淺談管道補償器的使用說明
由于工作介質(zhì)及環(huán)境溫度的變化導(dǎo)致管道長度發(fā)生變化，并產(chǎn)生拉（壓）應(yīng)力，當(dāng)超過管道本身的抗拉強度時，會使管道變形或破壞。為此，在管道局部架空地段應(yīng)設(shè)置補償器，即膨脹節(jié)。使由溫度變化而引起管道長度的伸縮加以調(diào)節(jié)得到補償
一、波紋膨脹節(jié)的形式
波紋管配備相應(yīng)的構(gòu)件，形成具有各種不同補償功能的波紋膨脹節(jié)。按補償形式分為軸向型、橫向型、角向型及壓力平衡型。
軸向型
普通軸向型、抗彎型、外壓型、直埋型、直管力平衡型、一次性直埋型。
橫向型
單向橫向型、萬向鉸鏈橫向型、大拉桿橫向型、小拉桿橫向型。
角向型
單向角向型、萬向角向型。
以上是基本分類，每類都具備共同的功能。在一些特定情況還可以有特殊功能，如耐腐蝕型、耐高溫型。按特定場合的不同，分為催化裂化裝置用、高爐煙道用。按用于不同介質(zhì)分為：熱風(fēng)用、煙氣用、蒸汽用等。
二、波紋膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)
1．軸向型波紋膨脹節(jié)
普通抽向型
是最基本的軸向膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)。其中支撐螺母和預(yù)拉桿的作用是支撐膨脹節(jié)達到最大額定拉伸長度和到現(xiàn)場安裝時調(diào)整安裝長度（冷緊）。如果補償量較大，可用兩節(jié)，甚至三節(jié)波紋管。使用多節(jié)時，要增加抗失穩(wěn)的導(dǎo)向限位桿。
抗彎型
增加了外抗彎套筒，使整體具有抗彎能力。這樣可以不受支座的設(shè)置必須受4D、14D的約束，支架的設(shè)置可以將這段按剛性管道考慮。
外壓型
這種結(jié)構(gòu)使波紋管外部受壓，內(nèi)部通大氣。外殼必須是密閉的容器，它的特點是：
1）波紋管受外壓不發(fā)生柱失穩(wěn)，可以用多波，實現(xiàn)大補償量。
2）波紋內(nèi)不含雜污物及水，停汽時冷凝水不存波紋內(nèi)可從排污閥排掉，不怕冷凍。
3）結(jié)構(gòu)稍改進也具有抗彎能力。
直埋型
它的外殼起到井的作用，把膨脹節(jié)保護起來．密封結(jié)構(gòu)防止土及水進入。實際產(chǎn)品分防土型和防土防水型。對膨脹節(jié)的特殊要求是必須與管道同壽命。
一次性直理型
它的使用是裝在管線上后整個管線加熱升溫到管線的設(shè)計溫度范圍的中間溫度，管線伸長，波紋管被壓縮，兩個套筒滑動靠近，然后把它們焊死，再由檢壓孔打壓檢驗焊縫不漏即可。它的特點是：
1）焊死后波紋管再不起作用，它的壽命一次就夠。
2）波紋管的設(shè)計壓力按施工加熱的壓力設(shè)計。材質(zhì)用普通碳鋼。
2．橫向型波紋膨脹節(jié)
單向橫向型
它只能在垂直于鉸鏈軸的平面內(nèi)彎曲變形。
萬向橫向型
它可以對不在一個平面內(nèi)的空間管道進行各方向的補償變形。
大拉桿橫向型
它屬于萬向橫向型，除了可以承受較大的橫向變形，還能吸收中間長接管的熱變形。如果不需要用拉桿平衡內(nèi)壓的推力，它還可以補償來自管線的軸向變形，即所謂“萬能膨脹節(jié)”。由干彎曲和軸向變形同時發(fā)生且軸向變形由兩個波紋管均擔(dān)，則要求它們的變形量要在膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)上給以限位，以便均勻分配各波紋管的變形量，使其各自的變形量都小超過額定值。
小拉桿橫向型
在需要由拉桿平衡內(nèi)壓推力時，它可以進行橫向和自身熱變形補償。如不需拉桿平衡內(nèi)壓推力，它可以承受軸向補償，這也是萬能膨脹節(jié)的一種。橫向膨脹節(jié)具有下列優(yōu)點：① 能進行大位移補償。② 內(nèi)壓引起的軸向力由自身的拉桿及鉸鏈平衡，使它的支架成為次固定支架，降低支架的造價。③ 拉桿橫向式還具有吸收軸向變形的能力，在變形較復(fù)雜的管線上可以發(fā)揮它的作用。④ 它更大的優(yōu)點是由子在結(jié)構(gòu)上受拉桿及鉸鏈的保護，對管道的安裝誤差甚至事故不像軸向膨脹節(jié)那樣敏感，有時即使有管道事故也不致?lián)p壞膨脹節(jié)。在管系設(shè)計中如果可能盡量用橫向型膨脹節(jié)。
3．角向型波紋膨脹節(jié)
單向角向型
它只能彎曲變形，形成角位移。內(nèi)壓推力由鉸鏈承受。
萬向角向型
萬向角向型波紋膨脹節(jié)特點是采用萬向鉸鏈，可以在過軸線的任何平面內(nèi)彎曲。角向型一般由兩個或三個組合使用補償線位移。
4．力平衡型波紋膨脹節(jié)
波紋膨脹節(jié)內(nèi)壓推力比較大，易對相連的設(shè)備產(chǎn)生不良影響。力平衡型膨脹節(jié)通過自身結(jié)構(gòu)使內(nèi)壓引起的推力保持平衡．而不作用或很少作用于相連的設(shè)備，且能保持本身的軸向補償功能。
直管力平衡型
它由兩個工作波紋管，一個平衡波紋管及端板、平衡拉桿組成。其中的關(guān)鍵是平衡波紋管的有效面積必須是工作波紋管有效面積的兩倍，這樣工作波紋管內(nèi)壓引起的向外側(cè)的軸向推力通過平衡拉桿被平衡波紋管因內(nèi)壓引起的相反方向的推力所抵消，而無軸向推力輸出，管道或設(shè)備不再受力在正常的補償過程中，它自身的力平衡關(guān)系不變。
彎管力平衡型
這是用于管道轉(zhuǎn)彎處進行軸向、橫向或兩者組合補償。由工作波紋管和平衡波紋管及平衡拉桿、彎頭組成。平衡波紋管的有效面積必須與工作波紋管的有效面積相等，則內(nèi)壓引起的軸向推力正好方向相反，大小相等。通過拉桿相抵消。橫向位移校大時可用兩個工作波紋管，如橫向位移和軸向位移都比較小，可用一個工作波紋管。
注：以上膨脹節(jié)類型均參照石家莊巨力科技有限公司樣本。
三、 由于溫度變化引起鋼管的伸縮量計算
伸縮量（mm）
線膨脹系數(shù)（鋼：
）
管道長度（mm）
溫度（
）
—變化前溫度 
—變化后溫度
由上式可以得出：每米鋼管溫差
時，伸縮量為0.012mm，即若升高
，則伸長1.2mm。
四、 由于溫度變化引起鋼管的伸縮應(yīng)力計算
—應(yīng)力（帕）
—彈性模量（鋼：
帕）
—溫度（）
—線膨脹系數(shù)（
）
=
由上式可得出：每溫差應(yīng)力值為2.47兆帕，即
例：Dg1000毫米管道，厚6毫米
則：承受力
=4683
即：當(dāng)溫差時承受4683的拉（壓）應(yīng)力。
五、 膨脹節(jié)預(yù)變位安裝的計算：
安裝前，對于補償量大的膨脹節(jié)可進行預(yù)變行安裝，這樣可以增加膨脹節(jié)的疲勞壽命、減少膨脹節(jié)的彈性反力，從而減少膨脹節(jié)對固定支架的推力。對于補償量小的膨脹節(jié)，一般不進行預(yù)變行。用于吸收震動的膨脹節(jié)，不要進行預(yù)變形。
預(yù)拉量
按下式計算：
式中：
—補償器的補償量，mm
—管道安裝溫度，
—管道最低溫度，
—管道運行時的最高溫度，
對于高溫管道（＞），預(yù)拉量為正，應(yīng)將補償器預(yù)拉伸；對于低溫管道（＜），預(yù)拉量為負，應(yīng)將補償器預(yù)壓縮。熱力管道屬于前者。當(dāng)
時，
，所以一般資料介紹，預(yù)拉量可以取補償量的一半，但是這一結(jié)論的前提是管道的安裝溫度與最低溫度近似相等。當(dāng)＞時，
；當(dāng)＜時，
。
在分析管道軸向力的同時，還應(yīng)注意到管道的橫向推力，由于在安裝管道時，管線的布置不可能絕對平直，因此受熱后不僅軸向移動，還會造成徑向位移。如果導(dǎo)向支架不能承受所加的橫向載荷或?qū)蚧鍌?cè)形狀不規(guī)則、表面粗造等，其摩擦阻力隨橫向推力的增大而增大，所以對平衡式波紋管補償器進行設(shè)計時，對導(dǎo)向問題也進行了專門的設(shè)計，以保證其橫向摩擦力最小，能最大限度地保證管道的安全運行。
當(dāng)管道輸送常溫介質(zhì)時：
安裝前應(yīng)在施工現(xiàn)場將波紋管補償器預(yù)先壓縮或拉伸到“零點溫度”（施工地區(qū)年平均溫度）時的長度再進行安裝，此方法稱預(yù)拉伸。
預(yù)拉伸的長度可通過下式求得：
─拉伸或壓縮的長度（mm）
─溫度（）
L─補償器的長度（mm）
C─管壁線膨脹系數(shù)（
）
式中：
─零點溫度，即施工地區(qū)的年平均那溫度
─安裝時現(xiàn)場溫度
當(dāng)
時，為正數(shù)，需要將補償器波紋管進行壓縮。
當(dāng)
時，為負數(shù)，需要將補償器波紋管拉伸。
例：設(shè)計極端最高溫度42.5，極端最低溫度-19.7
全年平均溫度：
例如1：夏天，安裝溫度為30時，管道長度為50米時，L管壁線膨脹系數(shù)：=
=11.16(mm)
為正數(shù)，需將波紋管補償器壓縮11.16毫米。
例如2：冬天，安裝溫度為0時，管道長度為50米時，L管壁線膨脹系數(shù)：=
=-6.84(mm)
為負數(shù)，需將波紋管補償器拉伸6.84毫米。
六 限位螺栓的設(shè)置
補償器在運行過程中，由于存在內(nèi)壓推力和彈性反力，會對補償器兩端的固定支座或其它設(shè)備產(chǎn)生巨大的推力，如不設(shè)法抵消這種力，就必將造成管線、支座或其它設(shè)備結(jié)構(gòu)的破壞。限位螺栓就是為了克服這種力而設(shè)置的。限位螺栓一般四組，兩端國定在端板上，由大拉桿、螺母及球面墊圈組成，其計算見GB/T12777-2008《金屬波紋管膨脹節(jié)通用技術(shù)條件》中的規(guī)定。
波紋管兩端的固定支架或設(shè)備所受水平推力公式：
式中 
波紋管平均直徑
波紋管的軸向剛度 補償器的軸向位移
可以看出，補償器對兩端的推力是由
（盲板力）和
（補償器的彈性反力）組成的，由于設(shè)置了限位螺栓，所以，補償器對兩端的推力只有。
例：有一工程的冷凍水管為DN450的螺紋鋼管，為了抵消冷凍水管內(nèi)溫差而產(chǎn)生的變形，就在管道上設(shè)置了金屬波紋管膨脹節(jié)。
該膨脹節(jié)對支架的推力如下：根據(jù)該膨脹節(jié)的剛度K為459N/mm，膨脹節(jié)的位移為25mm，冷凍水管的試驗壓力P為1.6 Mpa，而其有效壓面積A為2075
。
故：
Kg=34.34噸
拉桿計算：根據(jù)GB/T12777-2008的規(guī)定：
=
則拉桿的直徑
，取安全系數(shù)1.2，
所以此膨脹節(jié)對支架的推力為：
綜上所述，金屬波紋管膨脹節(jié)是一個即脆弱又重要的環(huán)節(jié)，在實際施工過程中，我們按照以上的正確方法預(yù)拉（壓）后進行安裝，通過有關(guān)力學(xué)計算，按照實際的需要是否設(shè)置大拉桿型及其它約束型膨脹節(jié)，使整個管線長期、穩(wěn)定、安全的工作?？蓞⒄帐仪f巨力科技有限公司產(chǎn)品樣本。
七 一般安裝要求
1、補償器在安裝前應(yīng)先檢查其型號、規(guī)格及管道配置情況，必須符合設(shè)計要求，包括產(chǎn)品外觀檢查，特別是波紋管表面有無運輸及吊運中造成的機械損傷。
2、當(dāng)設(shè)計不要求進行預(yù)變位安裝時，則在整個安裝期間不要松動定位螺母或拆除運輸拉桿或“過橋”，當(dāng)膨脹節(jié)和各類管架都裝設(shè)完畢檢查合格后，壓力試驗前，必須立即將大拉桿上內(nèi)側(cè)定位螺母擰至螺紋根部，立即拆除專用運輸螺桿或“過橋”。注意，不要松動大拉桿外側(cè)螺母。
3、安裝方向：裝有導(dǎo)流筒的膨脹節(jié)上附設(shè)有介質(zhì)流向標(biāo)牌，與介質(zhì)流向一致，防止倒坡向，沖蝕及腐蝕波紋管，影響介質(zhì)流速。
4、安裝誤差：對連接膨脹節(jié)兩端的管道的端面或法蘭端面尺寸偏差和位置偏差如下：
⑴ 面間長度偏差：
⑵ 面間同軸度偏差： 
且
（
管道公稱通徑）
⑶ 各面對其管道軸線垂直度偏差 
且
同時，安裝時不要使膨脹節(jié)承受扭矩，嚴禁用補償器的變形方法來調(diào)整管道的安裝誤差。
5、用來保護和預(yù)變性的輔助構(gòu)件，應(yīng)該在管道安裝完并試壓完畢后方可拆除。通用型膨脹節(jié)把運輸拉桿的螺母擰到螺紋根部或去掉；大拉桿膨脹節(jié)把大拉桿內(nèi)側(cè)螺母擰至螺紋根部，運輸拉桿螺母處理方式同通用型膨脹節(jié)；補償器所有活動元件，不得被外部構(gòu)件卡死或限制其活動范圍，應(yīng)保證活動部件的正常運行。
6、系統(tǒng)壓力試驗
試驗壓力不得超過規(guī)定值（常溫水壓試驗不得超過設(shè)計壓力的1.5倍，氣壓試驗不得超過設(shè)計壓力的1.1倍）。對不銹鋼波紋管，水壓試驗用水應(yīng)不含氯離子。系統(tǒng)壓力試驗必須在所用管架和膨脹節(jié)都裝設(shè)好之后進行。
7、膨脹節(jié)與管道的裝配
預(yù)變位膨脹節(jié)，預(yù)位后于管道裝配，預(yù)變位前拆除專用運輸螺母或“過橋”。不要求預(yù)變位安裝推薦采用：
⑴預(yù)留間距裝配法；⑵順序裝配法。
八 膨脹節(jié)的安裝和使用要求
1、補償器在安裝前應(yīng)先檢查其型號、規(guī)格及管道配置情況，必須符合設(shè)計要求。
2、對帶內(nèi)套筒的補償器應(yīng)注意使內(nèi)套筒子的方向與介質(zhì)流動方向一致，鉸鏈型補償器的鉸鏈轉(zhuǎn)動平面應(yīng)與位移轉(zhuǎn)動平面一致。
3、需要進行“冷緊”的補償器，預(yù)變形所用的輔助構(gòu)件應(yīng)在管路安裝完畢后方可拆除。
4、嚴禁用波紋補償器變形的方法來調(diào)整管道的安裝超差，以免影響補償器的正常功能、降低使用壽命及增加管系、設(shè)備、支承構(gòu)件的載荷。
5、安裝過程中，不允許焊渣飛濺到波殼表面，不允許波殼受到其它機械損傷。
6、管系安裝完畢后，應(yīng)盡快拆除波紋補償器上用作安裝運輸?shù)狞S色輔助定位構(gòu)件及緊固件，并按設(shè)計要求將限位裝置調(diào)到規(guī)定位置，使管系在環(huán)境條件下有充分的補償能力。
7、補償器所有活動元件不得被外部構(gòu)件卡死或限制其活動范圍，應(yīng)保證各活動部位的正常動作。
8、水壓試驗時，應(yīng)對裝有補償器管路端部的次固定管架進行加固，使管路不發(fā)生移動或轉(zhuǎn)動。對用于氣體介質(zhì)的補償器及其連接管路，要注意充水時是否需要增設(shè)臨時支架。
水壓試驗用水清洗液的96氯離子含量不超過25PPM。
9、水壓試驗結(jié)束后，應(yīng)盡快排波殼中的積水，并迅速將波殼內(nèi)表面吹干。
10、與補償器波紋管接觸的保溫材料應(yīng)不含氯離子。
九 膨脹節(jié)的許用疲勞壽命
補償器中的波紋管元件是在材料屈服極限的高應(yīng)力狀態(tài)下工作，每一次變化都不能恢復(fù)到其原來狀態(tài)而留有殘余應(yīng)力，往復(fù)循環(huán)，殘余應(yīng)力累積到一定程度，波紋管就會產(chǎn)生腐蝕破壞，而破壞的循環(huán)次數(shù)稱之為補償器的疲勞壽命
。實際應(yīng)用時，取一定的安全系數(shù)
倍數(shù)。補償器的許用疲勞壽命
，而一般為10～15，由于有些廠家設(shè)計選取值不同，
也大不相同，一般要求≥1000次以上。
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