為了防止管(guan)道(dao)熱膨脹產生的(de)破壞作(zuo)用，在管(guan)道(dao)設(she)計中(zhong)(zhong)，應當對(dui)高溫管(guan)道(dao)進行熱補(bu)償(chang)設(she)計。管(guan)道(dao)的(de)熱補(bu)償(chang)方(fang)法有(you)兩種：一(yi)種是利用管(guan)道(dao)自身(shen)的(de)柔性吸收其位(wei)移變(bian)形的(de)自然補(bu)償(chang)法；另一(yi)種是利用在管(guan)道(dao)中(zhong)(zhong)設(she)置適當形式的(de)補(bu)償(chang)器對(dui)管(guan)道(dao)進行補(bu)償(chang)的(de)方(fang)法。
管(guan)(guan)(guan)道(dao)在現場(chang)的(de)(de)走向是根(gen)據工藝設備的(de)(de)布(bu)置情況決定的(de)(de)。利(li)用改變管(guan)(guan)(guan)道(dao)走向、調整支(zhi)撐(cheng)點的(de)(de)位(wei)置或改變支(zhi)吊架的(de)(de)形(xing)式，增加管(guan)(guan)(guan)道(dao)自身(shen)的(de)(de)柔(rou)性，以補償其熱膨脹和端點附加位(wei)移(yi)的(de)(de)辦法稱為管(guan)(guan)(guan)道(dao)自然補償。例(li)如在管(guan)(guan)(guan)道(dao)中布(bu)置適當的(de)(de)L形(xing)、Z形(xing)或I形(xing)管(guan)(guan)(guan)段(duan)，即可(ke)有(you)效地增加管(guan)(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)柔(rou)性。這種(zhong)補償辦法結(jie)構簡單(dan)、運行可(ke)靠(kao)、投資少，所以被(bei)廣(guang)泛采用。
1. 金屬(shu)波紋管膨(peng)脹節
隨著大直徑(jing)高(gao)(gao)溫管(guan)(guan)道的(de)增多和(he)金屬波紋(wen)(wen)管(guan)(guan)膨脹(zhang)(zhang)節(jie)制(zhi)造(zao)(zao)(zao)技(ji)術(shu)的(de)提高(gao)(gao)，近年來(lai)金屬波紋(wen)(wen)管(guan)(guan)膨脹(zhang)(zhang)節(jie)在(zai)壓力管(guan)(guan)道中得(de)到了(le)廣泛應(ying)用(yong)。此種(zhong)補償(chang)器(qi)制(zhi)造(zao)(zao)(zao)技(ji)術(shu)較(jiao)為復雜，價格(ge)高(gao)(gao)。一(yi)般采用(yong)0.5~3mm薄(bo)不銹鋼板(ban)制(zhi)造(zao)(zao)(zao)，耐壓低，補償(chang)能力大，適用(yong)于(yu)低壓大直徑(jing)高(gao)(gao)溫管(guan)(guan)道。但(dan)應(ying)當指出，在(zai)強度上(shang)它是管(guan)(guan)道中的(de)薄(bo)弱環節(jie)，與自然補償(chang)比較(jiao)可靠性(xing)差，應(ying)正確選用(yong)與安裝。目前此種(zhong)補償(chang)器(qi)尚無國家(jia)標(biao)準，各企業標(biao)準的(de)波紋(wen)(wen)管(guan)(guan)參數(shu)尚不統一(yi)，但(dan)其制(zhi)造(zao)(zao)(zao)技(ji)術(shu)條件(jian)已有國家(jia)標(biao)準GB/T 12777《金屬波紋(wen)(wen)管(guan)(guan)膨脹(zhang)(zhang)節(jie)制(zhi)造(zao)(zao)(zao)技(ji)術(shu)條件(jian)》。
根據金屬波紋管膨脹節的結構和(he)功能(neng)，其基本(ben)形式可分十大類。如表3-16所示。
壓力(li)管(guan)道常用的金屬波紋(wen)管(guan)膨脹節主要有單式(shi)軸向型、復(fu)式(shi)拉桿型、單式(shi)鉸(jiao)鏈型及(ji)彎管(guan)壓力(li)平衡型等幾種(zhong)。
①. 單(dan)式軸向型膨脹(zhang)節
單(dan)式軸(zhou)向型膨脹(zhang)節結構簡單(dan)、價格低(di)，主要用于吸收(shou)軸(zhou)向位(wei)移(yi)(yi)，在一定條件下可吸收(shou)少量角位(wei)移(yi)(yi)和軸(zhou)向位(wei)移(yi)(yi)。用于吸收(shou)軸(zhou)向位(wei)移(yi)(yi)的(de)單(dan)式軸(zhou)向型膨脹(zhang)節的(de)典型布置如圖 3-15 所示。
單式軸向型膨脹(zhang)節屬(shu)于無約束型波紋膨脹(zhang)節，不能承受波紋管壓力(li)推(tui)力(li)。選用時應注意(yi)下列問題(ti)。
a. 兩固定支(zhi)座之間的管(guan)道上(shang)只能布置一個該型膨脹節。
b. 固定支座必須有足夠的強度，以承受波紋管(guan)壓力推力。
c. 對(dui)管(guan)道(dao)必須進行嚴格保護，尤(you)其是靠近(jin)波紋管(guan)膨(peng)脹(zhang)節的部位(wei)應設置導向架，第一(yi)個導向支(zhi)架與膨(peng)脹(zhang)節的距離應小于4DN,第二個導向支(zhi)架與第一(yi)個導向支(zhi)架的距離應不大(da)于14DN,以防止管(guan)道(dao)有彎曲或徑向偏移造(zao)成(cheng)膨(peng)脹(zhang)節破壞。
②. 復式拉桿(gan)型膨脹節
復(fu)式拉桿型膨(peng)脹(zhang)節的安裝示(shi)(shi)意圖如圖3-16所示(shi)(shi)。管道呈Z形，補(bu)償器(qi)可吸收(shou)拉桿之間(jian)管道的軸(zhou)向膨(peng)脹(zhang)量(liang)，拉桿承受內(nei)壓推(tui)力，兩側管道的膨(peng)脹(zhang)使補(bu)償器(qi)產生(sheng)橫向位(wei)移，兩個膨(peng)脹(zhang)節均(jun)產生(sheng)角位(wei)移。
③. 單式鉸鏈型膨脹(zhang)節
一般將兩個或三(san)個單式鉸(jiao)鏈型膨(peng)(peng)脹(zhang)節布(bu)置(zhi)在一個平面內，如(ru)圖3-17所示。工作時利用每個膨(peng)(peng)脹(zhang)節產生的角位移(yi)來吸收(shou)管道的熱膨(peng)(peng)脹(zhang)。這種布(bu)置(zhi)方法可吸收(shou)較大的膨(peng)(peng)脹(zhang)量(liang)。
④. 彎(wan)管壓(ya)力平衡型膨脹節
能平衡膨脹(zhang)節的壓力推力，可(ke)避免壓力推力作用在與(yu)其連(lian)(lian)接(jie)的機(ji)(ji)器管(guan)嘴(zui)上，所以在與(yu)汽輪機(ji)(ji)、離心(xin)壓縮機(ji)(ji)等敏感(gan)設備連(lian)(lian)接(jie)的管(guan)道上應用較多。安裝示意圖(tu)如圖(tu)3-18所示。
2. 球(qiu)形補(bu)償器
①. 結構及工(gong)作原理
球形(xing)補(bu)(bu)償(chang)器(qi)(qi)的(de)結構如圖3-19所(suo)示，其工作原理(li)如圖3-20(a)所(suo)示，球體可(ke)以(yi)繞本(ben)身軸(zhou)線旋轉［見圖3-20(b)],還(huan)可(ke)以(yi)向任意方向做折曲運動(dong)［見圖3-20(c)].利用球形(xing)補(bu)(bu)償(chang)器(qi)(qi)的(de)這些特點，可(ke)將其角(jiao)(jiao)度位(wei)(wei)(wei)移轉變(bian)(bian)為管(guan)道(dao)的(de)直線位(wei)(wei)(wei)移來(lai)吸收管(guan)道(dao)的(de)熱膨脹量，在轉變(bian)(bian)過程中，為保證管(guan)道(dao)的(de)直線性，球形(xing)補(bu)(bu)償(chang)器(qi)(qi)本(ben)身的(de)角(jiao)(jiao)度也需要(yao)(yao)給(gei)予補(bu)(bu)償(chang)，因此，必須要(yao)(yao)兩個或三個組成一組來(lai)使用，單(dan)個球形(xing)補(bu)(bu)償(chang)器(qi)(qi)是不能吸收直線位(wei)(wei)(wei)移的(de)［見圖3-20(d)]。
球(qiu)形補償器的(de)三個(ge)重要(yao)參數指標是：球(qiu)心距R、折曲(qu)角0和位移(yi)量Δ.θ的(de)大小由制造廠提供(gong)，與結構尺寸有關，國內(nei)產品一般(ban)為30°,國外產品有30°、15°等多(duo)種(zhong)形式，其余兩項R和Δ由設計確定。
②. 使用(yong)場(chang)合
a. 適(shi)用范圍 公稱壓力(li)PN≤1.6MPa;設(she)計(ji)溫(wen)度(du)T≤350℃;公稱尺寸DN50~600mm.
b. 適用(yong)于輸送非易燃和(he)無毒的熱(re)介(jie)質管道(dao)，如蒸(zheng)汽(qi)、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(yong)。
c. 球形(xing)補償器(qi)的(de)(de)補償量大，最適合在廠際之間或區域(yu)性的(de)(de)較長距離的(de)(de)熱管(guan)(guan)(guan)道上(shang)使(shi)用。由于采用球形(xing)補償器(qi)比(bi)U形(xing)膨脹彎管(guan)(guan)(guan)少用很多(duo)彎頭，故也適用于對(dui)壓力(li)降有要求的(de)(de)熱管(guan)(guan)(guan)道。另(ling)外，還可以使(shi)用在對(dui)接管(guan)(guan)(guan)載(zai)荷有限制的(de)(de)設(she)備進出口管(guan)(guan)(guan)道上(shang)。
d. 球形補償器(qi)可吸收布(bu)置在建筑物或儲罐之間(jian)的管道因基礎下沉而引起的相對位移(yi)。
e. 球形補償(chang)器可以(yi)緩解或消除管道系統因地(di)震而產生(sheng)的超載應力(li)。
③. 布(bu)置(zhi)方式和補償(chang)量計(ji)算
a. 直線管道固定支架間 距如表3-17所示。
b. 水平Z形布置(zhi) 有單向(xiang)式(shi)、雙向(xiang)式(shi)和三(san)球式(shi)三(san)種布置(zhi)方式(shi)。
· 單(dan)向式
單向(xiang)(xiang)式包(bao)括單向(xiang)(xiang)A式和單向(xiang)(xiang)B式2種，如圖3-21所示(shi)。
單向(xiang)A式(shi)的主要特征是球(qiu)形補償器設在兩個(ge)固(gu)(gu)定支(zhi)架(jia)之間，離(li)其(qi)中一(yi)個(ge)固(gu)(gu)定支(zhi)架(jia)（A點）很近(jin)，離(li)另一(yi)個(ge)固(gu)(gu)定支(zhi)架(jia)（B點）較(jiao)遠，這種布(bu)置只吸收(shou)一(yi)個(ge)方向(xiang)的位(wei)移(yi)。一(yi)般(ban)受到地形位(wei)置限制時(shi)用此布(bu)置方式(shi)。
單(dan)(dan)向(xiang)B式的(de)特征與(yu)(yu)單(dan)(dan)向(xiang)A式相(xiang)同(tong)，用在無位(wei)置(zhi)限制的(de)條件下，與(yu)(yu)單(dan)(dan)向(xiang)A式不同(tong)之處是熱脹終止位(wei)置(zhi)不同(tong)，以及固定(ding)支(zhi)架(jia)(jia)1與(yu)(yu)②承受推力大小不同(tong)，如(ru)固定(ding)支(zhi)架(jia)(jia)②與(yu)(yu)支(zhi)架(jia)(jia)1相(xiang)比(bi)，需要考慮(lv)(lv)管道載(zai)荷(he)的(de)摩擦力，而固定(ding)支(zhi)架(jia)(jia)1與(yu)(yu)支(zhi)架(jia)(jia)②相(xiang)比(bi)，需要考慮(lv)(lv)球形補償器動作時(shi)的(de)側向(xiang)力。
單(dan)向(xiang)式(shi)的位移量Δ、折曲角0、球(qiu)心距R間關系為： 單(dan)向(xiang)A式(shi) Δ=Rsin (0/2) （3-1) 、 單(dan)向(xiang)B式(shi)Δ=2Rsin(0/2) （3-2)
· 雙向式(shi)
球(qiu)形補償器設在(zai)兩固定(ding)支(zhi)架中間(jian)，而且離兩支(zhi)架距離都較遠(yuan)時，能吸收兩個方向的(de)位移（見圖3-22),位移量(liang)Δ=Δ1+Δ2.布(bu)置時盡量(liang)使(shi)兩邊管(guan)段(duan)（A段(duan)、B段(duan)）相等，其Δ、R、0的(de)關系(xi)式(shi)為： Δ1+Δ2=2Rsin(0/2)（3-3)
· 三球式
當整條(tiao)管(guan)道不能(neng)吸(xi)收橫向位移時，應采(cai)用此(ci)種形式，用第三(san)個(ge)球吸(xi)收管(guan)道的橫向位移（見(jian)圖(tu)3-23).位移Δ、球心(xin)距R、折曲角0的關系式為(wei)Δ=2Rsin(0/2)（3-4)
圖3-23中R1、β和(he)橫向(xiang)位移Δ:的(de)(de)關系式(shi)為(wei) Δ=Risinβ（3-5)式(shi)中，β不能大于球(qiu)形補償器全折曲角8的(de)(de)一半。
c. 水平(ping)L形(xing)布置
水平L形布置可吸收兩(liang)段相互垂(chui)直管道的(de)位移（見(jian)圖3-24)。
確定(ding)兩(liang)球(qiu)中(zhong)心間距(ju)R1、R2時(shi)，先用(yong)直(zhi)線段(duan)L1、L2按式（3-6)計(ji)(ji)算位移(yi)量Δ1、Δ2,兩(liang)者中(zhong)的(de)(de)(de)較大值Δ,并按式（3-1)計(ji)(ji)算出(chu)中(zhong)心距(ju)，而(er)后(hou)將求出(chu)的(de)(de)(de)數值乘以1.5,作為(wei)＝R2的(de)(de)(de)數值，然后(hou)用(yong)R1、R2按式（3-7)及(ji)實際的(de)(de)(de)Δ1及(ji)Δ2重(zhong)新求出(chu)01和02.檢查(cha)01＋02=0:是(shi)否超(chao)過(guo)(guo)制造廠規(gui)定(ding)的(de)(de)(de)折(zhe)曲角（03<30°),如果超(chao)過(guo)(guo)則需加長球(qiu)心距(ju)，然后(hou)重(zhong)計(ji)(ji)算。
Δ=αtL(t1-to)（3-6)
中(zhong)Δ 熱膨脹(zhang)量，mm;
L-管(guan)道直線(xian)長度，mm;
r1-管道(dao)工作溫度，℃;
t0-管道安裝(zhuang)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值要比計算值大，以保證留有余量。
d. 垂直面布置(zhi)
· 垂直Z形布置的原理及計算(suan)式與水平Z形布置相同（見圖3-25).
· 兩組球(qiu)形補償(chang)(chang)器(qi)組合垂(chui)直布(bu)置 利用球(qiu)形補償(chang)(chang)器(qi)的工作原理，在實(shi)際應用中，將訴組布(bu)置在一起，既方便支架的布(bu)置，又整(zheng)齊(qi)美(mei)觀。但要注(zhu)意，兩組中間一定要用固定支架（見圖3-26).
e. 球形補償器附近的(de)彎頭(tou)至第一(yi)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)彎頭(tou)E點(dian)至導(dao)向支架G點(dian)的距(ju)離，應滿足柔(rou)性的要(yao)求。球形補償器前后兩個(ge)彎頭(tou)之間的管長的熱膨脹量(liang)設為Δ,可作為EG段柔(rou)性計算依據(ju)，但由于球形補償器在(zai)(zai)位(wei)移過程(cheng)中(zhong)，其軌跡是弧線，所(suo)以在(zai)(zai)球形補償器附近將產生(sheng)偏移量(liang)y,當球形補償器從中(zhong)心線向一個(ge)方向擺動時(shi)(shi),對(dui)于垂(chui)直Z形布置(zhi)的管道（見圖(tu)3-25),如(ru)有特殊要(yao)求，必須在(zai)(zai)彎頭(tou)E點(dian)附近設置(zhi)支架時(shi)(shi)，應采用彈簧(huang)支架。
f. 在分(fen)支管上(shang)布置球形補償(chang)器
當(dang)主管與分(fen)支管在(zai)同一平面(mian)時(shi)，可(ke)按圖(tu)3-27所(suo)示方(fang)式布置(zhi)。當(dang)主管有較大位移時(shi)，可(ke)按圖(tu)3-27(a)布置(zhi)。帶球(qiu)形(xing)補(bu)償器的(de)分(fen)支管的(de)x長度應滿足前面(mian)第e點(dian)所(suo)述位移ΔR的(de)要(yao)求。當(dang)不能布置(zhi)成吸收段“x”時(shi)，可(ke)采用(yong)三球(qiu)布置(zhi)方(fang)式，見(jian)圖(tu)3-27(b),其(qi)計(ji)(ji)算(suan)方(fang)法與L形(xing)布置(zhi)計(ji)(ji)算(suan)相同。
④. 反作(zuo)用力計算
球形補償器轉動力(li)(li)矩M引起的反作用力(li)(li)F1可按下式(shi)計(ji)算
F1=2M/R1（3-12)
式中(zhong) F1-轉動力(li)矩(ju)而引起(qi)的(de)反作用力(li)，N;
M-球形補(bu)償器轉動力矩（由制造廠提供），N·m;
R1-球心距在作用面上(shang)的投(tou)影(ying)長度，m,R1=Rcos(0/2)(當0小于30°時，可取R1~R).
3. 套筒式補(bu)償器（填料函式管道伸縮節(jie)）
①. 主要結構類型
a. 重載套(tao)筒式補償器
其內(nei)部(bu)(bu)沒有(you)內(nei)壓平衡結構，端部(bu)(bu)固定(ding)點需承受(shou)彎管或閥門、盲板的內(nei)壓推力(li)（見圖(tu)3-28).
b. 減載套筒式補償器
其內(nei)(nei)部有內(nei)(nei)壓平(ping)衡(heng)結構(gou)，端(duan)部的(de)彎管或閥門、盲板的(de)內(nei)(nei)壓推(tui)力與補償器內(nei)(nei)部構(gou)件的(de)軸向承壓面所(suo)受的(de)內(nei)(nei)壓推(tui)力平(ping)衡(heng)，所(suo)以固(gu)定支架(jia)可以不考慮內(nei)(nei)壓推(tui)力的(de)作用，但目前尚(shang)無(wu)定型(xing)產品和標準，選用時要(yao)慎重。
②. 使用(yong)場(chang)合(he)
a. 適用范圍。公稱壓(ya)力：PN≤2.5MPa;工作溫度≤200℃;公稱尺寸：DN50~600mm;輸送介質：蒸汽、水(shui)。
b. 這(zhe)種補償器有易(yi)泄漏和軸(zhou)向推力較大的(de)缺點，一般很少選用(yong)，尤其在裝置內或寒冷地區更不能選用(yong)這(zhe)種補償器。在裝置外、廠區內或廠際之間(jian)的(de)熱管道上，在布(bu)置U形(xing)膨(peng)脹彎管受空間(jian)位置限(xian)制時可以選用(yong)，但盡量(liang)少用(yong)。
③. 布(bu)置方式
套筒式(shi)補(bu)償器只能(neng)(neng)用(yong)于直線熱管(guan)道上吸收熱伸長，不(bu)能(neng)(neng)用(yong)于彎管(guan)和(he)空(kong)間管(guan)系(xi)。
套(tao)筒式補(bu)償(chang)(chang)器(qi)兩邊直管(guan)端(duan)點（根(gen)據(ju)補(bu)償(chang)(chang)器(qi)的補(bu)償(chang)(chang)能力(li)計算固定點的位置(zhi)(zhi)），必(bi)須設置(zhi)(zhi)固定架(jia)。導向支(zhi)架(jia)布(bu)置(zhi)(zhi)要求(qiu)和波(bo)紋(wen)管(guan)膨(peng)脹節(jie)的布(bu)置(zhi)(zhi)要求(qiu)相同(tong)。
