為了防止管(guan)道(dao)熱膨脹產生(sheng)的(de)(de)破壞作(zuo)用(yong)，在管(guan)道(dao)設計(ji)中，應當(dang)(dang)對高溫管(guan)道(dao)進(jin)行熱補償設計(ji)。管(guan)道(dao)的(de)(de)熱補償方法(fa)有兩種：一種是利(li)用(yong)管(guan)道(dao)自身的(de)(de)柔(rou)性吸收(shou)其位移變(bian)形的(de)(de)自然補償法(fa)；另一種是利(li)用(yong)在管(guan)道(dao)中設置適(shi)當(dang)(dang)形式的(de)(de)補償器對管(guan)道(dao)進(jin)行補償的(de)(de)方法(fa)。
管(guan)道(dao)在現場的(de)走(zou)向是(shi)根據工(gong)藝(yi)設備(bei)的(de)布置情況決定的(de)。利用改變管(guan)道(dao)走(zou)向、調整支撐點(dian)的(de)位(wei)置或改變支吊(diao)架的(de)形(xing)式，增(zeng)加(jia)(jia)管(guan)道(dao)自身的(de)柔性(xing)，以補償(chang)其熱膨脹和端點(dian)附加(jia)(jia)位(wei)移的(de)辦法(fa)稱(cheng)為(wei)管(guan)道(dao)自然補償(chang)。例如在管(guan)道(dao)中布置適(shi)當的(de)L形(xing)、Z形(xing)或I形(xing)管(guan)段，即可有效(xiao)地(di)增(zeng)加(jia)(jia)管(guan)道(dao)的(de)柔性(xing)。這種補償(chang)辦法(fa)結(jie)構簡單、運(yun)行可靠、投資(zi)少，所(suo)以被廣泛(fan)采用。
1. 金屬波紋管膨脹節
隨著大直(zhi)徑高(gao)溫(wen)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)的(de)增多和金(jin)(jin)屬(shu)(shu)波(bo)紋(wen)管(guan)(guan)(guan)膨脹節制造(zao)技術的(de)提高(gao)，近年來(lai)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)波(bo)紋(wen)管(guan)(guan)(guan)膨脹節在壓(ya)(ya)力管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)中得到了廣泛應(ying)用(yong)。此種補償(chang)(chang)器制造(zao)技術較為復雜，價格高(gao)。一(yi)般采(cai)用(yong)0.5~3mm薄(bo)不銹鋼板制造(zao)，耐壓(ya)(ya)低，補償(chang)(chang)能力大，適用(yong)于低壓(ya)(ya)大直(zhi)徑高(gao)溫(wen)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)。但應(ying)當(dang)指出，在強度上它是管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)中的(de)薄(bo)弱(ruo)環節，與(yu)自(zi)然補償(chang)(chang)比較可靠性(xing)差，應(ying)正確選用(yong)與(yu)安(an)裝。目前此種補償(chang)(chang)器尚(shang)無國(guo)家(jia)標(biao)(biao)準，各企(qi)業標(biao)(biao)準的(de)波(bo)紋(wen)管(guan)(guan)(guan)參數(shu)尚(shang)不統一(yi)，但其制造(zao)技術條件已有國(guo)家(jia)標(biao)(biao)準GB/T 12777《金(jin)(jin)屬(shu)(shu)波(bo)紋(wen)管(guan)(guan)(guan)膨脹節制造(zao)技術條件》。
根據金(jin)屬波紋管膨脹節的結構(gou)和功能，其基本形式可分十大類(lei)。如表(biao)3-16所示(shi)。
壓力管道常(chang)用的金屬波紋管膨脹(zhang)節主要有(you)單式(shi)軸向型(xing)(xing)、復式(shi)拉(la)桿型(xing)(xing)、單式(shi)鉸鏈型(xing)(xing)及彎(wan)管壓力平衡(heng)型(xing)(xing)等幾種。
①. 單式(shi)軸向型(xing)膨(peng)脹節
單式軸(zhou)向(xiang)型(xing)膨脹(zhang)節結構簡單、價(jia)格低(di)，主要(yao)用于(yu)吸收(shou)軸(zhou)向(xiang)位(wei)移(yi)，在一(yi)定條件(jian)下可吸收(shou)少量角位(wei)移(yi)和軸(zhou)向(xiang)位(wei)移(yi)。用于(yu)吸收(shou)軸(zhou)向(xiang)位(wei)移(yi)的單式軸(zhou)向(xiang)型(xing)膨脹(zhang)節的典型(xing)布置如圖 3-15 所示。
單式(shi)軸向型(xing)膨(peng)脹(zhang)節屬(shu)于無約(yue)束型(xing)波(bo)紋膨(peng)脹(zhang)節，不能(neng)承(cheng)受波(bo)紋管(guan)壓(ya)力推力。選用時應注意下列問題。
a. 兩(liang)固定支座之間的管(guan)道上只能布置一個該型膨(peng)脹節(jie)。
b. 固定支(zhi)座必須有足(zu)夠的強度，以承受波紋管壓力推力。
c. 對管(guan)道必須進(jin)行嚴格保護，尤其是靠近波紋管(guan)膨(peng)脹節的(de)部(bu)位應設(she)置導(dao)向(xiang)架(jia)，第(di)一(yi)個導(dao)向(xiang)支(zhi)架(jia)與膨(peng)脹節的(de)距(ju)離(li)應小(xiao)于4DN,第(di)二個導(dao)向(xiang)支(zhi)架(jia)與第(di)一(yi)個導(dao)向(xiang)支(zhi)架(jia)的(de)距(ju)離(li)應不大(da)于14DN,以防止管(guan)道有彎曲或徑向(xiang)偏移(yi)造成膨(peng)脹節破壞(huai)。
②. 復式拉桿型膨脹節(jie)
復式拉(la)桿(gan)型膨(peng)脹(zhang)(zhang)節的安裝示(shi)意圖如圖3-16所示(shi)。管道呈Z形，補償(chang)器(qi)可吸收拉(la)桿(gan)之間管道的軸向膨(peng)脹(zhang)(zhang)量，拉(la)桿(gan)承受內壓推力(li)，兩側管道的膨(peng)脹(zhang)(zhang)使補償(chang)器(qi)產生(sheng)(sheng)橫向位移，兩個膨(peng)脹(zhang)(zhang)節均產生(sheng)(sheng)角(jiao)位移。
③. 單(dan)式(shi)鉸鏈型膨脹(zhang)節
一般將兩(liang)個(ge)(ge)或三個(ge)(ge)單式鉸鏈型膨脹節布置在一個(ge)(ge)平面內，如(ru)圖3-17所示。工作時利用每個(ge)(ge)膨脹節產生的(de)角位(wei)移來吸收管道的(de)熱(re)膨脹。這種(zhong)布置方法可吸收較大的(de)膨脹量。
④. 彎管壓力平衡(heng)型膨脹節
能平衡膨脹節的(de)壓力(li)(li)推(tui)(tui)力(li)(li)，可避免壓力(li)(li)推(tui)(tui)力(li)(li)作用(yong)在(zai)(zai)與(yu)其連接的(de)機(ji)器管(guan)嘴上(shang)，所以在(zai)(zai)與(yu)汽輪機(ji)、離(li)心壓縮機(ji)等(deng)敏感(gan)設備連接的(de)管(guan)道上(shang)應用(yong)較多。安裝示(shi)意(yi)圖如圖3-18所示(shi)。
2. 球形(xing)補償器(qi)
①. 結構及工作原理
球形補(bu)(bu)償器的(de)(de)結構如圖(tu)(tu)3-19所示，其工作原理如圖(tu)(tu)3-20(a)所示，球體可(ke)以(yi)繞本身軸線(xian)旋轉(zhuan)［見(jian)(jian)圖(tu)(tu)3-20(b)],還可(ke)以(yi)向任意方向做折曲運動［見(jian)(jian)圖(tu)(tu)3-20(c)].利(li)用球形補(bu)(bu)償器的(de)(de)這些特點，可(ke)將(jiang)其角(jiao)度(du)位移轉(zhuan)變為(wei)管道(dao)(dao)的(de)(de)直(zhi)線(xian)位移來(lai)吸(xi)收管道(dao)(dao)的(de)(de)熱膨(peng)脹量，在轉(zhuan)變過程中，為(wei)保證管道(dao)(dao)的(de)(de)直(zhi)線(xian)性，球形補(bu)(bu)償器本身的(de)(de)角(jiao)度(du)也需要給予補(bu)(bu)償，因此(ci)，必須要兩個(ge)或三個(ge)組(zu)成(cheng)一組(zu)來(lai)使用，單個(ge)球形補(bu)(bu)償器是不(bu)能吸(xi)收直(zhi)線(xian)位移的(de)(de)［見(jian)(jian)圖(tu)(tu)3-20(d)]。
球形補償(chang)器的(de)三個重要參數指標是：球心距R、折曲角0和位移量Δ.θ的(de)大(da)小由(you)(you)制造廠(chang)提供(gong)，與結構尺寸有關(guan)，國內產品一(yi)般為30°,國外產品有30°、15°等多種(zhong)形式，其余(yu)兩項R和Δ由(you)(you)設計(ji)確定(ding)。
②. 使用(yong)場合
a. 適用范圍(wei) 公稱壓力(li)PN≤1.6MPa;設計溫(wen)度(du)T≤350℃;公稱尺寸DN50~600mm.
b. 適用(yong)于輸送非易燃和無毒的熱介質管(guan)道，如蒸汽、熱水、凝結水、熱油、熱空氣等管(guan)道。有(you)腐蝕性熱介質的管(guan)道不宜使用(yong)。
c. 球(qiu)形(xing)補償(chang)(chang)器(qi)的(de)補償(chang)(chang)量大，最適合在廠際之間(jian)或區域性的(de)較長距離的(de)熱管(guan)道上使用(yong)。由于采用(yong)球(qiu)形(xing)補償(chang)(chang)器(qi)比(bi)U形(xing)膨脹(zhang)彎(wan)管(guan)少用(yong)很多(duo)彎(wan)頭，故(gu)也適用(yong)于對(dui)壓力降有要(yao)求的(de)熱管(guan)道。另外(wai)，還可以使用(yong)在對(dui)接管(guan)載荷有限(xian)制的(de)設備進出(chu)口管(guan)道上。
d. 球形補償(chang)器可吸收(shou)布(bu)置(zhi)在建筑物或儲(chu)罐之間的管道(dao)因基礎下沉而(er)引(yin)起的相對位移(yi)。
e. 球(qiu)形(xing)補償(chang)器可(ke)以緩解或消除管道系統因(yin)地震而產(chan)生的超載應力。
③. 布置方(fang)式(shi)和補償量(liang)計算
a. 直(zhi)線管道固定支(zhi)架間(jian) 距如表3-17所示。
b. 水(shui)平Z形布置 有單向式、雙向式和三球式三種布置方(fang)式。
· 單向式
單向(xiang)式包括單向(xiang)A式和單向(xiang)B式2種，如圖3-21所(suo)示。
單(dan)向A式的主(zhu)要特征是(shi)球形補償器(qi)設在兩個(ge)固定支(zhi)架之(zhi)間，離(li)其中一(yi)個(ge)固定支(zhi)架（A點）很近，離(li)另一(yi)個(ge)固定支(zhi)架（B點）較遠，這種布置只(zhi)吸收一(yi)個(ge)方(fang)向的位移(yi)。一(yi)般受到(dao)地形位置限制時(shi)用此布置方(fang)式。
單向(xiang)B式的(de)特(te)征(zheng)與(yu)單向(xiang)A式相同(tong)，用在(zai)無位(wei)置限(xian)制的(de)條件(jian)下，與(yu)單向(xiang)A式不同(tong)之處是熱脹(zhang)終止位(wei)置不同(tong)，以及固定支架(jia)1與(yu)②承受推力(li)大小不同(tong)，如固定支架(jia)②與(yu)支架(jia)1相比，需要考慮管道載荷的(de)摩擦(ca)力(li)，而固定支架(jia)1與(yu)支架(jia)②相比，需要考慮球形補償器動作時的(de)側向(xiang)力(li)。
單向式(shi)的位移量Δ、折(zhe)曲角0、球(qiu)心(xin)距(ju)R間關系為： 單向A式(shi) Δ=Rsin (0/2) （3-1) 、 單向B式(shi)Δ=2Rsin(0/2) （3-2)
· 雙向式(shi)
球(qiu)形補償器(qi)設在兩(liang)固定支架(jia)中間，而且離兩(liang)支架(jia)距離都較遠時，能吸(xi)收(shou)兩(liang)個方向的位(wei)(wei)移(yi)（見圖3-22),位(wei)(wei)移(yi)量Δ=Δ1+Δ2.布置時盡量使兩(liang)邊管段（A段、B段）相等，其Δ、R、0的關系式為： Δ1+Δ2=2Rsin(0/2)（3-3)
· 三(san)球式
當整條管道不能(neng)吸收(shou)橫向位(wei)移(yi)(yi)時，應采用此種(zhong)形式(shi)，用第三(san)個球吸收(shou)管道的橫向位(wei)移(yi)(yi)（見圖3-23).位(wei)移(yi)(yi)Δ、球心距R、折曲角0的關(guan)系式(shi)為Δ=2Rsin(0/2)（3-4)
圖(tu)3-23中R1、β和(he)橫向位移Δ:的關(guan)系式為(wei) Δ=Risinβ（3-5)式中，β不能大于球(qiu)形補償器全折曲角8的一半。
c. 水平L形布置
水平L形布置(zhi)可(ke)吸收(shou)兩段相互垂直管道的位移（見圖3-24)。
確(que)定(ding)兩(liang)球(qiu)中心(xin)間距(ju)R1、R2時，先用(yong)直線(xian)段L1、L2按式（3-6)計(ji)算位移(yi)量Δ1、Δ2,兩(liang)者中的(de)較大值Δ,并按式（3-1)計(ji)算出(chu)中心(xin)距(ju)，而后將求出(chu)的(de)數值乘(cheng)以1.5,作為＝R2的(de)數值，然后用(yong)R1、R2按式（3-7)及實際的(de)Δ1及Δ2重新求出(chu)01和02.檢查01＋02=0:是(shi)否超過制造廠規定(ding)的(de)折曲角（03<30°),如果(guo)超過則需加長球(qiu)心(xin)距(ju)，然后重計(ji)算。
Δ=αtL(t1-to)（3-6)
中Δ 熱(re)膨脹量，mm;
L-管道直(zhi)線(xian)長度(du)，mm;
r1-管道工作溫度，℃;
t0-管道安裝溫度，℃;
Q:-管材在(zai)工作溫度下的(de)線(xian)脹(zhang)系(xi)數(shu)，1/℃.
必(bi)須注意，實際R1、R2值要(yao)比(bi)計(ji)算值大，以保(bao)證留有(you)余量。
d. 垂直面布置
· 垂直Z形(xing)布(bu)置(zhi)的原理及計算式與水平Z形(xing)布(bu)置(zhi)相同（見圖3-25).
· 兩(liang)組(zu)球形(xing)補(bu)償器組(zu)合垂直布(bu)置 利用球形(xing)補(bu)償器的(de)工作原理，在實際應用中，將訴組(zu)布(bu)置在一起，既(ji)方便支(zhi)架的(de)布(bu)置，又整齊美觀。但要注意，兩(liang)組(zu)中間一定要用固定支(zhi)架（見(jian)圖3-26).
e. 球(qiu)形補償器附近的彎頭至第(di)一個導(dao)向支架的距離
例如圖(tu)3-21(a)及(ji)圖(tu)3-25中(zhong)彎(wan)(wan)頭(tou)E點(dian)至導向支架G點(dian)的(de)距(ju)離，應滿足柔性(xing)的(de)要求。球(qiu)(qiu)(qiu)形(xing)(xing)補(bu)償(chang)器前(qian)后兩(liang)個彎(wan)(wan)頭(tou)之間的(de)管(guan)長(chang)的(de)熱膨(peng)脹量設(she)為Δ,可作為EG段柔性(xing)計算(suan)依據(ju)，但(dan)由于球(qiu)(qiu)(qiu)形(xing)(xing)補(bu)償(chang)器在(zai)(zai)位(wei)移過程中(zhong)，其軌跡是弧線(xian)(xian)，所以在(zai)(zai)球(qiu)(qiu)(qiu)形(xing)(xing)補(bu)償(chang)器附(fu)近(jin)將產(chan)生偏移量y,當球(qiu)(qiu)(qiu)形(xing)(xing)補(bu)償(chang)器從中(zhong)心(xin)線(xian)(xian)向一個方向擺動時(shi),對于垂直Z形(xing)(xing)布置的(de)管(guan)道(dao)（見圖(tu)3-25),如有特殊要求，必須(xu)在(zai)(zai)彎(wan)(wan)頭(tou)E點(dian)附(fu)近(jin)設(she)置支架時(shi)，應采用彈簧支架。
f. 在分支管上布置球形補(bu)償(chang)器
當(dang)(dang)主(zhu)管(guan)與分(fen)支管(guan)在同一(yi)平面(mian)(mian)時，可按圖3-27所(suo)示方式布(bu)置(zhi)(zhi)。當(dang)(dang)主(zhu)管(guan)有較大位移時，可按圖3-27(a)布(bu)置(zhi)(zhi)。帶球(qiu)形補償(chang)器的(de)分(fen)支管(guan)的(de)x長(chang)度應(ying)滿足前(qian)面(mian)(mian)第e點所(suo)述位移ΔR的(de)要求(qiu)。當(dang)(dang)不能布(bu)置(zhi)(zhi)成吸收段“x”時，可采用三球(qiu)布(bu)置(zhi)(zhi)方式，見圖3-27(b),其計算方法與L形布(bu)置(zhi)(zhi)計算相同。
④. 反作用力計(ji)算
球形補償器轉動力矩(ju)M引起的反(fan)作用力F1可按下式計(ji)算
F1=2M/R1（3-12)
式(shi)中 F1-轉動力(li)矩而引起的反作(zuo)用(yong)力(li)，N;
M-球形(xing)補償器轉動力矩（由制造廠提供），N·m;
R1-球心距在作用面(mian)上的投影(ying)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（填(tian)料函式(shi)管道伸縮(suo)節）
①. 主要結(jie)構類型
a. 重載套筒式補(bu)償器
其內部(bu)沒有(you)內壓平衡結(jie)構，端部(bu)固定(ding)點需承受彎管或閥(fa)門、盲(mang)板的內壓推(tui)力（見圖3-28).
b. 減(jian)載套筒(tong)式補償器
其內部(bu)有內壓(ya)平(ping)(ping)衡結(jie)構(gou)，端部(bu)的彎管或閥門、盲板的內壓(ya)推(tui)力(li)與補(bu)償(chang)器內部(bu)構(gou)件的軸向承壓(ya)面所(suo)受的內壓(ya)推(tui)力(li)平(ping)(ping)衡，所(suo)以固定支架(jia)可以不考慮內壓(ya)推(tui)力(li)的作用(yong)，但目前尚無定型產品和標準，選(xuan)用(yong)時要慎重。
②. 使用場合
a. 適(shi)用(yong)范圍。公稱壓力：PN≤2.5MPa;工作溫度(du)≤200℃;公稱尺寸：DN50~600mm;輸送介質：蒸汽、水。
b. 這(zhe)種(zhong)補償器(qi)有易泄(xie)漏和軸向(xiang)推力較大(da)的缺點，一般很少選(xuan)(xuan)用(yong)，尤其(qi)在(zai)裝置(zhi)內或寒冷地區(qu)更不能選(xuan)(xuan)用(yong)這(zhe)種(zhong)補償器(qi)。在(zai)裝置(zhi)外、廠(chang)區(qu)內或廠(chang)際之(zhi)間的熱管道上，在(zai)布置(zhi)U形膨脹彎管受空間位(wei)置(zhi)限制時可以選(xuan)(xuan)用(yong)，但(dan)盡(jin)量少用(yong)。
③. 布(bu)置方(fang)式
套筒(tong)式補償器只能(neng)用(yong)于(yu)直線熱管(guan)道上(shang)吸收熱伸(shen)長，不能(neng)用(yong)于(yu)彎管(guan)和空間(jian)管(guan)系(xi)。
套筒(tong)式補償(chang)器兩邊直(zhi)管端點(dian)（根據(ju)補償(chang)器的(de)(de)補償(chang)能力計(ji)算固定點(dian)的(de)(de)位置），必須設置固定架。導向(xiang)支架布置要(yao)求(qiu)和波紋管膨脹節的(de)(de)布置要(yao)求(qiu)相同。
