管道的固定支架设计计算

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1、空调、热力或采暖管道的设计安装必须重视热胀冷缩的问题，为使管道保持稳定和安全，减少管道热胀冷缩时产生的应力，管道的伸缩量应考虑补偿，工程中常采用自然补偿或补偿器。当采用补偿器补偿管道的冷热伸缩量时，管道必须设置固定支架、导向支架及滑动支架等，其中固定支架将用来承受管道及其输送介质的自重和热胀冷缩所产生的推力，对工程安全性至关重要。本次课题翻阅查找了国内多个行业的设计手册，归纳出最简单实用的公式和方法进行固定支架的推力计算，并结合工程案例详细讲解管道固定支架的荷载计算、锚栓的选用计算等，同时收集目前国标图集以及部分已完工程固定支吊

2、架的详图供工程施工中参考。管道固定支架的设计计算一、管道的热胀冷缩量及其补偿1.管道伸缩量由于环境空气的温度及管内介质温度对管壁的影响，造成管道本身的伸缩，其伸缩量ΔL按下式计算：ΔL=Lα〈t−t〉（公式1）21式中：ΔL——管道伸缩量（mm）；L——计算管长（两固定点间的直线长度）（m）；α——管道的线膨胀系数[mm/(m．℃)]，见附表1(同《动力管道设计手册》中表6-1)；t2——管道内介质最高温度（℃）；t1——管道设计安装温度（℃），可取0～20℃。2.管道伸缩的补偿（参见《钢铁企业燃气设计参考资料》的第226页）管

3、道的热胀与冷缩在受到两个固定点的限制而不能实现时所产生的影响对于直线管系和异形管系是各不相同的。对于直线管系可能产生相当大应力和推力造成管材和固定支架的破坏。应力σ及推力F的大小与温差有关，与直管的长度无关，其计算公式为：ΔLσ=E（公式2）Lπ()22F=D−dσ（公式3）4式中：σ——管材的弯曲应力（MPa）；F——固定点的推力（N）；1E——管材的弹性模量（MPa），见附表1；在常温状态下对碳素钢、不锈钢取52×10MPa；D——管道的外径（mm）；d——管道的内径（mm）；ΔL——管道伸缩量（mm）；L——计算管长（两固

4、定点间的直线长度）（m）。举例：外径216mm、壁厚8mm的碳钢管，如温度变化为100℃，则管壁所受的应力按公式2计算为：ΔL2.1σ=E=×200000=240MPaL1000固定点所受的推力按公式3计算为：π()22π(22)F=D−dσ=216−200×240=1253990N44显然，本例情况下的管壁应力和固定点的推力过大，因此直管系一般都要考虑补偿。管道的外加补偿形式有两种：自然补偿和人工补偿。自然补偿实质上就是异形管系。利用管系中的弯头、管壁和管系形状，将热胀和冷缩所引起的长度变化通过弹性自行补偿。如：L型、Z型。人

5、工补偿是在管系中插入能吸收管道长度变化的补偿器，如波纹补偿器（此补偿器的优点是外形尺寸小，占地少；缺点是适用压力较低，补偿能力小，轴向推力大）。异形管系自然补偿的计算：（1）平面自然补偿管段短臂长度的计算1）L形直角弯自然补偿L形自然补偿管段如图1所示，其短臂长度l按公式4计算。ΔLDl=1.1（公式4）300式中：l——L形自然补偿短臂长度（m）；图1L形补偿管段ΔL——长臂L的热伸长量（mm）；D——管道的外径（mm）；计算示例：已知：蒸汽管管径φ108mm×4mm，蒸汽温度220℃，管道设计安装温度为20℃，直角弯头长臂L

6、=25m。求：短臂最小长度l。2解：采用公式4计算：-3由公式1计算ΔL，α查附表1（10钢220℃）得12.64×10mm/(m．℃)。ΔL=Lα〈t−t〉=25×.001264×(220−20)=63mm21ΔLD63×108l=1.1=1.1=2.5m3003002）Z形折角弯自然补偿Z形自然补偿管段如图2所示，其短臂长度l按公式5计算。1⎡6ΔLED⎤2l=⎢7[]⎥（公式5）10σ()1+2.1n⎣bW⎦式中：l——Z形自然补偿短臂长度（m）；ΔL——（L1+L2）的总热伸长量（mm）；E——管材的弹性模量（MPa），

7、见附表1；在常温状态下对碳素钢、不锈钢取52×10MPa；D——管道的外径（mm）；[σbW]——弯曲应力（MPa），采用[σbW]≤80MPa；L+L12n——等于，且L1

8、0=37.92mm12L1+L26+9n===5.2L6111⎡6ΔLED⎤2⎡6×37.92×.183×105×219⎤2l=⎢7[]()⎥=⎢7()⎥=8.1m⎣10σbW1+2.1n⎦⎣10×70×1+2.1×5.2⎦（2）空间自然补偿管段的近似验算空间立