為(wei)了防止管道熱(re)膨脹產(chan)生的破壞(huai)作用，在(zai)管道設計中(zhong)，應(ying)當(dang)對高溫(wen)管道進(jin)行(xing)熱(re)補償(chang)(chang)設計。管道的熱(re)補償(chang)(chang)方(fang)法有兩種(zhong)：一(yi)種(zhong)是利(li)用管道自(zi)(zi)身的柔性吸(xi)收其位移變形的自(zi)(zi)然補償(chang)(chang)法；另一(yi)種(zhong)是利(li)用在(zai)管道中(zhong)設置(zhi)適當(dang)形式的補償(chang)(chang)器對管道進(jin)行(xing)補償(chang)(chang)的方(fang)法。
管(guan)道(dao)(dao)(dao)在(zai)現場的(de)走(zou)向(xiang)是根據工藝設備的(de)布(bu)置(zhi)(zhi)情(qing)況決定的(de)。利用改(gai)變管(guan)道(dao)(dao)(dao)走(zou)向(xiang)、調(diao)整(zheng)支(zhi)撐點的(de)位置(zhi)(zhi)或(huo)改(gai)變支(zhi)吊架的(de)形(xing)(xing)式(shi)，增(zeng)(zeng)加管(guan)道(dao)(dao)(dao)自身(shen)的(de)柔性(xing)，以(yi)補償其熱膨脹和(he)端點附加位移的(de)辦(ban)法(fa)稱為(wei)管(guan)道(dao)(dao)(dao)自然(ran)補償。例如(ru)在(zai)管(guan)道(dao)(dao)(dao)中布(bu)置(zhi)(zhi)適當的(de)L形(xing)(xing)、Z形(xing)(xing)或(huo)I形(xing)(xing)管(guan)段，即可有效地增(zeng)(zeng)加管(guan)道(dao)(dao)(dao)的(de)柔性(xing)。這(zhe)種(zhong)補償辦(ban)法(fa)結構(gou)簡(jian)單(dan)、運行可靠、投(tou)資(zi)少，所以(yi)被廣泛采用。
1. 金(jin)屬波紋管膨脹節(jie)
隨(sui)著大直徑(jing)高溫管道的(de)增多和金屬(shu)波(bo)(bo)紋(wen)管膨(peng)脹節(jie)(jie)制造(zao)技術(shu)的(de)提高，近年來金屬(shu)波(bo)(bo)紋(wen)管膨(peng)脹節(jie)(jie)在(zai)壓力管道中得到了廣泛應用。此種(zhong)補償(chang)(chang)器制造(zao)技術(shu)較為復雜，價(jia)格高。一(yi)般(ban)采(cai)用0.5~3mm薄不(bu)銹鋼板制造(zao)，耐壓低(di)，補償(chang)(chang)能力大，適用于(yu)低(di)壓大直徑(jing)高溫管道。但(dan)應當指出，在(zai)強度上它是(shi)管道中的(de)薄弱環節(jie)(jie)，與(yu)自(zi)然補償(chang)(chang)比較可靠性差，應正確選(xuan)用與(yu)安裝。目(mu)前此種(zhong)補償(chang)(chang)器尚無(wu)國家(jia)標(biao)準(zhun)，各企業標(biao)準(zhun)的(de)波(bo)(bo)紋(wen)管參數尚不(bu)統一(yi)，但(dan)其制造(zao)技術(shu)條件(jian)已有國家(jia)標(biao)準(zhun)GB/T 12777《金屬(shu)波(bo)(bo)紋(wen)管膨(peng)脹節(jie)(jie)制造(zao)技術(shu)條件(jian)》。
根據金屬波紋管(guan)膨脹節的結(jie)構和功能，其基本(ben)形(xing)式可(ke)分(fen)十大類。如(ru)表3-16所示。
壓力(li)管道常用的金(jin)屬波紋管膨(peng)脹節主要有單(dan)式軸向型(xing)(xing)、復式拉桿型(xing)(xing)、單(dan)式鉸鏈型(xing)(xing)及彎管壓力(li)平(ping)衡型(xing)(xing)等幾種。
①. 單式軸向型(xing)膨(peng)脹(zhang)節
單式軸(zhou)向(xiang)型(xing)膨(peng)脹節(jie)結(jie)構簡單、價格低(di)，主要用于吸收(shou)軸(zhou)向(xiang)位移，在一定條件(jian)下可(ke)吸收(shou)少量角(jiao)位移和軸(zhou)向(xiang)位移。用于吸收(shou)軸(zhou)向(xiang)位移的(de)(de)單式軸(zhou)向(xiang)型(xing)膨(peng)脹節(jie)的(de)(de)典型(xing)布置如(ru)圖 3-15 所示。
單式軸向型(xing)膨脹節屬(shu)于無約束型(xing)波(bo)(bo)紋膨脹節，不能承受波(bo)(bo)紋管壓力推力。選用時應(ying)注(zhu)意(yi)下(xia)列問題(ti)。
a. 兩固定支座之間的管道上只(zhi)能(neng)布(bu)置一個該型(xing)膨脹節。
b. 固定(ding)支座必須有足(zu)夠(gou)的(de)強(qiang)度，以承(cheng)受波紋管壓力(li)(li)推力(li)(li)。
c. 對管道必須進(jin)行嚴格保護，尤(you)其是(shi)靠近波紋(wen)管膨脹節(jie)的(de)部位應設置導(dao)(dao)向架(jia)，第(di)一個(ge)導(dao)(dao)向支架(jia)與(yu)(yu)膨脹節(jie)的(de)距離應小于(yu)4DN,第(di)二個(ge)導(dao)(dao)向支架(jia)與(yu)(yu)第(di)一個(ge)導(dao)(dao)向支架(jia)的(de)距離應不大(da)于(yu)14DN,以防止管道有彎曲或(huo)徑向偏移造成膨脹節(jie)破壞。
②. 復式拉桿型膨脹節(jie)
復式(shi)拉桿(gan)型膨(peng)脹節的安裝示(shi)意圖如圖3-16所(suo)示(shi)。管道(dao)呈Z形(xing)，補償器可(ke)吸(xi)收(shou)拉桿(gan)之間管道(dao)的軸向膨(peng)脹量，拉桿(gan)承受內壓推(tui)力，兩(liang)側管道(dao)的膨(peng)脹使補償器產生橫向位移，兩(liang)個膨(peng)脹節均產生角位移。
③. 單(dan)式鉸(jiao)鏈(lian)型膨脹節
一般將兩個或(huo)三(san)個單式鉸(jiao)鏈型膨(peng)脹(zhang)節(jie)布置(zhi)在(zai)一個平面內，如圖3-17所(suo)示(shi)。工作時利(li)用每個膨(peng)脹(zhang)節(jie)產生(sheng)的角位移來吸收(shou)管道的熱(re)膨(peng)脹(zhang)。這種布置(zhi)方法可吸收(shou)較大的膨(peng)脹(zhang)量。
④. 彎管壓力平衡(heng)型(xing)膨(peng)脹節
能平衡(heng)膨脹節的(de)壓力(li)推(tui)力(li)，可避免壓力(li)推(tui)力(li)作(zuo)用(yong)在(zai)與其連接的(de)機器管嘴上，所以在(zai)與汽(qi)輪機、離心壓縮機等敏感設(she)備連接的(de)管道上應用(yong)較多(duo)。安裝(zhuang)示(shi)意圖如圖3-18所示(shi)。
2. 球形補償器
①. 結構及工(gong)作原理
球形(xing)補(bu)償(chang)器(qi)的(de)結構如(ru)(ru)圖3-19所示，其工作原理(li)如(ru)(ru)圖3-20(a)所示，球體可以繞本(ben)身軸線(xian)旋轉(zhuan)［見圖3-20(b)],還可以向任意方向做(zuo)折曲運動(dong)［見圖3-20(c)].利用球形(xing)補(bu)償(chang)器(qi)的(de)這些特點，可將其角(jiao)(jiao)度(du)位移轉(zhuan)變(bian)為管(guan)道的(de)直(zhi)線(xian)位移來吸收管(guan)道的(de)熱膨脹量，在轉(zhuan)變(bian)過程中，為保證管(guan)道的(de)直(zhi)線(xian)性，球形(xing)補(bu)償(chang)器(qi)本(ben)身的(de)角(jiao)(jiao)度(du)也需要給予補(bu)償(chang)，因此，必須(xu)要兩(liang)個(ge)或三個(ge)組(zu)成一組(zu)來使用，單個(ge)球形(xing)補(bu)償(chang)器(qi)是不能吸收直(zhi)線(xian)位移的(de)［見圖3-20(d)]。
球形(xing)補(bu)償器的三個(ge)重(zhong)要參數指標是：球心距(ju)R、折曲(qu)角(jiao)0和(he)位移量Δ.θ的大(da)小由(you)制造(zao)廠提供，與(yu)結構尺(chi)寸有關，國(guo)(guo)內產品一般為30°,國(guo)(guo)外產品有30°、15°等多種形(xing)式(shi)，其余兩項R和(he)Δ由(you)設計確(que)定。
②. 使用場合
a. 適用范圍(wei) 公(gong)稱壓力PN≤1.6MPa;設計溫度T≤350℃;公(gong)稱尺寸DN50~600mm.
b. 適(shi)用于輸送非易燃和(he)無毒的熱(re)介(jie)質管道(dao)，如蒸汽、熱(re)水、凝結水、熱(re)油、熱(re)空氣等管道(dao)。有腐蝕性熱(re)介(jie)質的管道(dao)不宜使用。
c. 球(qiu)形補(bu)償(chang)(chang)器(qi)的(de)補(bu)償(chang)(chang)量大，最適合在廠際之間(jian)或區域性的(de)較長距(ju)離的(de)熱管(guan)道(dao)上(shang)(shang)使(shi)(shi)用(yong)(yong)。由于(yu)采用(yong)(yong)球(qiu)形補(bu)償(chang)(chang)器(qi)比U形膨脹彎管(guan)少用(yong)(yong)很(hen)多(duo)彎頭(tou)，故也適用(yong)(yong)于(yu)對壓(ya)力降(jiang)有要求的(de)熱管(guan)道(dao)。另外(wai)，還可以(yi)使(shi)(shi)用(yong)(yong)在對接管(guan)載荷(he)有限制(zhi)的(de)設備進(jin)出(chu)口管(guan)道(dao)上(shang)(shang)。
d. 球形補償(chang)器可吸收布置在(zai)建筑物(wu)或儲罐之間的(de)管道因基礎下沉而(er)引(yin)起的(de)相(xiang)對位移。
e. 球形補償器(qi)可以緩(huan)解(jie)或消除(chu)管道系統因(yin)地震而產(chan)生的超載(zai)應(ying)力。
③. 布置方式(shi)和補(bu)償量計算(suan)
a. 直線管道固定(ding)支架間 距如表3-17所示(shi)。
b. 水平Z形布置 有單向式、雙(shuang)向式和三(san)球式三(san)種布置方式。
· 單向式
單向(xiang)式(shi)包括單向(xiang)A式(shi)和單向(xiang)B式(shi)2種，如圖(tu)3-21所示。
單向A式的主要特征是球(qiu)形(xing)(xing)補(bu)償器設在兩個固定(ding)支架之間(jian)，離(li)其中一個固定(ding)支架（A點）很近，離(li)另一個固定(ding)支架（B點）較(jiao)遠，這種布置只吸收一個方向的位(wei)移。一般受到地形(xing)(xing)位(wei)置限制時用此布置方式。
單(dan)向B式(shi)的(de)特征與(yu)單(dan)向A式(shi)相(xiang)同，用(yong)在無位(wei)置限(xian)制的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)，與(yu)單(dan)向A式(shi)不同之處(chu)是(shi)熱脹(zhang)終止(zhi)位(wei)置不同，以及固(gu)定支(zhi)架1與(yu)②承受推力大小不同，如固(gu)定支(zhi)架②與(yu)支(zhi)架1相(xiang)比(bi)，需要考慮(lv)管道載荷的(de)摩擦力，而(er)固(gu)定支(zhi)架1與(yu)支(zhi)架②相(xiang)比(bi)，需要考慮(lv)球形補償器(qi)動作時的(de)側(ce)向力。
單(dan)向(xiang)式的位移量Δ、折曲角0、球心(xin)距R間關系為： 單(dan)向(xiang)A式 Δ=Rsin (0/2) （3-1) 、 單(dan)向(xiang)B式Δ=2Rsin(0/2) （3-2)
· 雙(shuang)向式(shi)
球(qiu)形補償器設在(zai)兩(liang)(liang)固定支(zhi)架中間，而且離(li)兩(liang)(liang)支(zhi)架距離(li)都(dou)較(jiao)遠時，能吸收(shou)兩(liang)(liang)個方向的(de)位(wei)(wei)移(yi)（見圖3-22),位(wei)(wei)移(yi)量Δ=Δ1+Δ2.布置(zhi)時盡量使兩(liang)(liang)邊管段（A段、B段）相等，其Δ、R、0的(de)關系式(shi)為： Δ1+Δ2=2Rsin(0/2)（3-3)
· 三球(qiu)式
當整條管道(dao)(dao)不能(neng)吸收(shou)橫向位(wei)移(yi)時，應采用此(ci)種形(xing)式，用第三個球(qiu)吸收(shou)管道(dao)(dao)的(de)橫向位(wei)移(yi)（見圖3-23).位(wei)移(yi)Δ、球(qiu)心距R、折曲角0的(de)關系式為Δ=2Rsin(0/2)（3-4)
圖3-23中(zhong)R1、β和橫(heng)向位(wei)移Δ:的關系式(shi)為 Δ=Risinβ（3-5)式(shi)中(zhong)，β不能大于球形補償器全折曲角(jiao)8的一半。
c. 水平L形布置
水平L形布置可吸收(shou)兩段(duan)相互垂直管道的位移（見圖3-24)。
確定(ding)兩球(qiu)中(zhong)心間(jian)距R1、R2時，先用(yong)直線段(duan)L1、L2按式(shi)（3-6)計算位移(yi)量Δ1、Δ2,兩者中(zhong)的(de)較大值(zhi)Δ,并按式(shi)（3-1)計算出(chu)(chu)中(zhong)心距，而后將求出(chu)(chu)的(de)數值(zhi)乘以1.5,作為＝R2的(de)數值(zhi)，然(ran)后用(yong)R1、R2按式(shi)（3-7)及(ji)實際的(de)Δ1及(ji)Δ2重新求出(chu)(chu)01和02.檢查01＋02=0:是(shi)否超(chao)過制造廠(chang)規定(ding)的(de)折(zhe)曲角（03<30°),如果超(chao)過則需加長球(qiu)心距，然(ran)后重計算。
Δ=αtL(t1-to)（3-6)
中Δ 熱膨脹(zhang)量，mm;
L-管道直線(xian)長度，mm;
r1-管道工作溫(wen)度(du)，℃;
t0-管(guan)道安裝溫度，℃;
Q:-管材在工作溫度下的線脹系數，1/℃.
必須注意，實際R1、R2值(zhi)要(yao)比計(ji)算(suan)值(zhi)大，以保證留(liu)有余量(liang)。
d. 垂(chui)直面布置
· 垂直Z形布置的原(yuan)理及計算式與(yu)水平Z形布置相同（見圖3-25).
· 兩組球形補償器組合(he)垂(chui)直布置 利用球形補償器的(de)工作原理，在實際應用中，將訴組布置在一(yi)(yi)起，既方便支架的(de)布置，又整(zheng)齊美觀(guan)。但(dan)要注意(yi)，兩組中間一(yi)(yi)定(ding)要用固定(ding)支架（見圖3-26).
e. 球(qiu)形補(bu)償(chang)器附近的彎頭至第一個導向支架的距離
例如(ru)圖(tu)3-21(a)及圖(tu)3-25中(zhong)彎頭(tou)(tou)E點(dian)至導向支架(jia)G點(dian)的(de)(de)距離，應滿足柔性(xing)的(de)(de)要求。球(qiu)(qiu)(qiu)形(xing)補(bu)(bu)償(chang)器(qi)前后兩(liang)個彎頭(tou)(tou)之間的(de)(de)管(guan)長(chang)的(de)(de)熱(re)膨脹量設為(wei)Δ,可作為(wei)EG段柔性(xing)計算依據(ju)，但由于球(qiu)(qiu)(qiu)形(xing)補(bu)(bu)償(chang)器(qi)在(zai)(zai)位(wei)移過程中(zhong)，其軌跡是(shi)弧線(xian)，所(suo)以在(zai)(zai)球(qiu)(qiu)(qiu)形(xing)補(bu)(bu)償(chang)器(qi)附近(jin)將產生(sheng)偏移量y,當球(qiu)(qiu)(qiu)形(xing)補(bu)(bu)償(chang)器(qi)從中(zhong)心線(xian)向一個方(fang)向擺動時,對(dui)于垂(chui)直Z形(xing)布(bu)置(zhi)的(de)(de)管(guan)道(dao)（見圖(tu)3-25),如(ru)有(you)特殊要求，必(bi)須(xu)在(zai)(zai)彎頭(tou)(tou)E點(dian)附近(jin)設置(zhi)支架(jia)時，應采(cai)用彈簧(huang)支架(jia)。
f. 在分(fen)支管上(shang)布置球形補(bu)償器
當主(zhu)(zhu)管與分(fen)支(zhi)管在同一平面時，可按圖3-27所示方式布置。當主(zhu)(zhu)管有較大位(wei)(wei)移(yi)時，可按圖3-27(a)布置。帶(dai)球形(xing)補(bu)償器的分(fen)支(zhi)管的x長度應滿足前(qian)面第e點所述位(wei)(wei)移(yi)ΔR的要求。當不能布置成吸收段“x”時，可采(cai)用三球布置方式，見(jian)圖3-27(b),其計(ji)算(suan)方法與L形(xing)布置計(ji)算(suan)相(xiang)同。
④. 反作用力計算
球形(xing)補償器轉動力矩(ju)M引起的(de)反作用(yong)力F1可按下(xia)式計算
F1=2M/R1（3-12)
式中 F1-轉動(dong)力(li)矩而引起(qi)的反作用力(li)，N;
M-球(qiu)形補償器(qi)轉動(dong)力矩（由制造廠提供），N·m;
R1-球心(xin)距在作(zuo)用面上的(de)投影(ying)長(chang)度，m,R1=Rcos(0/2)(當0小于(yu)30°時，可取R1~R).
3. 套(tao)筒式補償器（填料函式管(guan)道伸縮節）
①. 主要結構類(lei)型
a. 重載(zai)套筒式(shi)補(bu)償器
其內(nei)部(bu)沒(mei)有內(nei)壓(ya)平衡結構，端部(bu)固定點(dian)需承受彎管或(huo)閥門、盲板的內(nei)壓(ya)推力（見圖(tu)3-28).
b. 減載套(tao)筒式補償器(qi)
其(qi)內(nei)部(bu)有內(nei)壓(ya)平衡(heng)結構，端部(bu)的(de)彎管或閥門、盲板的(de)內(nei)壓(ya)推力與補償(chang)器內(nei)部(bu)構件的(de)軸向承壓(ya)面所受的(de)內(nei)壓(ya)推力平衡(heng)，所以固定支(zhi)架可以不(bu)考慮內(nei)壓(ya)推力的(de)作用(yong)，但目前(qian)尚無定型產品和標準，選用(yong)時要慎(shen)重。
②. 使用場合(he)
a. 適用范圍(wei)。公稱(cheng)壓力：PN≤2.5MPa;工作溫度≤200℃;公稱(cheng)尺寸：DN50~600mm;輸送介質：蒸(zheng)汽、水。
b. 這種補償(chang)器(qi)有易(yi)泄漏和(he)軸向推力較大的(de)缺點，一般很少選(xuan)用(yong)，尤其在裝置(zhi)內或寒冷地(di)區更不(bu)能選(xuan)用(yong)這種補償(chang)器(qi)。在裝置(zhi)外(wai)、廠(chang)區內或廠(chang)際之間的(de)熱管道上(shang)，在布置(zhi)U形(xing)膨脹彎管受(shou)空間位(wei)置(zhi)限制時可以(yi)選(xuan)用(yong)，但盡(jin)量少用(yong)。
③. 布置方式
套筒式(shi)補償器只能用(yong)于直線熱管道上吸收熱伸長，不能用(yong)于彎管和空間管系。
套(tao)筒式補(bu)償器兩邊直管端點（根據(ju)補(bu)償器的補(bu)償能力計算固定點的位置），必須設置固定架。導向(xiang)支架布置要求和(he)波紋管膨脹節的布置要求相同。
