為了防止管(guan)道熱膨脹產生的(de)(de)破(po)壞作用(yong)(yong)，在(zai)管(guan)道設計中，應當對高溫(wen)管(guan)道進行(xing)熱補(bu)(bu)償(chang)設計。管(guan)道的(de)(de)熱補(bu)(bu)償(chang)方法(fa)有兩種(zhong)：一種(zhong)是(shi)利(li)用(yong)(yong)管(guan)道自身的(de)(de)柔(rou)性吸收其位移變形的(de)(de)自然補(bu)(bu)償(chang)法(fa)；另一種(zhong)是(shi)利(li)用(yong)(yong)在(zai)管(guan)道中設置適當形式(shi)的(de)(de)補(bu)(bu)償(chang)器(qi)對管(guan)道進行(xing)補(bu)(bu)償(chang)的(de)(de)方法(fa)。
管(guan)道(dao)(dao)在現場的(de)走向是根據工藝設備的(de)布(bu)置(zhi)情況(kuang)決定的(de)。利用(yong)改變管(guan)道(dao)(dao)走向、調(diao)整支(zhi)撐點的(de)位(wei)(wei)置(zhi)或改變支(zhi)吊架的(de)形式(shi)，增加管(guan)道(dao)(dao)自身的(de)柔(rou)性，以補(bu)償其熱膨脹和(he)端點附加位(wei)(wei)移的(de)辦法(fa)稱為(wei)管(guan)道(dao)(dao)自然補(bu)償。例(li)如在管(guan)道(dao)(dao)中布(bu)置(zhi)適當的(de)L形、Z形或I形管(guan)段，即可有效地增加管(guan)道(dao)(dao)的(de)柔(rou)性。這種補(bu)償辦法(fa)結構簡(jian)單、運行可靠、投(tou)資少，所以被廣泛采用(yong)。
1. 金屬波紋管(guan)膨脹節
隨著大直(zhi)(zhi)徑(jing)高溫管(guan)(guan)(guan)道的(de)增多和金屬波紋(wen)(wen)管(guan)(guan)(guan)膨脹節(jie)制(zhi)造(zao)(zao)(zao)技術的(de)提高，近年來金屬波紋(wen)(wen)管(guan)(guan)(guan)膨脹節(jie)在壓(ya)力管(guan)(guan)(guan)道中得到了廣泛(fan)應(ying)用(yong)。此種(zhong)補(bu)償(chang)器制(zhi)造(zao)(zao)(zao)技術較為復雜(za)，價格高。一般(ban)采用(yong)0.5~3mm薄不銹(xiu)鋼板制(zhi)造(zao)(zao)(zao)，耐壓(ya)低，補(bu)償(chang)能力大，適用(yong)于(yu)低壓(ya)大直(zhi)(zhi)徑(jing)高溫管(guan)(guan)(guan)道。但應(ying)當(dang)指(zhi)出，在強度上它是管(guan)(guan)(guan)道中的(de)薄弱環節(jie)，與(yu)自然(ran)補(bu)償(chang)比較可靠性差，應(ying)正(zheng)確選用(yong)與(yu)安裝。目(mu)前(qian)此種(zhong)補(bu)償(chang)器尚(shang)(shang)無國家標(biao)準，各企業標(biao)準的(de)波紋(wen)(wen)管(guan)(guan)(guan)參數尚(shang)(shang)不統(tong)一，但其制(zhi)造(zao)(zao)(zao)技術條件已有國家標(biao)準GB/T 12777《金屬波紋(wen)(wen)管(guan)(guan)(guan)膨脹節(jie)制(zhi)造(zao)(zao)(zao)技術條件》。
根(gen)據金屬(shu)波紋管膨脹節的(de)結構和功能，其基本形式可分十(shi)大類。如表3-16所示。
壓力管(guan)道(dao)常用的金屬(shu)波(bo)紋管(guan)膨(peng)脹(zhang)節主要(yao)有(you)單式軸向型(xing)(xing)、復式拉桿(gan)型(xing)(xing)、單式鉸鏈型(xing)(xing)及彎管(guan)壓力平(ping)衡型(xing)(xing)等幾種。
①. 單式軸向型膨脹節
單式軸向型膨脹節結(jie)構簡(jian)單、價格低，主要(yao)用于吸(xi)收(shou)軸向位(wei)(wei)(wei)移(yi)，在一定(ding)條件下可吸(xi)收(shou)少量(liang)角位(wei)(wei)(wei)移(yi)和(he)軸向位(wei)(wei)(wei)移(yi)。用于吸(xi)收(shou)軸向位(wei)(wei)(wei)移(yi)的單式軸向型膨脹節的典(dian)型布置如圖 3-15 所示。
單式軸(zhou)向型(xing)(xing)膨脹節(jie)屬于(yu)無(wu)約(yue)束型(xing)(xing)波紋膨脹節(jie)，不能承(cheng)受波紋管(guan)壓力推力。選用時應注意(yi)下列(lie)問(wen)題。
a. 兩固定支座之間的管道上只能布置一個(ge)該(gai)型膨(peng)脹節。
b. 固定支座必須有足夠的強(qiang)度，以承(cheng)受波紋管壓力推(tui)力。
c. 對管道必(bi)須進行(xing)嚴格保(bao)護，尤其(qi)是靠近波(bo)紋管膨脹節的(de)(de)部位應設置導(dao)向(xiang)架(jia)，第一(yi)個導(dao)向(xiang)支(zhi)架(jia)與膨脹節的(de)(de)距(ju)離應小(xiao)于(yu)(yu)4DN,第二個導(dao)向(xiang)支(zhi)架(jia)與第一(yi)個導(dao)向(xiang)支(zhi)架(jia)的(de)(de)距(ju)離應不大(da)于(yu)(yu)14DN,以防止管道有彎曲(qu)或徑向(xiang)偏(pian)移造(zao)成膨脹節破壞。
②. 復式拉桿型膨脹節
復(fu)式拉桿型(xing)膨脹(zhang)節的(de)安裝示意圖如圖3-16所示。管(guan)道(dao)呈Z形，補償(chang)器可吸收拉桿之間(jian)管(guan)道(dao)的(de)軸(zhou)向膨脹(zhang)量，拉桿承受內壓推力(li)，兩側(ce)管(guan)道(dao)的(de)膨脹(zhang)使補償(chang)器產生(sheng)橫向位(wei)移，兩個膨脹(zhang)節均產生(sheng)角位(wei)移。
③. 單式(shi)鉸鏈型膨脹節
一(yi)般(ban)將兩(liang)個(ge)或(huo)三(san)個(ge)單式鉸鏈型膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)節(jie)布(bu)置(zhi)在一(yi)個(ge)平(ping)面(mian)內，如圖3-17所(suo)示。工作(zuo)時利用每(mei)個(ge)膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)節(jie)產生的角位移來吸(xi)收管(guan)道的熱膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)。這種(zhong)布(bu)置(zhi)方法可吸(xi)收較(jiao)大(da)的膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)量。
④. 彎管壓力平衡型膨(peng)脹節
能(neng)平衡膨脹節(jie)的壓力(li)推力(li)，可(ke)避免壓力(li)推力(li)作用在與其(qi)連接(jie)的機(ji)器管嘴上(shang)，所(suo)以在與汽輪機(ji)、離心壓縮(suo)機(ji)等敏感(gan)設備(bei)連接(jie)的管道上(shang)應用較多。安(an)裝示意(yi)圖如圖3-18所(suo)示。
2. 球形補償器(qi)
①. 結(jie)構及工作原理(li)
球(qiu)形(xing)補(bu)(bu)償(chang)(chang)器的(de)(de)(de)結(jie)構如圖(tu)(tu)3-19所(suo)示(shi)，其(qi)工作原理如圖(tu)(tu)3-20(a)所(suo)示(shi)，球(qiu)體可(ke)以繞本(ben)身(shen)軸線(xian)旋轉［見(jian)圖(tu)(tu)3-20(b)],還可(ke)以向(xiang)任意方向(xiang)做折(zhe)曲運動［見(jian)圖(tu)(tu)3-20(c)].利用球(qiu)形(xing)補(bu)(bu)償(chang)(chang)器的(de)(de)(de)這些特點，可(ke)將其(qi)角(jiao)度位移(yi)轉變為管道(dao)的(de)(de)(de)直(zhi)(zhi)線(xian)位移(yi)來吸收管道(dao)的(de)(de)(de)熱膨(peng)脹(zhang)量，在轉變過程中，為保(bao)證管道(dao)的(de)(de)(de)直(zhi)(zhi)線(xian)性，球(qiu)形(xing)補(bu)(bu)償(chang)(chang)器本(ben)身(shen)的(de)(de)(de)角(jiao)度也需(xu)要(yao)給予補(bu)(bu)償(chang)(chang)，因此，必須(xu)要(yao)兩個(ge)或(huo)三個(ge)組(zu)(zu)成一組(zu)(zu)來使用，單(dan)個(ge)球(qiu)形(xing)補(bu)(bu)償(chang)(chang)器是不能吸收直(zhi)(zhi)線(xian)位移(yi)的(de)(de)(de)［見(jian)圖(tu)(tu)3-20(d)]。
球形補(bu)償(chang)器的三個重要參(can)數(shu)指標是：球心距R、折曲(qu)角0和位(wei)移量(liang)Δ.θ的大小由制造(zao)廠提(ti)供，與結構(gou)尺(chi)寸(cun)有關，國內產(chan)品(pin)一(yi)般為30°,國外產(chan)品(pin)有30°、15°等多種形式(shi)，其余兩項R和Δ由設計確定。
②. 使用場合
a. 適用范圍(wei) 公稱壓力(li)PN≤1.6MPa;設(she)計溫度T≤350℃;公稱尺寸DN50~600mm.
b. 適用于(yu)輸送(song)非易燃和(he)無毒的(de)熱(re)(re)介質(zhi)管(guan)道(dao)，如(ru)蒸汽、熱(re)(re)水、凝結水、熱(re)(re)油、熱(re)(re)空氣等管(guan)道(dao)。有腐(fu)蝕性熱(re)(re)介質(zhi)的(de)管(guan)道(dao)不宜使用。
c. 球形補償(chang)器的(de)補償(chang)量大(da)，最適合在廠際之(zhi)間或區域性的(de)較長距離的(de)熱(re)管(guan)道上使用(yong)(yong)。由(you)于(yu)采用(yong)(yong)球形補償(chang)器比U形膨脹彎管(guan)少用(yong)(yong)很多(duo)彎頭，故也適用(yong)(yong)于(yu)對壓力(li)降有要(yao)求的(de)熱(re)管(guan)道。另(ling)外，還可以使用(yong)(yong)在對接(jie)管(guan)載荷有限制的(de)設備進出口管(guan)道上。
d. 球(qiu)形補償器可(ke)吸收(shou)布置在建筑物或儲罐之間的管(guan)道因基(ji)礎下沉而引起的相對位移。
e. 球形補償器可(ke)以緩解或(huo)消除管道系統因(yin)地震而產生的超載應力。
③. 布置方式和補償量(liang)計算(suan)
a. 直線(xian)管道固定支(zhi)架間 距如表3-17所示(shi)。
b. 水平Z形(xing)布置 有單向式(shi)、雙向式(shi)和(he)三球(qiu)式(shi)三種布置方式(shi)。
· 單(dan)向式
單(dan)向式包括單(dan)向A式和單(dan)向B式2種(zhong)，如圖3-21所示。
單向(xiang)A式(shi)的(de)主要特征是(shi)球形補(bu)償(chang)器設在兩(liang)個(ge)(ge)固(gu)定(ding)支(zhi)架(jia)之(zhi)間，離其中一(yi)個(ge)(ge)固(gu)定(ding)支(zhi)架(jia)（A點）很近，離另(ling)一(yi)個(ge)(ge)固(gu)定(ding)支(zhi)架(jia)（B點）較遠(yuan)，這種布(bu)置(zhi)(zhi)只吸收一(yi)個(ge)(ge)方(fang)向(xiang)的(de)位移。一(yi)般受(shou)到地形位置(zhi)(zhi)限制時(shi)用(yong)此布(bu)置(zhi)(zhi)方(fang)式(shi)。
單向B式的(de)特征與(yu)(yu)(yu)單向A式相(xiang)同(tong)(tong)(tong)，用在無位(wei)置限制的(de)條件下，與(yu)(yu)(yu)單向A式不同(tong)(tong)(tong)之處(chu)是熱脹終止位(wei)置不同(tong)(tong)(tong)，以及(ji)固(gu)定支(zhi)架(jia)1與(yu)(yu)(yu)②承受(shou)推(tui)力大小(xiao)不同(tong)(tong)(tong)，如(ru)固(gu)定支(zhi)架(jia)②與(yu)(yu)(yu)支(zhi)架(jia)1相(xiang)比，需要(yao)考慮(lv)管道載(zai)荷的(de)摩擦力，而固(gu)定支(zhi)架(jia)1與(yu)(yu)(yu)支(zhi)架(jia)②相(xiang)比，需要(yao)考慮(lv)球形補償(chang)器動作時的(de)側(ce)向力。
單(dan)向式的(de)位移量Δ、折曲角0、球心距(ju)R間關系(xi)為： 單(dan)向A式 Δ=Rsin (0/2) （3-1) 、 單(dan)向B式Δ=2Rsin(0/2) （3-2)
· 雙向式
球形補償器(qi)設在(zai)兩(liang)固定支架(jia)中間，而且離兩(liang)支架(jia)距離都較遠時(shi)，能(neng)吸(xi)收兩(liang)個方向的位(wei)移（見圖3-22),位(wei)移量Δ=Δ1+Δ2.布置時(shi)盡量使兩(liang)邊管(guan)段(duan)（A段(duan)、B段(duan)）相等，其Δ、R、0的關(guan)系式為： Δ1+Δ2=2Rsin(0/2)（3-3)
· 三球(qiu)式
當整條管(guan)道不能吸(xi)收(shou)橫向位(wei)移時，應采用此種形(xing)式，用第三個球吸(xi)收(shou)管(guan)道的(de)橫向位(wei)移（見圖3-23).位(wei)移Δ、球心距R、折曲(qu)角0的(de)關系式為Δ=2Rsin(0/2)（3-4)
圖3-23中R1、β和橫向位移Δ:的關系式為 Δ=Risinβ（3-5)式中，β不能大于球形補償(chang)器全折曲角(jiao)8的一半。
c. 水平L形布置
水平L形布置可吸收兩段相互垂直管道的(de)位移(yi)（見圖3-24)。
確(que)定(ding)兩球(qiu)中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)間距(ju)R1、R2時，先用(yong)直線段L1、L2按(an)式（3-6)計算(suan)位移量Δ1、Δ2,兩者中(zhong)(zhong)的較大值(zhi)Δ,并按(an)式（3-1)計算(suan)出中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)距(ju)，而(er)后(hou)(hou)將求出的數值(zhi)乘以1.5,作為＝R2的數值(zhi)，然后(hou)(hou)用(yong)R1、R2按(an)式（3-7)及(ji)實(shi)際的Δ1及(ji)Δ2重新求出01和02.檢查01＋02=0:是否超過(guo)制造(zao)廠規定(ding)的折曲(qu)角（03<30°),如果超過(guo)則(ze)需(xu)加長球(qiu)心(xin)(xin)距(ju)，然后(hou)(hou)重計算(suan)。
Δ=αtL(t1-to)（3-6)
中(zhong)Δ 熱膨脹量(liang)，mm;
L-管道直線長度，mm;
r1-管道工作溫(wen)度，℃;
t0-管道安裝溫度(du)，℃;
Q:-管材(cai)在工作溫度下的線脹系(xi)數，1/℃.
必須注意(yi)，實際(ji)R1、R2值要(yao)比計(ji)算(suan)值大，以(yi)保證留有余量(liang)。
d. 垂直面布置
· 垂直Z形(xing)布置(zhi)的原理及計算式與水平Z形(xing)布置(zhi)相同（見圖3-25).
· 兩組球形補(bu)(bu)償(chang)器(qi)組合垂直布(bu)置 利用(yong)球形補(bu)(bu)償(chang)器(qi)的工作(zuo)原理，在(zai)實際應用(yong)中，將訴組布(bu)置在(zai)一起，既方便(bian)支架的布(bu)置，又整齊美觀。但要注(zhu)意(yi)，兩組中間一定要用(yong)固定支架（見(jian)圖3-26).
e. 球形補償(chang)器(qi)附近的(de)彎(wan)頭至第一個導向(xiang)支(zhi)架的(de)距離
例如(ru)圖(tu)3-21(a)及圖(tu)3-25中(zhong)(zhong)彎(wan)頭(tou)E點至導(dao)向支(zhi)架G點的(de)距離，應滿足(zu)柔(rou)(rou)性(xing)的(de)要(yao)求(qiu)。球形(xing)補(bu)償(chang)(chang)器(qi)前后兩個彎(wan)頭(tou)之間的(de)管長的(de)熱膨脹量設為Δ,可作為EG段柔(rou)(rou)性(xing)計(ji)算(suan)依據，但由于球形(xing)補(bu)償(chang)(chang)器(qi)在位移過程中(zhong)(zhong)，其軌跡是弧線，所(suo)以在球形(xing)補(bu)償(chang)(chang)器(qi)附近將(jiang)產生(sheng)偏移量y,當球形(xing)補(bu)償(chang)(chang)器(qi)從中(zhong)(zhong)心(xin)線向一個方向擺動時,對于垂直Z形(xing)布置的(de)管道(dao)（見(jian)圖(tu)3-25),如(ru)有特殊要(yao)求(qiu)，必須(xu)在彎(wan)頭(tou)E點附近設置支(zhi)架時，應采用(yong)彈簧支(zhi)架。
f. 在分支管上布置球形補償器
當(dang)主管(guan)與分支(zhi)管(guan)在(zai)同一平面(mian)時(shi)，可(ke)按(an)圖3-27所示方式布(bu)置(zhi)。當(dang)主管(guan)有較大位(wei)移時(shi)，可(ke)按(an)圖3-27(a)布(bu)置(zhi)。帶球(qiu)(qiu)形補償(chang)器(qi)的分支(zhi)管(guan)的x長度應滿足(zu)前面(mian)第e點所述位(wei)移ΔR的要求。當(dang)不能布(bu)置(zhi)成吸收段“x”時(shi)，可(ke)采用三球(qiu)(qiu)布(bu)置(zhi)方式，見圖3-27(b),其(qi)計算方法與L形布(bu)置(zhi)計算相同。
④. 反作用力計算
球(qiu)形補(bu)償(chang)器轉動力(li)(li)矩M引起的(de)反作(zuo)用(yong)力(li)(li)F1可按(an)下式計算
F1=2M/R1（3-12)
式(shi)中 F1-轉動力矩而引起的反作用力，N;
M-球形補償器轉動(dong)力矩（由制造(zao)廠提(ti)供），N·m;
R1-球心距在作用面上的投影長度，m,R1=Rcos(0/2)(當0小(xiao)于30°時，可取(qu)R1~R).
3. 套(tao)筒式補(bu)償(chang)器（填料函式管道伸(shen)縮節(jie)）
①. 主要(yao)結構類型
a. 重載套筒(tong)式補償器
其內部沒有(you)內壓平(ping)衡結構(gou)，端部固(gu)定點需(xu)承受彎(wan)管或(huo)閥門、盲板的內壓推(tui)力(li)（見圖3-28).
b. 減載套筒式補償器
其內(nei)部有內(nei)壓(ya)平(ping)(ping)衡結構，端部的彎(wan)管或閥門(men)、盲板(ban)的內(nei)壓(ya)推(tui)力與補(bu)償器內(nei)部構件(jian)的軸向承壓(ya)面所受的內(nei)壓(ya)推(tui)力平(ping)(ping)衡，所以(yi)固定支架(jia)可以(yi)不(bu)考(kao)慮內(nei)壓(ya)推(tui)力的作用，但目前尚無定型(xing)產品和標(biao)準，選用時要慎重(zhong)。
②. 使用場合
a. 適用范圍。公稱壓力：PN≤2.5MPa;工作溫度≤200℃;公稱尺寸：DN50~600mm;輸送(song)介質(zhi)：蒸汽、水。
b. 這種補償器有易泄漏和(he)軸向推(tui)力較大的缺點(dian)，一般(ban)很少(shao)選用，尤其(qi)在(zai)裝置(zhi)內或(huo)寒冷地區更(geng)不能選用這種補償器。在(zai)裝置(zhi)外、廠(chang)區內或(huo)廠(chang)際之(zhi)間的熱管道上(shang)，在(zai)布(bu)置(zhi)U形(xing)膨(peng)脹(zhang)彎管受(shou)空間位置(zhi)限制(zhi)時可以選用，但盡量少(shao)用。
③. 布置方式
套筒式補償器只能用(yong)于直線熱(re)管道上吸收熱(re)伸(shen)長，不能用(yong)于彎管和空間(jian)管系。
套(tao)筒式補(bu)償器(qi)兩邊(bian)直管端點(dian)（根據(ju)補(bu)償器(qi)的(de)補(bu)償能力計(ji)算固(gu)定點(dian)的(de)位(wei)置），必(bi)須(xu)設置固(gu)定架。導向支架布置要求和波紋(wen)管膨(peng)脹節的(de)布置要求相同(tong)。
