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沟槽管道连接系统是适应暖通空调系统中热膨胀和收缩的一种方法。唯特利的LarryThau解释了该技术的设计优势和机械优势
在建筑服务系统中有效适应热膨胀和收缩的关键是允许管道的可预测、受控移动。这可以通过多种方式完成，具体方法的选择取决于工程师、管道系统的类型和项目参数。
这种运动的适应不足会导致管道系统承受过大压力而导致的业务风险，包括：破裂和泄漏的发生率增加;锅炉、冷水机组、阀门和其他设备和部件的压力增加;以及增加停机时间和人工费用。沟槽管道连接系统是适应热膨胀和收缩的一种方式。它减少了管道系统的压力，与其他管道连接方法（如焊接或翻边）相比，它提供了一种更紧凑、更易于检查和高效的安装方法。此外，通过开槽方法，所有密封元件都组合在一个金属外壳内。
管道应力
热瞬变可能会对管道系统施加应力，因为管道在加热时会增长，在冷却时会收缩。所有材料，包括管道，都会因温度及其膨胀系数的变化而发生尺寸变化。这通常发生在管道的方向变化时。
“弯曲”也可能在长而直的管道运行的中点发展，从而对管道系统和设备产生应力。
当系统受到温度变化时，它可能会同时经历水平运动、垂直运动和角偏转。
管道系统上的其他应变因管道是垂直还是水平而异。
对于水平管道，主要障碍通常是管道长度和转弯周围的空间限制。对于垂直管道，考虑因素是不同的，并且应涉及施加在管道底部的压力和载荷的动态、静态和标高扬程计算。
碳钢管每1米的温度变化，每5米的温度变化，就会以10.10毫米的速度经历热膨胀或收缩。这使管道处于应力状态，对组件或设备具有潜在的破坏性反作用力。
在这种热尺寸变化过程中产生的力通常很大，必须适应和控制运动，以防止这些应力在整个管道系统中传递。
沟槽解决方案
沟槽机械联轴器通过组件的设计在管道中移动。联轴器键的尺寸比管道中的凹槽窄，为联轴器键在管槽中移动留出空间。
此外，联轴器外壳的宽度允许管端分离。这为受控的线性和角度运动留下了空间。机械联轴器仍然是自约束接头，独特的压力响应设计即使在挠曲和管道运动的情况下也能确保密封。（参见面板，“什么是沟槽管接头”。
沟槽式机械联轴器是焊接U形膨胀环、焊接偏移、膨胀节和橡胶波纹管的替代品。这些联轴器安装起来更容易、更快捷，并且可以在联轴器的设计能力范围内适应移动。
尽管如此，这还是在产品的“自由运动范围”内进行的。因此，由热膨胀和收缩引起的管道系统运动可以在较小的空间内容纳，对组件的应力很小。
在凹槽系统中适应热管运动有四种常用方法：
使用带沟槽的机械管道部件提供膨胀节允许系统“自由浮动”使用柔性沟槽联轴器的线性运动/偏转能力使用带沟槽的机械部件创建膨胀环。选择的方法取决于系统类型、项目范围和工程师的偏好。使用伸缩缝
伸缩缝是可以轴向压缩或膨胀的装置，通常是适应热运动的最昂贵的替代方案。法兰插入系统的焊接膨胀节需要定期维护。更具成本效益的膨胀节使用带沟槽的机械接头和带有柔性接头的特殊沟槽短管接头放置在长直管中-这些是预先设置的，以允许所需的收缩和/或膨胀量。
图1：确保将运动引导到设备中且不会经历横向运动的设计
轴向运动可以通过简单地添加或移除联轴器来调节。当安装一系列弹性联轴器时，由此产生的沟槽膨胀节将通过减少系统中的振动和应力来进一步保护设备。
无论是使用专用膨胀节还是带沟槽的膨胀节，都必须正确引导相邻的管道（如图1所示），以确保运动直接进入设备并且没有横向运动。
带沟槽的伸缩缝可用作柔性连接器;但是，它们不会同时提供完全膨胀和完全偏转。水平安装的伸缩缝需要独立的支撑以防止偏转，这将减少可用的膨胀。
用于线性运动和偏转的柔性沟槽联轴器
沟槽式机械联轴器是焊接U形膨胀环、焊接偏移、膨胀节和橡胶波纹管的替代品。与自由浮动系统相关联，柔性联轴器用于管道系统，以适应管道热增长-无需任何额外的组件或管道配置。
柔性沟槽式联轴器允许在接头处发生角度灵活性和旋转运动。这些功能在安装和工程管道系统方面具有优势，但在确定吊架和支撑间距时必须加以考虑。
如图3所示，很明显，该系统需要额外的吊架-或使用刚性联轴器-以消除可能发生的管道下垂。
必须根据关节处发生的角度和旋转运动来考虑吊架位置。
弹性联轴器可以允许线性运动，因此必须考虑压力推力。考虑到这将允许管端在联轴器允许的最大范围内移动-如果接头安装时完全压缩或在加压时仅部分打开，这将在系统末端累积。
通过在方向变化时使用柔性联轴器，并通过正确放置的锚和导轨将运动引向方向变化，通过连接方法本身来适应运动。与焊接膨胀环不同，这种方法在系统中也很少或没有产生额外的应力。
一系列柔性机械联轴器
弹性联轴器也可以严格用于其轴向运动能力。在这种情况下，直线管路锚固在两端，管道每隔一段长度被引导。每个柔性接头在安装时都预先密封-全气隙或全封闭/对接-以确保有足够的联轴器来适应预期的膨胀和/或收缩。
柔性沟槽式联轴器允许在接头处发生角度灵活性和旋转运动。为了确定要使用的适当数量的联轴器，设计人员必须考虑系统的长度和尺寸以及最高和最低工作温度来计算管道系统线性长度的变化。
图3：由于灵活性而下垂
图2：柔性沟槽管接头处可用的角挠度有助于简化和加快安装
在需要完全线性运动的情况下，可以使用带沟槽的伸缩缝，但完全偏转的关节不能再提供线性运动。部分偏转的关节将实现部分线性运动。
标准切割槽管将允许相同尺寸的标准滚槽管的两倍膨胀和收缩或偏转能力。
当考虑使用沟槽机械接头的偏移时，后者必须能够充分偏转以防止接头处的有害弯曲运动。
如果管道由于热变化而膨胀，那么管道末端将进一步增长。
弹性联轴器不能自动使管道膨胀或收缩。设计人员应始终考虑管端间隙的最佳设置。
在锚定系统中，必须设置间隙以处理膨胀和收缩的组合。在自由浮动系统中，必须使用足够长度的偏移来适应运动，而不会使接头过度偏转。
沟槽机械方法可以提供一种有效的方法来适应任何管道系统上的过大应力。它消除了由于热膨胀而导致的破裂和泄漏事件，减少了设备的维护需求，并简化了调试过程。
作者简介
LarryThau是唯特利的执行副总裁兼首席技术官
