【導(dǎo)讀】Theratio. 4000.PipeNetworks. encoun

　　

【正文】 任何干擾都會使其它又變?yōu)橐话愕奈闪?。在直徑一定的直管中，如果雷諾數(shù)超過4000 那么流體就有可能變?yōu)槲闪鳌? 管網(wǎng) 平行復(fù)合管道的延伸是市政分配系統(tǒng)中常見的一種情況，在這種情況下管道相互連接，使得通向某一出口的流體可以來自不同的路徑。的確，通過觀察往往很難說清 楚流體將流經(jīng)哪一個管路。但是，不管管網(wǎng)有多復(fù)雜，其中的流體都必須確保連續(xù)性與能量的基礎(chǔ)關(guān)系。如下所述： 1． 流入接合處的流體必須與流出的等量； 2． 在每根管中的流體都必須滿足流體在單管中的管道摩擦定律； 3． 在任何閉合回路中，水頭損失的代數(shù)和必須為 0。 管網(wǎng)一般來講由于太過復(fù)雜而難以分析解決，但在簡單一些的情況下是可以 的，例如平行管。 Cross 介紹了一種實用的程序，采用的是連續(xù)性近似法。它由以下的原理組成，包括： 1． 通過仔細(xì)的觀察采取最合理的流體分配方案以滿足條件 1； 2． 對每根管道以方程 hL = KQn 來判斷是否滿足條 件 2，式中 K 是每根管的特性 常數(shù)。例如，標(biāo)準(zhǔn)管道摩擦方程中的 K = 1/C2 以及 n = 2。任何環(huán)路中較小的沿程水頭損失可能是包括的，但局部水頭損失可以忽略不計。 3． 為了研究條件 3，計算每個基本環(huán)路中水頭損失的代數(shù)和。 ∑ hL = ∑ KQn。假 設(shè)順時針方向流動的損失為正，逆時針的則為負(fù)，那么在第一次試驗中，它們的和只有在非常幸運的情況下才會為零。 4． 通過一個修正值 ΔQ來調(diào)整每條環(huán)路中的流體，使該管路中的水頭平衡，并 給出 ∑ KQn = 0。這個方法的核心取決于 ΔQ的確定。對于任何管道我們有： Q = Q0 ＋ ΔQ 式中 Q 是準(zhǔn)確的流量而 Q0 是假定的流量。那么，對于一個環(huán)路而言： 0100 / Qhn hQKn QKQLLn n ? ?? ?? ???? ? () 必須再次強調(diào)的是方程 ()的分子和分母都是采用了適當(dāng)?shù)挠嬎惴柎_定的。方程 ()中的負(fù)號表明，當(dāng)順時針方向的環(huán)路上有過量的水頭損失時， ΔQ必須從順時針方向的 Q0 中減去，并增加到逆時針方向上去。如果順時針方向的環(huán)路上水頭損失不足時，情況正好相反。 5．在每條環(huán)路都給予了一個最初的修正值后，由于環(huán)路之間的相互影響，損失仍不平衡（一些兩條環(huán)路共有的 管道就有兩個單獨的修正值，每個值對應(yīng)一條環(huán)路）。重復(fù)這樣的程序，獲得第二個修正值，乃至第三、第四個等等，直到修正值可以忽略不計。 方程 ()的兩種形式都可以用來找出 ΔQ。由于 K 值同時出現(xiàn)在第一種形式的分子和分母上，相應(yīng)實際的 K 值就可以用來確定分配量。結(jié)合水管的管道摩擦力圖表，第二種方程形式使用起來最簡便。 近似法最吸引人的一個特點就是計算上的誤差與判斷誤差有相同的效果，而最終它們會在過程中被加以改正。 管網(wǎng)問題非常適合于采用計算機來解決。編制程序需花費大量的時間和精力，但是一旦完成，就有很大的機動靈活性 ，許多耗人費時的勞動就可省去。 更高壓力下塑料管道的前景 美國煤氣協(xié)會 AGA 的一個針對塑料管道的專案小組的成員討論了在較高壓力下使用聚乙烯輸氣管的的可能性。討論的主題包括有設(shè)計方程（其中包括國際科學(xué)組織 ISO 在更新版本上完成的工作），以及對 PE管樹脂上裂縫快速擴展的評估。這一點非常重要，因為當(dāng)管道在較高壓力下使用、而管徑更大的情況下，鋼筋混凝土管的可能性增加了。 若干年以前， AGA 的塑料管道設(shè)計任務(wù)小組檢查了設(shè)計方程，以確定是否能在塑料管道系統(tǒng)中使用更高的工作壓力。小組成員認(rèn)為管道樹脂的性能并沒有 通過設(shè)計方程反映出來。一般認(rèn)為新的樹脂塑管在耐用性上遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過過去的樹脂塑管，因此主要考慮的問題是新方程的發(fā)展以及合適的設(shè)計要素的選擇。 改良的管道性能 許多設(shè)備用來監(jiān)測塑料管道樹脂的性能。在這里講述一下一些針對典型的輸氣管道樹脂進行過的耐久性測試，以及幾種性能上的變化。 溫升爆裂測試 他們使用像溫升爆裂測試之類的測試。在這一測試中管系的耐久性能通過高溫和高壓下管壁形成脆裂所需的時間來校核（通常是 80攝氏度和 45MPa 的環(huán)壓下）。在供應(yīng)燃?xì)鈺r我們希望老的樹脂塑管在 80 攝氏度、 3MPa 的環(huán)壓下至少可以 堅持使用 170 個小時。推斷表明通過了這些極限的樹脂預(yù)期其壽命應(yīng)該能超過 50 年。裝運時對這些樹脂塑管質(zhì)量檢測，有時會由于沒有達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)而對該產(chǎn)品拒絕使用。 在相同溫度條件下，今天的樹脂塑管在 環(huán)壓下可持續(xù)使用數(shù)千小時。測試表明用新樹脂制造的管道可使用超過 5700 小時而沒有任何損壞。這些結(jié)果是在臨測試前檢出的（樹脂）抽樣得出的。這種壓力從未在早期的測試中使用過。根據(jù)工作條件推斷，測試性能上的區(qū)別與數(shù)百年的壽命增長是相等的（某些情況下甚至是數(shù)千年）。 環(huán)壓下的防裂測試 也有些公司進行了環(huán)壓下的防裂 測試，用來測量管道中脆裂的形成，并加大了壓力來減短測試的時間。 這個試驗表明了在防止脆裂上的驚人的改進。例如，在我的公司里對于我們的早期樹脂塑管進行試驗需要 20小時以上的時間和 50攝氏度的溫度。而現(xiàn)在的樹脂塑管能夠良好地持續(xù) 1000 小時以上而沒有損壞。 槽口測試 可以快速進行的槽口測試，用來測量帶有槽口的管道或?qū)ｉT澆鑄的試驗管中脆裂的形成。這對新的樹脂塑管非常重要，因為其他的試驗需要很長的時間才能使管道發(fā)生損壞。槽口測試的結(jié)果說明早期的樹脂塑管持續(xù)的試驗時間在 1000 到 10000 分鐘之間，而現(xiàn)在的樹脂塑 管則通?？沙掷m(xù)超過 202100 分鐘。 我們所有的試驗證實了相同的結(jié)果。更新的樹脂塑管比起它們的前輩，對脆裂的防止有著更好的效果。由于認(rèn)為脆裂是聚乙烯管道中結(jié)構(gòu)的最終損壞，因此我們知道新的材料比起舊的來能夠持續(xù)使用更久。這對于燃?xì)夤I(yè)特別可靠，因為許多這些舊的樹脂塑管在過去的25 年時間里表現(xiàn)得非常好，而它們的性能只在最小范圍內(nèi)進行了些改變。 測試表明了管道性能很大的改進，過去用來建立管道壓力等級的方程式仍然與原有的相同，除了 1978 年對于一個針對所有等級的設(shè)計因素的改變。 從許多方面來看，如今將管道按壓力進行 分級是非常保守的，因此也就需要一個新的設(shè)計方程式?，F(xiàn)在我們知道，國際科學(xué)組織正在選舉一個新的方程式。方程所采用的是通過分析相關(guān)數(shù)據(jù)資料，從技術(shù)上而言更為準(zhǔn)確的方法，能夠給出許多的優(yōu)勢。 管道熱膨脹及其補償 一個極其值得注意的事實是，管子的長度與截面積隨著溫度的升降而增減，這是因為管材本身具有熱膨脹系數(shù)。碳鋼的膨脹系數(shù)為?C，銅為 ?C。它們的彈性模數(shù)分別是：鋼為 E＝ 207 106kN/m2，銅為 E＝ 103 106kN/m2。例如：假設(shè)輸水管的基本溫度為 0?C，任 何直徑的鋼管和銅管在加熱到 120?C時，各自長度每米線性膨脹量分別為 和 。而鋼管的單位軸向力要比鋼管大 39％。管子直徑的變化與軸向伸長相比無實際意義，但由于膨脹或收縮而產(chǎn)生的軸向力是可觀的，且能使施加約束力的附件斷裂，這種力的大小與管子的尺寸有關(guān)。例如：有兩條長度相等而直徑不等的直管，在兩端固定位，加溫升到 100?C，對固定點作用的軸向力的總量近似地與各自直徑成比例。 重要的是，在管道布線的設(shè)計，要以降低軸線應(yīng)力的方法為這種熱的作用提供充分的補償措施，這種應(yīng)力是與固定點之間的管長度與工 作溫度范圍直接相關(guān)的。 熱膨脹力的補償，就膨脹問題而言，理想的管網(wǎng)應(yīng)可能有最大限度的自由移動并且伴隨有約束力的最小限度。所以，保障補償和卸掉力的最簡單和最經(jīng)濟的方法，就是利用管線方向的改變。如果有些地方直行的管道很長，且無方向改變的布線，則在適當(dāng)間距內(nèi)采用預(yù)先準(zhǔn)備好的折線形變向補償，這也是可行的。 另一種做法是，在直行管線上的計算間距內(nèi)安裝上特別設(shè)計的膨脹環(huán)管或“ U”型彎。根據(jù)設(shè)計和可利用空間，在直管段上加膨脹彎頭，它具有所謂雙補償“ U”型彎頭或是馬蹄型或“豎琴”環(huán)的特點。最后幾種名稱的補償器很少用于大型供 熱管網(wǎng)，它們可作為制造廠標(biāo)準(zhǔn)部件供應(yīng)，在地下安裝時需要完善的結(jié)構(gòu)工程。 地下管道的固定的熱位移量在正常的情況下可以被三種形式的膨脹彎所吸收，這就是：“ U”型彎、“ L”型彎和“ Z”型彎。在管子90? 轉(zhuǎn)向的情況下常用“ L”和“ Z”型彎。有關(guān)設(shè)計固定點之間熱膨脹預(yù)防措施的原則，實際上對這三種補償器都是一樣的?！?U”型彎補償器通常是由 4 個 90? 的彎頭和直管構(gòu)成的，它容許有良好的熱位移，且固定的荷載比其他形狀的環(huán)管要小。這種形狀的膨脹彎對于預(yù)制的管中管系統(tǒng)來說是一個標(biāo)準(zhǔn)化模式。 所有熱補償器的安裝都是為了調(diào)節(jié)等量 的膨脹和收縮。因此，為了獲得補償器位移長度的充分利用，必須在安裝時將補償器環(huán)張開，使伸開量大約等于總計算熱位移置的一半。這一工藝可以用“冷拉”或是其他機械手?jǐn)嗤瓿?。兩個固定點之間總伸長量的計算要以常年周圍溫度和設(shè)計運行溫度為基礎(chǔ)進行，使得在較低和較高溫度時的應(yīng)力和反力可控制在允許的極限以內(nèi)。預(yù)加應(yīng)力不影響管道的疲勞壽命，因此，在計算管網(wǎng)應(yīng)力時不起重要作用。 有大量闡述管道設(shè)計和應(yīng)力計算的專門出版物，一些是特別針對有專利的配管和膨脹節(jié)。以綜合經(jīng)驗為背景的設(shè)計數(shù)據(jù)以及各種圖表，都可以從生產(chǎn)廠家的出版物上獲得，提 供各類管子應(yīng)力問題的解決方法。 取代上述熱膨脹補償方法并可用于空間有限地方的補償器是更加昂貴的波紋管或套管式機械型補償器。市場上有許多種有專利的型號和樣品，下列幾種型號較為常用：以軸向補償器為形式的波紋管型膨脹節(jié)，為管子沿著軸線方向膨脹移動提供了保證，波紋管內(nèi)在的移動僅僅是由拉伸和壓縮產(chǎn)生的。還有一種鉸接式波紋管補償器，它可以把角運動和橫向運動組合起來。鉸接式補償器是由兩個補償單元組成的，由越過每個波紋管的中線銷住的定位夾板約束，或者是同樣沿長度方向受約束的拉緊的一對波紋管。這樣的補償器適用于接納很大的管道 膨脹量，適合于有角度和橫向位移的組合情況。