為(wei)了防止管(guan)道(dao)(dao)(dao)熱(re)膨脹產生(sheng)的(de)破壞(huai)作用(yong)(yong)，在管(guan)道(dao)(dao)(dao)設計中，應當對高溫管(guan)道(dao)(dao)(dao)進行(xing)熱(re)補(bu)償(chang)設計。管(guan)道(dao)(dao)(dao)的(de)熱(re)補(bu)償(chang)方法有兩種(zhong)：一種(zhong)是利(li)用(yong)(yong)管(guan)道(dao)(dao)(dao)自(zi)身的(de)柔(rou)性吸(xi)收其位移(yi)變形的(de)自(zi)然補(bu)償(chang)法；另一種(zhong)是利(li)用(yong)(yong)在管(guan)道(dao)(dao)(dao)中設置適當形式的(de)補(bu)償(chang)器(qi)對管(guan)道(dao)(dao)(dao)進行(xing)補(bu)償(chang)的(de)方法。
管(guan)(guan)道在(zai)現場的(de)走(zou)向(xiang)是根據工藝設備的(de)布置情況決定的(de)。利用改變管(guan)(guan)道走(zou)向(xiang)、調整(zheng)支(zhi)撐點的(de)位置或改變支(zhi)吊架的(de)形式(shi)，增加管(guan)(guan)道自(zi)身(shen)的(de)柔性，以補(bu)(bu)(bu)償其熱膨脹和端點附加位移的(de)辦法(fa)(fa)稱為(wei)管(guan)(guan)道自(zi)然補(bu)(bu)(bu)償。例如在(zai)管(guan)(guan)道中布置適當(dang)的(de)L形、Z形或I形管(guan)(guan)段，即可(ke)有(you)效地(di)增加管(guan)(guan)道的(de)柔性。這種補(bu)(bu)(bu)償辦法(fa)(fa)結(jie)構簡單、運行(xing)可(ke)靠、投資少(shao)，所以被廣泛采用。
1. 金(jin)屬波紋管膨脹節
隨著大直徑(jing)高(gao)溫(wen)管(guan)(guan)道的增多和(he)金(jin)屬波(bo)紋(wen)(wen)管(guan)(guan)膨脹節制(zhi)造(zao)技術(shu)的提高(gao)，近年來金(jin)屬波(bo)紋(wen)(wen)管(guan)(guan)膨脹節在(zai)壓力管(guan)(guan)道中得到了(le)廣(guang)泛應(ying)用(yong)。此(ci)種補償(chang)器(qi)制(zhi)造(zao)技術(shu)較為復雜，價格高(gao)。一般(ban)采用(yong)0.5~3mm薄不銹鋼(gang)板制(zhi)造(zao)，耐壓低(di)，補償(chang)能力大，適(shi)用(yong)于(yu)低(di)壓大直徑(jing)高(gao)溫(wen)管(guan)(guan)道。但應(ying)當指出，在(zai)強度(du)上(shang)它是管(guan)(guan)道中的薄弱環節，與(yu)(yu)自然補償(chang)比較可靠性差，應(ying)正(zheng)確(que)選用(yong)與(yu)(yu)安(an)裝。目(mu)前此(ci)種補償(chang)器(qi)尚無國家標準(zhun)(zhun)，各企業標準(zhun)(zhun)的波(bo)紋(wen)(wen)管(guan)(guan)參數(shu)尚不統一，但其制(zhi)造(zao)技術(shu)條件已(yi)有國家標準(zhun)(zhun)GB/T 12777《金(jin)屬波(bo)紋(wen)(wen)管(guan)(guan)膨脹節制(zhi)造(zao)技術(shu)條件》。
根據金(jin)屬波(bo)紋管膨脹(zhang)節的結構(gou)和功能，其基本形(xing)式可分十大類。如表3-16所示。
壓力管(guan)道常(chang)用(yong)的金屬波紋管(guan)膨脹節主要有單式(shi)軸向型(xing)、復式(shi)拉桿型(xing)、單式(shi)鉸(jiao)鏈型(xing)及彎管(guan)壓力平衡型(xing)等(deng)幾種。
①. 單式軸(zhou)向型膨脹節
單(dan)式軸向(xiang)型(xing)膨脹節結構簡單(dan)、價格低，主要用(yong)于(yu)吸(xi)(xi)收(shou)軸向(xiang)位移(yi)，在一定條件下可(ke)吸(xi)(xi)收(shou)少(shao)量(liang)角位移(yi)和(he)軸向(xiang)位移(yi)。用(yong)于(yu)吸(xi)(xi)收(shou)軸向(xiang)位移(yi)的單(dan)式軸向(xiang)型(xing)膨脹節的典型(xing)布置如圖(tu) 3-15 所示。
單(dan)式軸向型膨脹節(jie)屬(shu)于(yu)無(wu)約束(shu)型波紋膨脹節(jie)，不能承(cheng)受波紋管壓力(li)推(tui)力(li)。選用(yong)時應注意下列問題。
a. 兩固定支座之間的管(guan)道上只能(neng)布置一(yi)個該型膨脹節。
b. 固定支座(zuo)必(bi)須有足夠的(de)強度，以(yi)承受波(bo)紋管壓力推力。
c. 對管(guan)道(dao)必須進行(xing)嚴格(ge)保護(hu)，尤(you)其是靠近波紋(wen)管(guan)膨(peng)脹節的部位應(ying)設置導(dao)向(xiang)(xiang)架，第(di)一個導(dao)向(xiang)(xiang)支架與(yu)膨(peng)脹節的距離應(ying)小(xiao)于4DN,第(di)二個導(dao)向(xiang)(xiang)支架與(yu)第(di)一個導(dao)向(xiang)(xiang)支架的距離應(ying)不大(da)于14DN,以防止管(guan)道(dao)有彎曲或徑向(xiang)(xiang)偏移造成膨(peng)脹節破(po)壞。
②. 復式拉桿型膨脹(zhang)節(jie)
復式拉桿(gan)型膨脹(zhang)節(jie)的(de)安裝(zhuang)示意(yi)圖(tu)如圖(tu)3-16所示。管(guan)道呈(cheng)Z形，補(bu)償器可吸收(shou)拉桿(gan)之間管(guan)道的(de)軸向(xiang)膨脹(zhang)量，拉桿(gan)承受(shou)內壓推力(li)，兩側管(guan)道的(de)膨脹(zhang)使補(bu)償器產生橫向(xiang)位移，兩個膨脹(zhang)節(jie)均產生角位移。
③. 單式(shi)鉸鏈型膨脹節
一(yi)般將(jiang)兩個(ge)(ge)或(huo)三個(ge)(ge)單式鉸鏈型(xing)膨脹節布置在一(yi)個(ge)(ge)平面內，如(ru)圖3-17所示。工作時利用(yong)每個(ge)(ge)膨脹節產生的(de)角位移來吸收(shou)管道的(de)熱膨脹。這種布置方法可吸收(shou)較(jiao)大(da)的(de)膨脹量。
④. 彎(wan)管壓力(li)平衡型膨脹節
能平衡膨脹節的(de)壓(ya)力(li)推力(li)，可避免(mian)壓(ya)力(li)推力(li)作用在與其連接(jie)的(de)機器管嘴(zui)上，所以在與汽輪(lun)機、離(li)心壓(ya)縮機等敏感設(she)備(bei)連接(jie)的(de)管道上應用較多。安裝示意圖如(ru)圖3-18所示。
2. 球(qiu)形補償器
①. 結構(gou)及工作原(yuan)理
球形(xing)(xing)補償器(qi)的(de)(de)結構(gou)如圖(tu)3-19所示(shi)，其工(gong)作原理如圖(tu)3-20(a)所示(shi)，球體(ti)可以繞本(ben)身軸線(xian)旋轉(zhuan)［見圖(tu)3-20(b)],還可以向任(ren)意方向做折(zhe)曲(qu)運(yun)動［見圖(tu)3-20(c)].利用(yong)(yong)球形(xing)(xing)補償器(qi)的(de)(de)這些特點，可將其角度位(wei)移轉(zhuan)變(bian)為(wei)管道(dao)的(de)(de)直線(xian)位(wei)移來(lai)吸收(shou)管道(dao)的(de)(de)熱膨脹量，在轉(zhuan)變(bian)過程中，為(wei)保(bao)證管道(dao)的(de)(de)直線(xian)性，球形(xing)(xing)補償器(qi)本(ben)身的(de)(de)角度也需要(yao)給予補償，因此，必須要(yao)兩個(ge)或三個(ge)組(zu)成一組(zu)來(lai)使(shi)用(yong)(yong)，單個(ge)球形(xing)(xing)補償器(qi)是不能吸收(shou)直線(xian)位(wei)移的(de)(de)［見圖(tu)3-20(d)]。
球(qiu)(qiu)形(xing)補償(chang)器的三個(ge)重要參數指標是(shi)：球(qiu)(qiu)心(xin)距R、折曲角(jiao)0和位移量Δ.θ的大小(xiao)由制(zhi)造廠提(ti)供，與(yu)結構(gou)尺寸有(you)關，國內(nei)產(chan)(chan)品(pin)一般(ban)為30°,國外產(chan)(chan)品(pin)有(you)30°、15°等多種形(xing)式，其余(yu)兩項R和Δ由設計確(que)定(ding)。
②. 使用(yong)場合
a. 適用范圍 公稱壓力PN≤1.6MPa;設計溫度T≤350℃;公稱尺寸DN50~600mm.
b. 適用(yong)于輸送非易燃和無毒(du)的熱(re)介質管(guan)道(dao)，如蒸汽、熱(re)水(shui)、凝結(jie)水(shui)、熱(re)油、熱(re)空(kong)氣等管(guan)道(dao)。有腐蝕性熱(re)介質的管(guan)道(dao)不宜使用(yong)。
c. 球形補(bu)償(chang)器的(de)補(bu)償(chang)量(liang)大，最適合(he)在廠際之(zhi)間或區(qu)域性的(de)較長距離的(de)熱管(guan)(guan)道(dao)上使用(yong)。由于(yu)采(cai)用(yong)球形補(bu)償(chang)器比U形膨脹彎(wan)管(guan)(guan)少(shao)用(yong)很(hen)多彎(wan)頭，故也(ye)適用(yong)于(yu)對壓力降(jiang)有(you)(you)要求的(de)熱管(guan)(guan)道(dao)。另外，還(huan)可以使用(yong)在對接(jie)管(guan)(guan)載(zai)荷有(you)(you)限制的(de)設備進(jin)出口管(guan)(guan)道(dao)上。
d. 球形補償器可吸收布置在建筑物或(huo)儲罐之間的(de)管道(dao)因基礎下(xia)沉而引(yin)起的(de)相(xiang)對(dui)位移(yi)。
e. 球形補償器可以緩解或消(xiao)除管道系(xi)統(tong)因地(di)震(zhen)而產生的超載應力。
③. 布置方式和補償量計算
a. 直線(xian)管道(dao)固定支架間 距(ju)如表3-17所示。
b. 水平(ping)Z形(xing)布置 有單向(xiang)式(shi)、雙(shuang)向(xiang)式(shi)和(he)三(san)球式(shi)三(san)種布置方式(shi)。
· 單向式
單(dan)(dan)向式(shi)包括單(dan)(dan)向A式(shi)和單(dan)(dan)向B式(shi)2種，如圖(tu)3-21所示(shi)。
單向A式的主要特征(zheng)是球形(xing)補償器設在兩個固定支架(jia)之間，離其中一個固定支架(jia)（A點）很近，離另一個固定支架(jia)（B點）較(jiao)遠，這種(zhong)布(bu)置(zhi)只(zhi)吸(xi)收一個方向的位(wei)移。一般受(shou)到(dao)地(di)形(xing)位(wei)置(zhi)限(xian)制時用此(ci)布(bu)置(zhi)方式。
單(dan)向B式的(de)(de)特征與(yu)單(dan)向A式相(xiang)同(tong)，用在無位置(zhi)限制的(de)(de)條件下(xia)，與(yu)單(dan)向A式不同(tong)之(zhi)處是熱(re)脹終止位置(zhi)不同(tong)，以及固(gu)定支架(jia)(jia)1與(yu)②承受推力大小不同(tong)，如固(gu)定支架(jia)(jia)②與(yu)支架(jia)(jia)1相(xiang)比，需要考慮(lv)管道載荷(he)的(de)(de)摩擦力，而固(gu)定支架(jia)(jia)1與(yu)支架(jia)(jia)②相(xiang)比，需要考慮(lv)球形(xing)補償器動(dong)作時的(de)(de)側向力。
單(dan)向式(shi)的位移量(liang)Δ、折曲角0、球心距(ju)R間關系(xi)為： 單(dan)向A式(shi) Δ=Rsin (0/2) （3-1) 、 單(dan)向B式(shi)Δ=2Rsin(0/2) （3-2)
· 雙向式
球形補償器設(she)在兩固定(ding)支架中間，而且離兩支架距離都較遠(yuan)時，能吸(xi)收(shou)兩個方向的位移（見圖3-22),位移量(liang)Δ=Δ1+Δ2.布置時盡量(liang)使兩邊管段(duan)（A段(duan)、B段(duan)）相等，其(qi)Δ、R、0的關系式(shi)為： Δ1+Δ2=2Rsin(0/2)（3-3)
· 三球式
當整條管(guan)道不能(neng)吸收橫向位(wei)移(yi)時，應(ying)采(cai)用此種形式，用第三個球(qiu)吸收管(guan)道的(de)橫向位(wei)移(yi)（見圖3-23).位(wei)移(yi)Δ、球(qiu)心距(ju)R、折(zhe)曲角(jiao)0的(de)關系(xi)式為Δ=2Rsin(0/2)（3-4)
圖3-23中R1、β和橫向位移Δ:的關系式(shi)為 Δ=Risinβ（3-5)式(shi)中，β不能(neng)大(da)于球形補償器(qi)全折(zhe)曲角8的一半。
c. 水平L形(xing)布置(zhi)
水平(ping)L形布置可(ke)吸收兩(liang)段相互垂直管(guan)道的位(wei)移（見圖3-24)。
確(que)定兩球(qiu)(qiu)中心(xin)(xin)間距(ju)R1、R2時，先用直線(xian)段L1、L2按(an)式(shi)（3-6)計算(suan)(suan)位移量(liang)Δ1、Δ2,兩者中的(de)較大值(zhi)Δ,并(bing)按(an)式(shi)（3-1)計算(suan)(suan)出中心(xin)(xin)距(ju)，而后將求出的(de)數(shu)值(zhi)乘以1.5,作為(wei)＝R2的(de)數(shu)值(zhi)，然后用R1、R2按(an)式(shi)（3-7)及實際的(de)Δ1及Δ2重(zhong)新求出01和02.檢查01＋02=0:是否超過制造(zao)廠(chang)規(gui)定的(de)折曲角（03<30°),如果超過則需加長球(qiu)(qiu)心(xin)(xin)距(ju)，然后重(zhong)計算(suan)(suan)。
Δ=αtL(t1-to)（3-6)
中Δ 熱膨脹(zhang)量，mm;
L-管道直(zhi)線長度，mm;
r1-管道(dao)工(gong)作(zuo)溫度，℃;
t0-管道安裝溫度，℃;
Q:-管材在(zai)工作溫度下的線脹系數，1/℃.
必須注意，實際R1、R2值要(yao)比計算(suan)值大(da)，以(yi)保證留(liu)有余量。
d. 垂直面布(bu)置
· 垂直Z形布置(zhi)的原理及計(ji)算式與水平Z形布置(zhi)相同(tong)（見圖3-25).
· 兩組球形補償(chang)器組合垂(chui)直布置 利用(yong)球形補償(chang)器的(de)工(gong)作原(yuan)理，在實際(ji)應用(yong)中(zhong)，將(jiang)訴組布置在一起，既方便支架的(de)布置，又整齊美觀。但要(yao)(yao)注意，兩組中(zhong)間一定(ding)要(yao)(yao)用(yong)固定(ding)支架（見圖3-26).
e. 球形補(bu)償器(qi)附(fu)近的彎(wan)頭至第一個(ge)導向支架的距離
例(li)如圖3-21(a)及圖3-25中彎頭(tou)(tou)E點至導(dao)向(xiang)支(zhi)架G點的(de)距離(li)，應(ying)滿足柔性(xing)的(de)要求。球(qiu)形補(bu)償(chang)(chang)器前(qian)后兩(liang)個彎頭(tou)(tou)之間的(de)管長的(de)熱膨脹量設為Δ,可(ke)作為EG段(duan)柔性(xing)計算依據(ju)，但由于球(qiu)形補(bu)償(chang)(chang)器在(zai)(zai)位移過(guo)程中，其(qi)軌跡是弧線，所(suo)以在(zai)(zai)球(qiu)形補(bu)償(chang)(chang)器附近(jin)將產生偏移量y,當球(qiu)形補(bu)償(chang)(chang)器從中心線向(xiang)一個方向(xiang)擺(bai)動時,對(dui)于垂直Z形布置的(de)管道(dao)（見圖3-25),如有特殊要求，必(bi)須在(zai)(zai)彎頭(tou)(tou)E點附近(jin)設置支(zhi)架時，應(ying)采用彈簧支(zhi)架。
f. 在(zai)分支管上布置球(qiu)形補償器
當主(zhu)管(guan)(guan)(guan)與(yu)分支管(guan)(guan)(guan)在(zai)同(tong)一平面時(shi)(shi)，可(ke)(ke)按圖(tu)3-27所示方式(shi)布置。當主(zhu)管(guan)(guan)(guan)有較大(da)位移時(shi)(shi)，可(ke)(ke)按圖(tu)3-27(a)布置。帶(dai)球形(xing)補償器的分支管(guan)(guan)(guan)的x長度(du)應滿足(zu)前面第e點所述位移ΔR的要求。當不能布置成吸收段“x”時(shi)(shi)，可(ke)(ke)采用三球布置方式(shi)，見圖(tu)3-27(b),其計算方法(fa)與(yu)L形(xing)布置計算相同(tong)。
④. 反(fan)作用力計算(suan)
球形補償器轉(zhuan)動力矩(ju)M引起的反作用力F1可按下式(shi)計(ji)算
F1=2M/R1（3-12)
式(shi)中 F1-轉動力(li)矩而(er)引起的(de)反作用力(li)，N;
M-球形(xing)補(bu)償(chang)器轉(zhuan)動力矩（由制造(zao)廠提供），N·m;
R1-球心距(ju)在作用面(mian)上(shang)的投(tou)影長度，m,R1=Rcos(0/2)(當0小于30°時，可取R1~R).
3. 套筒式(shi)補償器(qi)（填料(liao)函式(shi)管道(dao)伸(shen)縮節）
①. 主要結構類型
a. 重載(zai)套筒(tong)式(shi)補償器
其內部(bu)沒(mei)有內壓(ya)平(ping)衡結構，端部(bu)固定(ding)點需承受彎管或閥門(men)、盲板的(de)內壓(ya)推力（見圖3-28).
b. 減載套筒式補償器
其(qi)內(nei)(nei)(nei)部有內(nei)(nei)(nei)壓(ya)(ya)(ya)平(ping)衡(heng)結構(gou)，端部的彎(wan)管(guan)或閥門、盲板的內(nei)(nei)(nei)壓(ya)(ya)(ya)推(tui)力(li)與補償器內(nei)(nei)(nei)部構(gou)件的軸(zhou)向承壓(ya)(ya)(ya)面所(suo)受的內(nei)(nei)(nei)壓(ya)(ya)(ya)推(tui)力(li)平(ping)衡(heng)，所(suo)以固(gu)定支架可以不(bu)考慮內(nei)(nei)(nei)壓(ya)(ya)(ya)推(tui)力(li)的作用，但目(mu)前(qian)尚無定型(xing)產品和標準，選用時要慎重。
②. 使用場(chang)合
a. 適(shi)用范(fan)圍。公(gong)稱(cheng)壓力：PN≤2.5MPa;工作溫度≤200℃;公(gong)稱(cheng)尺寸(cun)：DN50~600mm;輸送(song)介(jie)質：蒸汽、水。
b. 這種補償(chang)器有易泄漏和軸向推(tui)力較(jiao)大的(de)缺點(dian)，一般很少(shao)(shao)選(xuan)用(yong)，尤其在(zai)裝置內或(huo)寒冷地區更(geng)不能選(xuan)用(yong)這種補償(chang)器。在(zai)裝置外、廠(chang)(chang)區內或(huo)廠(chang)(chang)際之間的(de)熱(re)管道(dao)上(shang)，在(zai)布置U形膨脹彎管受(shou)空間位置限制時可以選(xuan)用(yong)，但盡量少(shao)(shao)用(yong)。
③. 布置方(fang)式
套筒(tong)式補償器只能用(yong)于(yu)直線(xian)熱管道上吸收熱伸長，不能用(yong)于(yu)彎管和空間管系。
套筒式補(bu)償器(qi)兩邊(bian)直管端點（根據補(bu)償器(qi)的補(bu)償能力計(ji)算固定(ding)點的位置），必須(xu)設(she)置固定(ding)架(jia)。導(dao)向(xiang)支架(jia)布置要求和波紋(wen)管膨(peng)脹節的布置要求相同(tong)。
