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摘要：热胀冷缩是物体的热力物理性质，物体如在外界约束下蓄积应力，不采取适当的补偿措施或补偿措施不当，产生的应力是十分可观的，产生的后果也将是十分严重的。热水及中央空调系统管道内介质是有温度的，介质、管道随介质温度的变化而热胀冷缩，同时当管道穿越建筑物伸缩缝时也应考虑建筑物的相对位移对管道的挤、拉、扭的影响，因此在系统设计和施工中应采取有效措施加以消除，确保系统正常运行。热水及中央空调系统中常采用安装膨胀水箱和选择恰当的补偿器。
关键词：热水；空调系统；补偿装置
膨胀水箱常用3~4mm钢板焊制，有方形和圆形二种。膨胀水箱设有多根接管：膨胀管——管箍焊于箱底，与内底平；信号管——管箍焊于箱壁与循环管同侧、同高，中心相距200mm；溢流管——管箍焊于箱测距箱盖100mm；给水管一一管箍焊于箱壁与溢流管同侧，中心相距150mm，距箱底100mm；排污管一一管箍焊于箱底与内底平，距箱壁100mm。
膨胀水箱的安装位置设于系统的最高点，膨胀管接在系统的回水管上。膨胀水箱的信号管接至机房，当系统充水时，打开信号管上的泄水阀以便知道管内是否有水，从而掌握膨胀水箱的水位情况。
膨胀水箱配有补水箱的，膨胀水箱的给水管与补水箱的出水管用止回阀连通，自动补水。水箱的补水常采用浮球阀补水。在膨胀水箱内装一只浮球阀，随着水位的升降，通过浮球的沉浮借助杠杆的作用，驱动浮球阀补水。
膨胀管与溢流管上不允许安装阀门。如膨胀管上装了阀门，万一阀门关闭，系统中的介质温度变化，介质体积变化，压力也会变化，导致系统设备破坏或运行不正常。如溢流管上装了阀门，一旦阀门关闭，水箱水满后就将从箱盖的缝隙中流出来。
热水及空调系统运行时，水不断地加热，体积随之膨胀，膨胀水箱就发生十分重要的作用。系统中水随热胀冷缩而体积变化，水加热体积膨胀，多余的膨胀水可以暂时储蓄在膨胀水箱内，当水温下降体积收缩时，水就自然地流入系统中作补充，保持系统正常运行。膨胀水箱设在系统的最高处且与大气畅通，系统中的空气上升到膨胀水箱后排入大气中去，排出系统中的空气。控制静水压力，保证系统水不被汽化。
膨胀水箱的有效体积应满足系统中介质的容量在运行中热胀冷缩的需要。其计算式为：
式中V—膨胀水箱有效容积、α—系统中介质的膨胀系数、△t—系统中介质温波动范围、Vc一系统的总介质容量。
为保证管道能随着管内介质的温度变化而稳定和安全工作．减轻管道由于热胀冷缩所产生的较大应力，系统管道适当位置必须设置补偿装置，吸收管线由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化。
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管道工程中常用的补偿器主要有自然补偿器和人工补偿器。自然补偿器分L型、Z型、T型,人工补偿器分回折管型(方型、Ω型）、波形型、填料式及其它型式。
由于自然补偿器是在布置管道时自然形成的,既不多费材料，也不增加介质的流动阻力,因此应尽量利用自然补偿器。只有在自然补偿器不能满足要求时,才用人工补偿器。系统的运行补偿依靠管路弯曲的自然补偿作用是有局限性的,管路安装时必须每隔一定距离设置补偿器。
补偿器品种多,各有自身的优缺点。方型补偿器由四个90°弯头组成。Ω型补偿器由钢管煨制而成。波型补偿器用钢板制成,波数不宜过多。填料式补偿器有单向与双向式。方形伸缩器制作、安装应以下要求进行:
方形伸缩器最好采用一根管子煨制而成。如用2~3根管子焊接而成,焊点必须设在长臂的中点,严禁在补偿器顶部的突出臂上有焊縫。煨制时,四个弯曲角应在同一平面上,弯头角度必须是90°,长臂高度差应小于±10mm,两臂高度必须一致,顶部的突出臂长度差应小于±20mm。
方形伸缩器力求放在两固定支座的中点位置,固定支座与方形伸缩器的间距不得小于1/3的支座间距。设支座时必须考虑支管的位移。
伸缩器的坡度与坡向,与管道的坡度与坡向一致。竖向安装时,应在伸缩器顶部的凸出臂上安装放气阀,在两臂下弦最低点安装放水阀。
伸缩器两侧面的第一个导向支架距伸缩器弯头弯曲起点0.5~1米为宜。邻近伸缩器的支吊架,应向管道热膨胀方向相反的一侧移动一个距离△L,△L为管道的热伸长量。
为了减轻伸缩器热膨胀所产生的压缩应力,必须将伸缩器进行冷拉,将两臂拉伸其补偿量的一半长度。
波形补偿器安装应使补偿器的导管与外壳焊接一端朝向坡度的上方,切勿倒置,防止冷凝水大量流到波形底槽里。波形补偿器的预拉预压应根据补偿中点温度来定位。在环境温度等于补偿点温度时安装,可不进行预拉预压。当安装环境温度低于中点温度,则预先冷拉。温度高于补偿中点温度时，则预先冷压。拉伸或压缩时用力要慢慢增加,以保证各波节面受力均匀。
填料涵式伸缩器亦称套管式伸缩器,安装时应在直线管道上,管道两侧需安装固定支架，以保证管道自由伸缩。其安装时应沿着管道中心线，不得偏斜，否则就可能造成伸缩器外壳和导管咬住而扭坏。
导管与外壳内底之间剩余的可伸长度按下式计算:
其中：
△—导管与外壳间剩余的可伸缩长度；
△1伸缩器最大补偿量；
t1室外最低训算温度；
t2安装时环境温度；
t3管内介质的最高温度；
填料为机油浸过的渗有石墨粉的石棉盘根，盘根的厚度应小于伸缩器导管与外壳之间的间隔，且接口应错开。伸缩器的承口应与管内介质的流向成反方向。
管道因介质温度或环境温度变化引起的纵向伸缩长度应按下列公式确定：
式中△L——管道伸缩长度（mm）；
L——计算补偿管段管线（所需补偿管道固定支座间的距离）长度（mm）；
α一一线膨胀系数(mm／m?℃，钢材一般取0.012mm／m?℃）；
△t一一管道计算温差（介质温度-安装时环境温度）（℃），热水管按管道内水温最大温差变化值计算。
管道计算管段两端应设置固定支架。固定支承间应设补偿措施。直线管段宜设伸缩节、环形或II型补偿，环形或II形补偿顶端应设支架。转弯管段应采取自由臂补偿。
由于系统管道为刚性连接，并由支架、吊架固定在沉降缝和伸缩缝、变形缝两边的建筑结构上，当建筑物出现沉降和伸缩时，将使穿越沉降缝和伸缩缝的系统管道扭曲、变形，如果沉降幅度过大，可能会折断管道，从而是导致漏水。解决此问题的办法是，在系统管道穿越沉降缝和伸缩缝处设置可曲挠橡胶接头或耐压金属软管，在曲挠橡胶接头或耐压金属软管两旁支架、吊架应分别固定在沉降缝和伸缩缝、变形缝两边的建筑结构上。
补偿器在管网中应用广泛，如果管网应用布置不当，会引起整个管系的破坏，甚至酿成恶性事故。补偿器不能承受扭力、振动，对固定支架产生压力推力，造成固定支架推力大，要求设计严密，施工安装精度高，否则施工与运行期间容易发生事故。
为了确保工程施工质量，系统安全稳定地运行，施工人员必须严格按照设计图纸和图纸会审纪要施工，不能贪图施工方便而任意更改，严禁用补偿器变形的方法来调整管道的安装偏差。水压试验时，应对装有补偿器管路端部固定管架进行加固，使管路不发生移动。冷热媒系统往往采用木托型支架，设计又没有具体说明固定支架设置于管段的哪一点，作业人员以木托型支架替代固定支架，水压试验时，在管道介质压力作用下拉坏补偿器。特别在介质温差相差很大的系统工程中，如任意更改管道走向、不按产品说明安装设备等，管道中将会产生破坏性的应力，严重的会产生大面积的渗漏水甚至破坏设备，给业主的工作、生活带来麻烦，造成严重的经济损失。
因此，热水及空调系统施工要严格按图采取补偿措施，确保工程的优质完美，让业主称心满意。
参考文献：
[1]张佩东, 常虹. 空调采暖热水管道固定支架与热补偿的设计[J]. 中国西部科技, 2014(5):30-30.
论文作者:陈翼,周涛
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/29
标签：伸缩器论文; 管道论文; 水箱论文; 补偿器论文; 介质论文; 系统论文; 支架论文; 《建筑学研究前沿》2017年第20期论文;