管道系统的热胀冷缩及其控制方法

2005年02月03日　技术部

由于温度变化，引起管道系统热胀与冷缩，即管道沿轴向伸长或收缩，从而将引起管道膨胀或收缩，管道变形。如果管道系统在热胀冷缩时不能自由伸缩，产生的内应力超过屈服强度甚至抗拉强度，管道系统将遭到破坏。这个问题是设计和安装管道工程中必须充分重视和考虑的问题。这些设计参数和控制管道热胀与冷缩的方法应当写入施工、安装说明中。

管道的轴向变形及线膨胀系数：自由的管道，因温差会引起轴向变形，即轴向伸长或收缩。其变形量可用下式计算：△L=α△TL，式中α - 线膨胀系数，m/( m.℃ ) 或 mm/( m.℃ )。α是表示材料性质的物理量，是单位温度、单位米长变形量，也可以说，它是温差变化1℃，其长度增长量与原长度的比值；

L - 自由管段长度，m；

△T——计算温度，℃。可按正式计算：△T=0.65△ts + 0.10△tg

△ts——管道内水的最大变化温差，℃；

△tg——管道外环境温度最大变化温差，℃。

各种塑料管材的线膨胀系数见表：(导热系数：w/m.k；线膨胀系数：mm/m.℃)

主要塑料管道性能汇总表

由于PP-R管材与金属管材相比，线膨胀系数较大，为0.14-0.18mm/m.℃，在实际安装中普遍存在的热胀冷缩现象，尤其在用于热水管道中，管材变形十分明显，为克服PP-R管材因热胀冷缩而引起的变形，在安装时应采取补偿措施。现普遍采用的是在PP-R管道上加“L”或“Z”自由臂或“U”字型补偿回路进行补偿；或者安装金属管扎强制补偿。但在有些应用场合，因安装位置所限或没有足够的安装空间，导致无法安装补偿回路。

线膨胀系数（m/m.℃），膨胀力和敷设方式：塑料管的线性膨胀系数比金属的线性膨胀系数大得多，其线性变形主要表现在管道轴向方向上的膨胀延长和水平方向上的弯曲，其膨胀量与温差成正比，故对于明装或非埋设型暗装，当直线距离大于20m时，应考虑采用伸缩节或折角自然补偿方式，这是塑料管与金属管的一个重要的差异。在设计及施工安装时应予以充分重视，塑料管的线性膨胀系数是金属管的几至十几倍，但其膨胀力却只有金属管的几十分之一。对于卫生间或是室内地板内暗埋敷设的支管，由于受水泥砂浆的磨擦阻力，塑料管线性膨胀会受约束而蠕变为向变化，而不至于使外敷水泥崩裂，故配水支管可传统方式埋设或适当留一定管槽空间。复合管由于材料的膨胀受到金属的约束，线膨胀系数大大降低，但如果金属部分和塑料材料之间接合不紧密，会由于热胀冷缩不均而产生剥落和分层现象，从而影响复合管的整体性能，降低其强度和承压能力，这也是复合管制造工艺需要注意的问题。

第三代高级纯铜PP-R管属新一代绿色环保型给水管道。其管道外层材料采用PP-R塑料，内层采用独特的TP2纯铜管，具杀菌功能，使产品更卫生，夹层采用具有抗铜塑料老化的良好粘接性、化学稳定性、强韧性的专用热熔胶，经挤塑机一步法复合成型工艺制造而成，将金属铜管与PP-R塑料两者的特性优点有机地结构组合，三者为一次性热熔粘结挤出覆合成一体结构，不但采用了简便安全的PPR热熔技术，还具有铜管小的热胀冷缩，管材变形小的优点。

作者：周宝茂