為了防止管(guan)道(dao)熱(re)(re)膨(peng)脹產生的破壞作用(yong)，在(zai)管(guan)道(dao)設計中，應當(dang)對高溫管(guan)道(dao)進(jin)行(xing)熱(re)(re)補(bu)償(chang)(chang)設計。管(guan)道(dao)的熱(re)(re)補(bu)償(chang)(chang)方法(fa)有兩(liang)種(zhong)：一種(zhong)是利(li)用(yong)管(guan)道(dao)自身的柔性吸(xi)收其位移變形的自然(ran)補(bu)償(chang)(chang)法(fa)；另一種(zhong)是利(li)用(yong)在(zai)管(guan)道(dao)中設置適(shi)當(dang)形式的補(bu)償(chang)(chang)器對管(guan)道(dao)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)(chang)的方法(fa)。

  管(guan)(guan)(guan)道(dao)在現場的(de)(de)(de)(de)(de)(de)走向(xiang)是根(gen)據(ju)工藝設備的(de)(de)(de)(de)(de)(de)布(bu)置(zhi)情況決定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。利用改變(bian)管(guan)(guan)(guan)道(dao)走向(xiang)、調整支(zhi)撐點(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)位置(zhi)或改變(bian)支(zhi)吊(diao)架的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)式，增加(jia)管(guan)(guan)(guan)道(dao)自身(shen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)柔(rou)(rou)性，以(yi)補償(chang)其熱膨脹和端點(dian)附加(jia)位移的(de)(de)(de)(de)(de)(de)辦法(fa)稱為管(guan)(guan)(guan)道(dao)自然補償(chang)。例如在管(guan)(guan)(guan)道(dao)中布(bu)置(zhi)適當的(de)(de)(de)(de)(de)(de)L形(xing)、Z形(xing)或I形(xing)管(guan)(guan)(guan)段(duan)，即可有效地增加(jia)管(guan)(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)柔(rou)(rou)性。這種(zhong)補償(chang)辦法(fa)結(jie)構簡單(dan)、運(yun)行可靠、投(tou)資少，所以(yi)被廣泛采用。

1. 金屬(shu)波紋(wen)管(guan)膨脹節(jie)

  隨著大直(zhi)徑高溫管(guan)(guan)道(dao)的(de)增(zeng)多和金(jin)屬(shu)波紋管(guan)(guan)膨脹(zhang)節制造技(ji)(ji)術的(de)提高，近年來金(jin)屬(shu)波紋管(guan)(guan)膨脹(zhang)節在壓力管(guan)(guan)道(dao)中得到(dao)了廣泛(fan)應用(yong)。此(ci)(ci)種補(bu)償(chang)器制造技(ji)(ji)術較(jiao)為(wei)復(fu)雜，價格(ge)高。一般采用(yong)0.5~3mm薄不(bu)銹鋼(gang)板制造，耐壓低，補(bu)償(chang)能力大，適(shi)用(yong)于低壓大直(zhi)徑高溫管(guan)(guan)道(dao)。但(dan)應當指出(chu)，在強度上它是管(guan)(guan)道(dao)中的(de)薄弱環節，與自然補(bu)償(chang)比較(jiao)可靠性(xing)差，應正確選用(yong)與安裝。目前此(ci)(ci)種補(bu)償(chang)器尚無國家(jia)標(biao)準，各(ge)企業(ye)標(biao)準的(de)波紋管(guan)(guan)參(can)數尚不(bu)統一，但(dan)其制造技(ji)(ji)術條(tiao)件(jian)已有國家(jia)標(biao)準GB/T 12777《金(jin)屬(shu)波紋管(guan)(guan)膨脹(zhang)節制造技(ji)(ji)術條(tiao)件(jian)》。

  根據金(jin)屬波紋管膨脹節的結構和功能，其基(ji)本形式可分十(shi)大類。如表3-16所示。

  壓(ya)力管(guan)道(dao)常用(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)鉸鏈型(xing)及(ji)彎管(guan)壓(ya)力平(ping)衡型(xing)等幾種。

  ①. 單式(shi)軸向型膨脹(zhang)節

   單式軸(zhou)向型(xing)膨(peng)脹節結構簡(jian)單、價格低，主要用(yong)于(yu)吸收(shou)軸(zhou)向位移，在一定(ding)條(tiao)件下可吸收(shou)少(shao)量角位移和(he)軸(zhou)向位移。用(yong)于(yu)吸收(shou)軸(zhou)向位移的單式軸(zhou)向型(xing)膨(peng)脹節的典型(xing)布置如圖(tu) 3-15 所示。

   單式軸向型膨(peng)脹節屬(shu)于無約束(shu)型波(bo)紋膨(peng)脹節，不能承受波(bo)紋管壓力(li)推力(li)。選用時應注意(yi)下列(lie)問題。

    a. 兩固定支座(zuo)之間的管(guan)道(dao)上只能(neng)布(bu)置一個該型膨脹節。

    b. 固定(ding)支座必(bi)須有(you)足夠的(de)強度，以承(cheng)受波(bo)紋(wen)管壓力推(tui)力。

    c. 對管道(dao)必須進(jin)行嚴格(ge)保護，尤(you)其是靠近波紋(wen)管膨(peng)脹節的部位應設置導(dao)向架(jia)，第一(yi)個(ge)導(dao)向支架(jia)與(yu)膨(peng)脹節的距離應小于4DN,第二個(ge)導(dao)向支架(jia)與(yu)第一(yi)個(ge)導(dao)向支架(jia)的距離應不(bu)大于14DN,以防止(zhi)管道(dao)有彎曲或徑向偏(pian)移造(zao)成膨(peng)脹節破壞。

  ②. 復式拉(la)桿型膨脹節

   復式拉桿型膨(peng)脹節(jie)的(de)(de)安(an)裝示(shi)意圖如圖3-16所示(shi)。管(guan)(guan)(guan)道(dao)呈Z形，補(bu)償器可吸收拉桿之間管(guan)(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)軸向膨(peng)脹量，拉桿承受內壓推力，兩(liang)側(ce)管(guan)(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)膨(peng)脹使(shi)補(bu)償器產生橫向位移，兩(liang)個膨(peng)脹節(jie)均產生角位移。

  ③. 單式鉸(jiao)鏈型膨脹節 

    一般將兩個或三個單式鉸鏈(lian)型膨脹(zhang)節布置在(zai)一個平面內(nei)，如圖3-17所(suo)示(shi)。工作時(shi)利(li)用每個膨脹(zhang)節產生的角位移來吸(xi)收管(guan)道的熱膨脹(zhang)。這種布置方法可(ke)吸(xi)收較大(da)的膨脹(zhang)量。

  ④. 彎(wan)管(guan)壓力平(ping)衡型膨脹節

    能平衡(heng)膨(peng)脹(zhang)節的壓(ya)(ya)力(li)(li)推(tui)力(li)(li)，可避免壓(ya)(ya)力(li)(li)推(tui)力(li)(li)作用在與其連接的機(ji)器管嘴上，所以在與汽輪(lun)機(ji)、離心壓(ya)(ya)縮(suo)機(ji)等敏感設備連接的管道(dao)上應用較多。安(an)裝示意圖如圖3-18所示。

 2. 球形補償器(qi)

  ①. 結構(gou)及(ji)工作(zuo)原理

   球(qiu)(qiu)形補償(chang)器(qi)(qi)(qi)的結(jie)構如圖3-19所示，其(qi)工作(zuo)原理如圖3-20(a)所示，球(qiu)(qiu)體可以(yi)繞本身軸線旋(xuan)轉［見圖3-20(b)],還可以(yi)向任(ren)意(yi)方向做折曲(qu)運動［見圖3-20(c)].利用球(qiu)(qiu)形補償(chang)器(qi)(qi)(qi)的這些特點(dian)，可將其(qi)角度位移(yi)(yi)(yi)轉變(bian)為(wei)管(guan)(guan)道(dao)的直(zhi)線位移(yi)(yi)(yi)來吸(xi)收管(guan)(guan)道(dao)的熱膨脹量，在轉變(bian)過程中，為(wei)保證管(guan)(guan)道(dao)的直(zhi)線性，球(qiu)(qiu)形補償(chang)器(qi)(qi)(qi)本身的角度也需要給予補償(chang)，因此，必須要兩個或三個組(zu)成一組(zu)來使(shi)用，單個球(qiu)(qiu)形補償(chang)器(qi)(qi)(qi)是(shi)不能吸(xi)收直(zhi)線位移(yi)(yi)(yi)的［見圖3-20(d)]。

  球形補償器的(de)三個重要(yao)參(can)數指標是：球心距R、折曲(qu)角0和(he)位移量(liang)Δ.θ的(de)大小(xiao)由制(zhi)造廠提供，與結構尺寸有(you)關，國內產(chan)品一般為30°,國外(wai)產(chan)品有(you)30°、15°等(deng)多種形式(shi)，其(qi)余兩項R和(he)Δ由設計確(que)定。

  ②. 使用場(chang)合

    a. 適用(yong)范圍  公稱壓力PN≤1.6MPa;設計(ji)溫度T≤350℃;公稱尺寸DN50~600mm.

    b. 適用于輸送非(fei)易燃和無(wu)毒的熱介質管(guan)道，如蒸汽、熱水、凝結水、熱油、熱空氣等(deng)管(guan)道。有腐(fu)蝕性熱介質的管(guan)道不宜使用。

    c. 球形補償器(qi)的(de)補償量(liang)大(da)，最適合在廠際之間或區域性的(de)較長(chang)距離的(de)熱管(guan)道(dao)(dao)上使(shi)用。由于采用球形補償器(qi)比U形膨脹(zhang)彎管(guan)少用很多彎頭，故也適用于對(dui)壓力降有(you)(you)要求的(de)熱管(guan)道(dao)(dao)。另外，還可(ke)以使(shi)用在對(dui)接管(guan)載(zai)荷(he)有(you)(you)限制的(de)設(she)備進出口(kou)管(guan)道(dao)(dao)上。

   d. 球形補償器(qi)可吸收布(bu)置(zhi)在建筑物或儲罐之間的(de)管道(dao)因基礎(chu)下沉而引起的(de)相對位移。

   e. 球形補償器可以緩(huan)解或消除(chu)管道系統因地震而(er)產生的(de)超載應力。

  ③. 布置方(fang)式和(he)補償量計算(suan)

   a. 直線管道固(gu)定支架間(jian)   距如(ru)表3-17所示。

   b. 水(shui)平Z形布置  有單向(xiang)式(shi)、雙向(xiang)式(shi)和三球式(shi)三種布置方(fang)式(shi)。

    · 單向式  

     單(dan)(dan)向式包括單(dan)(dan)向A式和單(dan)(dan)向B式2種(zhong)，如圖(tu)3-21所示。

     單向A式的主要(yao)特征(zheng)是球形補償(chang)器設在兩(liang)個固定支架之間，離其中一(yi)個固定支架（A點）很近，離另一(yi)個固定支架（B點）較遠，這種布置(zhi)只(zhi)吸收(shou)一(yi)個方(fang)向的位移。一(yi)般受到地(di)形位置(zhi)限(xian)制時(shi)用此布置(zhi)方(fang)式。

     單(dan)向(xiang)B式的(de)特征與(yu)單(dan)向(xiang)A式相同(tong)，用在無位置限制(zhi)的(de)條件下(xia)，與(yu)單(dan)向(xiang)A式不(bu)同(tong)之處是熱脹終止位置不(bu)同(tong)，以及固定支(zhi)架1與(yu)②承受推力(li)大小不(bu)同(tong)，如固定支(zhi)架②與(yu)支(zhi)架1相比，需要考(kao)(kao)慮管道(dao)載(zai)荷(he)的(de)摩(mo)擦力(li)，而固定支(zhi)架1與(yu)支(zhi)架②相比，需要考(kao)(kao)慮球(qiu)形補償(chang)器動作時的(de)側向(xiang)力(li)。

  單向(xiang)式(shi)的位移(yi)量(liang)Δ、折曲角(jiao)0、球心距R間(jian)關系為： 單向(xiang)A式(shi) Δ=Rsin (0/2) （3-1) 、 單向(xiang)B式(shi)Δ=2Rsin(0/2) （3-2)

  · 雙向式 

    球形(xing)補償器設在(zai)兩固定支架(jia)中間，而且離兩支架(jia)距離都較遠時(shi)，能吸收兩個方向的位移(yi)（見(jian)圖3-22),位移(yi)量Δ=Δ1+Δ2.布(bu)置時(shi)盡量使兩邊管(guan)段(duan)（A段(duan)、B段(duan)）相(xiang)等(deng)，其Δ、R、0的關系式為： Δ1+Δ2=2Rsin(0/2)（3-3)

 · 三球式(shi) 

  當整條管(guan)道不能吸收(shou)橫向位移(yi)時，應采用(yong)此種形式，用(yong)第(di)三個球吸收(shou)管(guan)道的橫向位移(yi)（見(jian)圖3-23).位移(yi)Δ、球心距R、折(zhe)曲角0的關(guan)系(xi)式為Δ=2Rsin(0/2)（3-4)

    圖3-23中R1、β和橫向位移Δ:的關系式為 Δ=Risinβ（3-5)式中，β不能大于球形補償器全折曲角8的一半(ban)。

  c. 水(shui)平L形布置

   水平(ping)L形(xing)布置可吸收兩段相互(hu)垂(chui)直管道的位移（見圖(tu)3-24)。

   確定兩球中心(xin)間距(ju)R1、R2時，先(xian)用(yong)(yong)直線(xian)段L1、L2按式（3-6)計算位移量(liang)Δ1、Δ2,兩者中的(de)較大(da)值(zhi)Δ,并按式（3-1)計算出中心(xin)距(ju)，而(er)后將求出的(de)數值(zhi)乘以(yi)1.5,作(zuo)為＝R2的(de)數值(zhi)，然后用(yong)(yong)R1、R2按式（3-7)及實際的(de)Δ1及Δ2重新求出01和02.檢查01＋02=0:是否超過制造廠規定的(de)折曲角（03<30°),如果超過則需加長球心(xin)距(ju)，然后重計算。

    Δ=αtL(t1-to)（3-6)

     中Δ 熱膨脹量，mm;

    L-管道(dao)直(zhi)線長度，mm;

    r1-管道工作溫(wen)度，℃;

    t0-管道(dao)安裝溫度，℃;

    Q:-管(guan)材在工作溫(wen)度下的(de)線脹系數，1/℃.

  必須(xu)注意，實際R1、R2值(zhi)要比計算值(zhi)大，以(yi)保證留有(you)余量(liang)。

 d. 垂直面布置(zhi)

  · 垂直Z形布置的原理及計算(suan)式與(yu)水平Z形布置相同（見(jian)圖3-25).

  · 兩(liang)組球形補(bu)償器(qi)組合垂直布置(zhi) 利用(yong)球形補(bu)償器(qi)的(de)工作原理，在(zai)(zai)實際應用(yong)中，將訴組布置(zhi)在(zai)(zai)一起，既方便支(zhi)架的(de)布置(zhi)，又(you)整齊美觀。但要注意，兩(liang)組中間一定(ding)要用(yong)固定(ding)支(zhi)架（見圖3-26).

 e. 球形補償器附近的彎頭至第一個導向(xiang)支架(jia)的距離

   例如(ru)圖3-21(a)及圖3-25中(zhong)彎(wan)頭E點(dian)至導向支(zhi)架(jia)G點(dian)的距(ju)離，應(ying)滿足柔(rou)性的要(yao)求(qiu)(qiu)。球(qiu)形補(bu)償器(qi)前后(hou)兩個彎(wan)頭之間的管(guan)長的熱膨脹量(liang)設(she)(she)為(wei)Δ,可作為(wei)EG段柔(rou)性計(ji)算依據，但由于球(qiu)形補(bu)償器(qi)在(zai)位移過(guo)程(cheng)中(zhong)，其軌跡是弧線，所以在(zai)球(qiu)形補(bu)償器(qi)附(fu)近將產生偏(pian)移量(liang)y,當球(qiu)形補(bu)償器(qi)從中(zhong)心線向一(yi)個方向擺(bai)動時,對(dui)于垂直Z形布置(zhi)的管(guan)道(dao)（見(jian)圖3-25),如(ru)有(you)特殊要(yao)求(qiu)(qiu)，必須在(zai)彎(wan)頭E點(dian)附(fu)近設(she)(she)置(zhi)支(zhi)架(jia)時，應(ying)采用(yong)彈簧支(zhi)架(jia)。

  f. 在(zai)分(fen)支(zhi)管上布置(zhi)球(qiu)形補償器

  當(dang)(dang)主管與分(fen)支(zhi)管在同(tong)一平面時，可按(an)圖3-27所示方(fang)式布(bu)置。當(dang)(dang)主管有較大位(wei)移(yi)時，可按(an)圖3-27(a)布(bu)置。帶球形補償(chang)器的(de)分(fen)支(zhi)管的(de)x長度應滿(man)足前面第e點所述位(wei)移(yi)ΔR的(de)要(yao)求。當(dang)(dang)不能布(bu)置成吸收段(duan)“x”時，可采用三球布(bu)置方(fang)式，見圖3-27(b),其計算方(fang)法(fa)與L形布(bu)置計算相(xiang)同(tong)。

 ④. 反作用(yong)力計算 

  球形補償器轉動力矩M引起的反作用(yong)力F1可按下式(shi)計算

    F1=2M/R1（3-12)

   式中 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（由制造廠提供），N·m;

   R1-球心距在作用(yong)面上的投影(ying)長(chang)度，m,R1=Rcos(0/2)(當0小(xiao)于30°時，可(ke)取(qu)R1~R).

 3. 套(tao)筒式(shi)補償器（填料函式(shi)管道(dao)伸縮節）

  ①. 主(zhu)要(yao)結(jie)構類(lei)型

   a. 重(zhong)載(zai)套筒式補償器

   其內(nei)(nei)部(bu)(bu)沒(mei)有內(nei)(nei)壓(ya)平(ping)衡結構，端部(bu)(bu)固定點需承受彎管(guan)或閥門、盲(mang)板的內(nei)(nei)壓(ya)推力（見(jian)圖3-28).

   b. 減載套筒式補償器

   其(qi)內部有內壓(ya)(ya)平衡結構，端部的彎(wan)管或閥門(men)、盲板的內壓(ya)(ya)推力(li)與補償器內部構件的軸(zhou)向承壓(ya)(ya)面所(suo)受的內壓(ya)(ya)推力(li)平衡，所(suo)以固定支架可以不考慮內壓(ya)(ya)推力(li)的作用，但(dan)目前尚無定型產品和標準，選用時要(yao)慎重。

  ②. 使(shi)用場合

   a. 適用范圍。公(gong)稱壓力：PN≤2.5MPa;工(gong)作溫度≤200℃;公(gong)稱尺寸：DN50~600mm;輸送介質：蒸汽、水。

   b. 這種補償器(qi)(qi)有易泄漏和軸向推力較大的缺點(dian)，一般很少(shao)選用(yong)(yong)，尤其(qi)在裝(zhuang)置內(nei)或(huo)寒冷(leng)地區更不(bu)能選用(yong)(yong)這種補償器(qi)(qi)。在裝(zhuang)置外(wai)、廠(chang)區內(nei)或(huo)廠(chang)際之間(jian)的熱管(guan)道上，在布置U形膨(peng)脹彎管(guan)受空間(jian)位置限制時可(ke)以(yi)選用(yong)(yong)，但(dan)盡(jin)量少(shao)用(yong)(yong)。

  ③. 布(bu)置方式 

  套筒式補(bu)償器只能用于(yu)直線熱管道上吸(xi)收(shou)熱伸(shen)長(chang)，不能用于(yu)彎管和空間(jian)管系。

  套(tao)筒(tong)式補償器(qi)兩邊直管端點（根據補償器(qi)的(de)補償能力計算(suan)固(gu)定點的(de)位置(zhi)(zhi)），必須(xu)設置(zhi)(zhi)固(gu)定架。導向支架布置(zhi)(zhi)要(yao)求和波紋管膨(peng)脹節的(de)布置(zhi)(zhi)要(yao)求相同。