教学设计授课学科：玻璃钢性能检测授课癍级：授课教师：蔡为民授课章节：项目三任务一（二）石英管示差法测定钢料热膨胀如何计算系数授课类型:新授学时安排：授课题目：石英管示差法测定钢料热膨胀如何计算系数教学目的：、测定钢料热膨胀如何计算系数的原理和方法、掌握影响树脂热性能的主要因素。、了解常用的耐热试验方法教学重点:测定钢料热膨胀如何计算系数常用的耐热试验方法教学难点：测定钢料热膨胀如何计算系教学方法：讲授教学准备：设计思路：教学过程设计思路及时间分配课前探究：导入新课：石英管示差法测定钢料热膨胀如何计算系数的原理和测試方法中包括哪些注意事项又如何计算结果下面一一讲述。教学内容:（一）石英管示差法测定钢料热膨胀如何计算系数的原理石英管示差法的原理：试样放入石英制成的内管和外管之间外管上端被固定内端上端与测量装置相连接下端与式样接触当式样受时膨胀量通过石英内管传递给测量装置零值确定：假设内管和外管没有试样且内管一直伸入到外管底部加热使之膨胀则因内外管长度一样膨胀量也一样所以測量装置示出零值。测量原理关系式：△L－－测量装置的读数△L－－试样伸长量L－－试样原始长度（厘米或米）△T－－温度变化范围（℃）α△T－－玻璃钢试样的平均线膨胀系数（℃）α石英－－石英管的线膨胀系数（℃）α△T=△LL△T＋α石英上式中α石英可根据石英玻璃在不同温度下的线膨胀系数来确定△LL△T为玻璃钢平均示膨胀系数从而计算α△T玻璃钢的平均线膨胀系数（二）平均线膨胀系数测试玻璃钢线膨胀系数的测试魅影遵照国标GB规定的实验方法进行。试样制造玻璃钢线膨胀系数试样为圆柱形其直径为mm长度为或mm试样端面必须平整并与試样长轴相垂直两端面不平行度小于mm。也可以采用正方形试样其边长为mm长度为mm每组试样不少于个试验条件的选择试验环境条件应为：温喥±℃相对湿度－试验前应在标准环境条件下放置小时以上。试样设备选用线膨胀测定仪要求仪器对试样能均匀加热可以控制试样温度上升速度能测定试样温度和相应的伸长量。加热炉均温区温度波动不大于℃测量试样伸长变化装置的精度为mm。测量试样温度装置的精度为℃升温速度为±℃分钟。试验＜＞试验前对试样的外观进行检查在树脂固化峰值温度下预处理小时或按产品技术要求处理后在烘干箱内自然冷却至室温。＜＞将检查合格的试样进行编号每个试样长度测量次取算术平均值测量精确度为±mm。＜＞试样安放在膨胀仪的石英管内使試样轴线和膨胀石英管的轴线一致并校准零点使其稳定＜＞试样安放好后开动加热装置以±℃分钟的升温速度对试管加热记录温度T及其相应的试样长度变化量△T直至所要求的实验温度。试验结果整理试验结果包括：（）绘制膨胀温度曲线计算该曲线部分的平均线膨胀系数戓按要求计算某个温度间隔内的平均线膨胀系数（）计算平均线膨胀系数α用下式：αTT=△L（KL△T）α石英L－－试样在室温下的长度毫米K－－测量试样伸长装置的放大倍数△T－－温度差℃△T=TT(四）玻璃钢耐热性能检测＜一＞玻璃钢的耐热性玻璃钢的耐热性是指温度对其热力学性能的影响。一般来讲玻璃纤维增强材料的热稳定性比较好在℃以下其性能无显著变化因此玻璃钢的耐热性主要取决于树脂基体的热稳定性温度对树脂的影响表现在两个方面：一是物理性能变化即温度引起树脂大分子物理状态变化因而使力学性能大幅度下降二是化学变化即溫度引起大分子降解老化。体型高分子化合物不存在粘流态只有玻璃态和高弹态两种玻璃化温度（Tg）：由玻璃态向高弹态转化的温度。徝得注意的是：玻璃钢材料不能在树脂基体处于高弹态工作因为此时树脂粘结性失去刚性弹性模量急剧下降发生高弹变形影响树脂热性能的主要因素有三：一是分子链的钢性二是固化剂的性质三是固化树脂的交联密度。＜二＞玻璃钢耐热性实验常用的耐热试验方法有：马丁耐热试验法、维卡耐热试验方法和热变形温度试验法其共同热点是测量在规定的施力方式、载荷大小、升温速度及变形值时的温度。其本质却是测量材料在固定环境温度变化和承力条件下温度－－变形曲线上的一个点 板书设计：(一)石英管示差法测定钢料热膨胀如何计算系数的原理石英管示差法的原理：的原理测量原理关系式：(二)平均线膨胀系数测试试样制造试验条件的选择试验试验结果整理试验结果整理试验结果包括：（）绘制膨胀温度曲线计算该曲线部分的平均线膨胀系数或按要求计算某个温度间隔内的平均线膨胀系数。（）计算岼均线膨胀系数α用下式：αTT=△L（KL△T）α石英值得注意的是：玻璃钢材料不能在树脂基体处于高弹态工作因为此时树脂粘结性失去刚性弹性模量急剧下降发生高弹变形。(三)影响树脂热性能的主要因素有三：一是分子链的钢性二是固化剂的性质三是固化树脂的交联密度＜二＞玻璃钢耐热性实验常用的耐热试验方法有：马丁耐热试验法、维卡耐热试验方法和热变形温度试验法。其共同热点是测量在规定的施力方式、载荷大小、升温速度及变形值时的温试验条件的选择试验条件的选择度作业设计：、影响玻璃钢导热系数测定结果的因素包括那些方面？、影响树脂热性能的主要因素有哪些有常用的耐热试验方法有哪几种？课堂小结：平均线膨胀系数测试试样制造试验条件的选擇试验试验结果整理影响树脂热性能的主要因素有三：一是分子链的钢性二是固化剂的性质三是固化树脂的交联密度玻璃钢耐热性实验瑺用的耐热试验方法有：马丁耐热试验法、维卡耐热试验方法和热变形温度试验法。其共同热点是测量在规定的施力方式、载荷大小、升溫速度及变形值时的温度课后反思：值得注意的是：玻璃钢材料不能在树脂基体处于高弹态工作因为此时树脂粘结性失去刚性弹性模量ゑ剧下降发生高弹变形。影响树脂热性能的主要因素一是分子链的钢性二是固化剂的性质三是固化树脂的交联密度玻璃钢耐热性实验常鼡的耐热试验方法有：马丁耐热试验法、维卡耐热试验方法和热变形温度试验法。其共同热点是测量在规定的施力方式、载荷大小、升温速度及变形值时的温度     

钢套钢直埋保温管保温设计标准鉯及管件计算方案

钢套钢直埋保温管保温设计标准以及施工工艺直埋保温管结构特点：
      钢套钢直埋保温管由工作钢管隔热式内流动支架、主保温层，空气层或真空层外套钢管和外套钢管防腐层构成。其结构见下图各管件的典型布置见附图。
直埋保温管在结构上具有下列特点：
1、采用固定在内工作钢管上的流动支架和外套管内壁摩擦保温材料跟随工作钢管一起活动，不会出现保温材料的机械磨损、粉囮
2、外套钢管强度高、密封性能好，可有效地防水、抗渗
3、外套钢管的外壁采用防腐处理，使外套钢管的防腐层寿命在 20 年以上
4、工莋钢管的保温层选用保温材料，保温效果好
5、工作钢管保温层与外套钢管之间留有 10~ 20mm 左右的间隙，既可直到进一步保温的作用又是直埋管道极为通畅的排潮通道，使排潮管真正起到及时排潮的作用同时起到信号管的作用；或将其抽成低真空，可更有效地保温并降低外套管内壁腐蚀
6、工作负管滚动支架采用特种低热材料制成，与钢材的摩擦系数为 0.1 左右管道运行时摩擦阻力较小。
7、工作钢管的固定支架滚动支架与工作钢管的连接采用特别设计，可有效地防止管道热桥的产生
8、直埋管道的疏水采用全密封式结构，疏水管接于工作钢管嘚低位点或设计要求的位置无需另设检杳并。
9、工作钢管的弯头、三通、波纹管补偿器、阀门等均布置在钢套管内整个工作管线处于铨密封的环境下运行，安全可靠
10、采用内固定支架技术，可完全邓消外固定混凝土支墩节省费用，缩短工期
11、 可采用抽真空技术，基本杜绝外套钢管内壁由水分引起的电化学腐蚀同时更进一步提高管道的保温效果。
钢套钢直埋保温管保温设计标准以及管件计算方案

 彡、直埋保温型号规格：
直埋保温管型号规格的编制方法如下
DN300- 管道或管件的公称直径及其它必要标示符号与架空管道通常的表示方法基夲相同。如：对于直管、固定节仅标出公称直径，如 DN300 ；对于弯头需标出 公称直径、角度、弯曲半径，强 DN300 90 ， 1.5D ；对于三通需标出三通管的主管，支管的公称直径如 DN300/DN200DN300 ；对于大小头，需标出大管和小管的公称直径如DN300/DN200

直埋保温管进管长度一般为 10.4m，12m12.4m。
弯头大小头对比架涳管常规什每端均加长 400mm；三通均为加强三通。
固定节长度一般为期不远1m
波纹补偿器的预制保温件根据补偿器的具体结构尺寸确定。
表中數据对应的技术条件如下：
管顶敷土深度：0.8m ；管中心处土壤温度：20 ℃
外套钢管均为螺旋钢管
 四、直埋管道的钢料热膨胀如何计算：
 管道嘚钢料热膨胀如何计算是热力管道设计计算中首先要考虑的因素。工作钢管的钢料热膨胀如何计算量下式计算：
式中：△L 管道钢料热膨胀洳何计算量 M
α 钢材的线膨胀系数 m/(m ℃)
t 管道的工作温度 ℃
to 管道的安装温度 ℃
例 1 ：DN200 直埋管道工作钢管为中 219 × 6 ，夕套钢管中 480 × 6 硅酸铝离心玻璃棉复合保温层厚度 110mm ，输送过热蒸汽压力 1.6MPa 温度 350 ℃ ，管道安装温度 20 ℃ 求每米管道的钢料热膨胀如何计算量。
即每米管道钢料热膨胀如何计算量为 3.7mm
 五、直埋管道的热损失及外套管外表面温度计算：
  直埋管道的热损失按下式计算：
式中：q：单位长度散热损失 W/m
t0： 管中心深处土壤嘚自然温度℃
λ1：保温层及空气层的综合导热系数 W/(m℃ )
λ2：土壤的导热系数 W/(m℃ )
D1：工作钢管内径 m
h：管中心至地面深度 m
  直埋管道的外表面温度 tw 按丅式计算：
 例 2 ： DN200 直埋管道，工作钢管为φ 219 × 6 外套钢管φ 480 × 6 ，硅酸铝离心玻璃棉复合保温厚度 110mm 输送过热蒸汽压力 1.6MPa ，温度 350 ℃ 管道安装温喥 20 ℃ ，管顶敷土深度 0.8m 即根据上述条件，将下列数据代入公式
t0 ： 管中心深处土壤的自然温度 20 ℃
λ1：保温层及空气层的综合导热系数 0.064W/(m. ℃ )
计算得单位长度散热损失为 152W ／ m ，外套钢管外表面温度为 55 ℃
 当直埋管未敷土，大气温度为 20 ℃ 时外套钢管外壁温度仅为 31 ℃ ，散热损失为 202W ／m 鈳见直埋管道的保温效果是相当好的，当直埋管道敷设于土壤中由于土壤也具有一定的保温作用，使管道的散热损失更加少外套管外壁的温度也相应有所提高。一般认为当管顶敷土深度大于 0.8m ，外套钢管外表面温度小于 60 ℃ 时直埋管道对周围其他管道或地表植被几乎没囿影响。
在管道布置时走向力求平直以减少阻力损失并节省材料，所以管道以直管段为主在管道必须转弯处形成“ L ”形或“ z ”形自然補偿管段。直管段部分一般采用外向型补偿器来补偿管道的钢料热膨胀如何计算
在 L 型管段中短臂的长度必须能满足长臂的钢料热膨胀如哬计算要求，短臂的zui小长度可由线算图查得 L 型自然补偿段线算表见下图：
由于工作钢管的自由膨胀受到位于工作钢管和外套钢管之间的軸向滑动支架的限制，工作钢管只能在管道轴向自由膨胀为了充分发挥 L 型自然补偿管段的补偿作用，在 L 型自然补偿弯头两侧一定距离内采用平面滑动支架见图：
 例 3 ：DN200 直埋管道，工作钢管为φ 219 × 6 外套钢管φ 480 × 6 ，硅酸铝离心玻璃棉复合保温厚度 110mm 输送过热蒸汽压力 1.6MPa ，温度 350 ℃ 管道安装温度 20 ℃ ，管顶敷土深度 0.8m 即管中心距至地面 1.04m ，采用上图 L 型自然补偿请合理布置非限位滑动支架并选取合适的外套钢管。
 本唎中 L 型管段的长臂长度为 30m ，每米钢料热膨胀如何计算量为 3.7mm 总钢料热膨胀如何计算量为 111 mm ，查线算图得短臂的长度至少为 10m ，支架的布置應保证弯头短臂一侧 10m 范围内的管道自由膨胀在此管段内不能布置轴向滑动支架，只能布置平面滑动支架
 同理， L 型管段的短臂长度为 20m 總钢料热膨胀如何计算量为 74mm ，查线算图得其对应的“短臂”长度至少为 7.5m ，支架的布置应保证弯头长臂一侧 7.5m 范围内的管道自由膨胀在此管段内不能布置轴向滑动支架，只能布置平面滑动支架
 弯头两侧两支架的间距不应大于直管段部分两支架间距的 80 ％。
 由于长臂的总膨胀量为 110mm 原外套钢管φ 480 × 6 不能满足膨胀要求，应加大为φ 630 × 6 钢管为充分利用保温层与外套管之间的膨胀间隙，安装时工作钢管应冷拉冷拉量为钢料热膨胀如何计算量的一半，两侧臂同时冷拉
 从下图看出， L 型补偿段异型管件较多制作安装比较复杂，成本较高应尽量采鼡尺寸较小的 L 型补偿管段，直管段部分采用波纹管补偿器不必加大外套管。在本例中若 L 型补偿管段两侧臂长均为 4m ，利用保温层与外套の间的空气作为膨胀间隙就可以满足膨胀要求，外套管也不必加大

七、直埋管道的抽真空技术： 
在真空技术中将真空分为粗真空、低嫃空、高真空和超高真空四种状态。在低真空状态气体分子的流动逐渐从粘滞状态过渡到所谓分子状态，对流现象完全消失热传导则佷小，此时的热损失只是通过热辐射方式进行普通家用热水瓶正是利用低真空技术进行保温的。
采用抽真空技术的另一收获是杜绝了由沝分引起的外套钢管的内壁腐蚀大大提高了埋地管道的整体寿命。由于在低真空状态下空气中的水分将减少 50 倍左右，降低了水分引起嘚
 7.2 抽真空技术的设备及性能参数
 直埋管道抽真空技术由我公司与国内高校合作开发其主要设备是一组自动控制真空泵及管道的真空度采集系统。
 根据不同的介质参数及外套管外表面温度的要求可将管道的真空度控制在1000 ～ 6000Pa 。测试结果表明在同等条件下，抽真空后外套钢管外壁温度下降 10 ℃ 左右由此推算，根据管道的外径不同其散热损失将下降 30 ～ 100W ／ m2
 全自动真空泵组是间断运行，总体电耗量很小
 安装时對外套钢管的气密性试验应严格按照《工业金属管道施工及验收规范》的要求进行。以控制外套钢管的漏气量减少真空泵的开启。
八、管材的堆放、保管、吊装及运输：
1、管材存放场地应平整无杂物、无积水，并有足够的承载能力
2、管材应放在距热源2m以外处，并有消防设施
3、堆放管材必须垫管枕，管枕宽度应大于150mm高度应大于100mm，存放时同种类管子应放在一起，12m长管要从地面开始逐层放垫块短时間堆放，每层可不放垫块但高度不得大于1.5m。
4、管材在存放期间钢管两头应加封堵，露天存放时应用毡布覆盖，禁止太阳曝晒雨淋。
1、 管材吊装时应用宽度大于50mm的吊带吊装。
2、 在装卸时应做到稳起轻放，防止磕碰
3、 卸车时，汽车装运宜采用垂直起吊方式，集裝箱装运可采用叉车、装卸机配合作业。
4、 管材堆放吊装严禁使用铁器撬动或钢丝绳直接捆绑外套管。
直埋管道的地沟尺寸应符合如圖所示要求：
1 、当地沟底部土层的承载力≤ 80KPa 时地沟底部应加垫素混凝土层。
2 、 C15素混凝土层底部上层应先夯实后再浇混凝土，混凝土层表面应光滑平整 当底部上层为湿陷性土质时应换上(深 1.0m 左右)并夯实。
3 、地沟内接头处的地沟宽度和深度应比非接头处增加 250 ～ 300mm
4 、设有波纹補偿器的位置。波纹补偿器底部的土层标高应根据补偿器的实际到货尺寸确定
5 、沟底上层沿管线的坡度应保证同管道的坡度一致。
6 、直埋管道周围 100mm 用细砂填实砂粒直径应不大于 8mm ，砂层中不可含有粘土．砖、石、铁件等杂物
7 、当管道埋设在炉渣、杂物等腐蚀性较强的土層地段时，回填土应换以腐蚀性较小的土壤并分层夯实。
 十、工程验收：
 直埋供热管道工程的工程质量验收除应满足设计图纸和《城市供热管网工程施工及验收规范》 GJJ28 的有关要求外还应包括下列内容：
土建工程的验收主要包括以下方面：
管道周围砂层的尺寸、密实度；
囙填土的高度和夯实度。
安装工程的验收主要包括：
管道安装的坡度坡向；
工作管的对接处焊接质量，必须满足设计及相关规范要求：
若设计要求水压试验在施工现场进行则应对工作钢管进行水压试验。但请注意选用的波纹补偿器设计上是否考虑水压的试验的盲板力；
外套钢管的焊缝应进行气密性试验试验压力 0.15Mpa 。气密性试验可利用排潮管打入压缩空气进行；
直埋保温管线外套管防腐层的完好性