大口径预制直埋供热管摩擦系数的研究

　　大口径预制直埋供热管摩擦系数的研究张建伟\王飞2，张贵成2，李海冬\樊敏\张旭鹏\刘晓敏1（1太原市热力公司，山西太原030024；2太原理工大学建筑与环境工程学院，山西太原030024）大口径直埋供热管和回填砂的摩擦系数及其变化规律。该结果可以作为集中供热管网直埋敷设设计中摩擦力、锚固段应力、弯管应力、固定支架推力、过渡段长度、补偿器补偿量等的设计计算依据。

　　12：A基金项目：太原理工大学与太原市热力公司横向课题（2001）。伟ir！6欠ckdfih西五台县人5高级工程师‘从事城市市供热工<程程管e理工1作。ghtsreserved，http://www.cnki.net自《城镇直埋供热管道工程技术规程》（以下简称技术规程）颁布实施以来，供热直埋管道设计有了依据。但是《技术规程》仅限于DN500以下管道设计使用，这是因为/编制规程所依据的试验数据只有DN500以下资料。本规程在强度计算，管道热伸长计算当中对负载作了处理，对小管径管道影响不大，但当管径逐渐增大以后，简化计算结果产生较大偏差，是不安全的。因此，规程界定为DN500“⑴。然而，供热管道工程设计管径已达DN1000，设计中只能《技术规程》中的规定，采取加大安全系数的措施，保证供热管道工程的安全性，客观上造成了工程投资的浪费。补充大口径预制直埋供热管直埋敷设时保温层保护外壳和回填料之间的摩擦系数，拓技术规程》的应用范围，完善大口径预制直埋供热管直埋敷设设计依据，从而提高大口径预制直埋供热管直埋敷设技术可靠性和经济合理性，特提出本课题。

　　1国内外摩擦系数实验方法发展过程自20世纪60年代中期，丹麦、芬兰等国家研制并使用聚氨脂泡沫塑料作为保温层、聚乙稀（或聚氯乙稀）外保护壳的预制直埋供热管，该管外壳和回填料的摩擦系数值是在砂箱试验台内测得的。

　　1974年，北京煤气热力工程设计院和有关单位开展了供热管道直埋敷设的实验研究工作，通过对DN500以下，浙青膨胀珍珠岩瓦作保温层、外护浙青玻璃布防水层的保温管道进行的大规模地坑试验，测得了保温管和回填料的摩擦系数等宝贵数据13，4.1988年哈尔滨建筑工程学院建立我国一个砂箱实验台，同年测试了哈尔滨供热管道厂和天津自来水公司等厂家生产的以聚氨脂泡沫塑料作为保温层、聚乙稀外保护壳的预制直埋供热管的摩擦系数。1993年，哈尔滨建筑大学和沈阳市热力工程设计院共同完成了建设部八五期间研究项目/热力管道直埋技术的完善与配套“的科研课题，在砂箱实验台上对国内3个厂家，42个试件的摩擦系数进行了测试。管径规格分别为DN65，DN150，DN300.上述实验方法有如下共同点：用机械力模拟热应力。整个试件要么静止要么移动，并非从活动段至固定段逐段发生位移。

　　在冷态下测得的摩擦系数，不能反映温度、压力的影响。

　　试件短，砂箱实验台测试件2米左右，地坑10米左右。因而测得的摩擦系数，不含保温外壳组对接口，保温管平直度，保温材料密度差异等影响。

　　摩擦系数计算模型均为擦系数；P为作用在试件轴向的机械推力，为试件的管顶埋深；D为试件保温外壳直径；P为砂箱中回填砂密度；L为砂箱中试件长度。

　　3试验方法简介3.1计算摩擦系数的数学模型为了保持大口径预制保温管的供热直埋设计方法和《技术规程》相吻合，大口径直埋预制供热管摩式（2）确定为本次实验摩擦系数的计算模型。

　　2.2按数学模型的边界条件进行工程设计从公式（2）的推导过程可知，被测管段的zui大安装长度，按下式计算。

　　3；Rt为管道内压引起的环向应力，MPa；At为按弹性分析法控制管道的zui大允许温升，经计算Atmax= 55°C；jpd为管道的计算压力；Di为管道的内径；D为管道的壁厚；L为估算的摩擦系数，取0. 6；P为回填砂密钢号为Q235，采用温度80°C的数据，经计算（过渡段的极限长度）被测管段的zui大安装长度取64m.针对边界条件2，测试温差还应当小于屈服温4结论预制直埋保温管和中砂的摩擦系数期望值为0.道浸泡在水中时除外。

　　其上限可作为工程设计中摩擦力计算的依据、直管段及弯管热应力计算的依据和固定支架推力计算的依据。其下限可作为工程设计中过渡段长度计算的依据、补偿器补偿量计算的依据。摩擦系数的期望值可作为驻点计算的依据和自然锚固点计算的依据。

　　发现zui大、zui小过渡段长度，以及相关的zui小摩擦系数。建议对《技术规程》中zui小摩擦系数、zui大过渡段长度等作为补偿器补偿量的计算依据有必要重新研究探讨。

　　本次实验虽然摩擦系数计算模型并非《技术规程》中摩擦力计算的反函数，但在分析中已引入该计算公式，所以保持了和《技术规程》的一致性。