摩擦力＞管道的靜壓推力和雙向波補器彈性力之和，嵌固段可取代管道固定支架，安裝的雙向波補器吸收熱膨脹，消除熱應(yīng)力并對管道分段，本發(fā)明將工程中常見七種熱力管道直埋類型，以實施方案1至實施方案7進行說明，并附表1、表2，以便設(shè)計使用。
文檔編號F16L1/028GK1707147SQ20041004627
公開日2005年12月14日 申請日期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 申請人:馬恩強