波纹管补偿器浅析

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摘　要：一般而言，高温、低压、大直径的管道系统，且在介质较为安全的情况下适合使用波纹管膨胀节。尽管如此，在决定使用波纹管膨胀节时，应对管道系统进行详细而且严格的应力分析，从而决定安装波纹管补偿器的位置以及型式，不可以盲目的随意使用。由于其自身结构和材质所限，在经过不断的热胀冷缩后金属容易疲劳开裂。波纹管膨胀节也成为管道系统中最为薄弱的环节。

关键词：膨胀节　选型　安装要求　注意事项

当管道输送介质或者管道所处环境温度变化时，管道由温度引起的热胀冷缩是不可避免的，如果不采取一定的方式补偿该尺寸的变化，就会在管壁内部产生很高的热应力，通过管道传至固定管架或设备，当温差超过某一范围时。温差应力大于管道可承受的应力时，就必须高铝补偿问题。

目前管道主要采用U形弯管补偿和膨胀节补偿两种方式。U形弯管补偿器要用到大弯管，而一般又只在大管径的主管道才设置补偿器，因此U形弯管补偿器占的空间很大，成本也比较高，但实用可靠。波纹管补偿器体积小安装方便，适用于空间窄小的场合。

一、波纹管的波形

波纹管的波形大致有U形、Ω形、S形和V形四种。这些波形各有特点，应根据不同的场合选用不同的波形。

U形：具有较好的耐压能力和补偿能力，属于通用波形，一般应首先选用。当补偿量要求特别大时，采用此种波形的多层结构是最理想的。

Ω形：具有良好的耐压能力，但补偿能力较差。虽然近似球形的波纹有较均匀的变形应力及较好的冷作硬化，但由于结构上的局限，在补偿量较大时，往往容易压坏或拉坏。因此，该波形主要用于高压力、小位移场合，如压力在4.0MPa以上时使用。

S形：类似于Ω形，而补偿能力有所提高。

V形：具有较大的补偿能力，但耐压能力很差，只在需要特大的轴向或体积补偿时采用，工作压力不宜超过0.4MPa。

综上所述，用于补偿场合的波纹膨胀节最好采用U形波，特别是在供热管道上，采用U形以外的其他波形是不合理的。

二、波纹管膨胀节的选型

波纹膨胀节选型必须考虑的主要因素 ：

1.公称直径 Dn、接口尺寸及法兰标准；

2.设计压力 Pd；

3.设计温度 T；

4.材料及热处理：主要取决于工作介质对高温蒸汽热网用波纹膨胀节防止因应力腐蚀造成的破坏推 荐用 316L 且固溶处理；对于催化、裂化高温装置用波纹膨胀节推荐用高镍合金且进行退火或固溶处理， 通常固溶处理用于高温（600℃以上）抗蠕变的场合。

5.补偿量：轴向、横向、角向。

6.疲劳寿命：考虑适用年限或大修、更换周期。

三、关于轴向型、管系及管架设计的要求

1.轴向型补偿器

安装轴向型补偿器的管段，在管道的盲端、弯头、变截面处，装有截止阀或减压阀的部们及侧支管线进入主管线入口处，都要设置主固定管架。主固定管架要考虑波纹管静压推力及变形弹性力的作用。推力计算公式如下：

Fp=100*P*A

Fp-补偿器轴向压力推（N），

A-对应于波纹平均直径的有效面积（cm2），

P-此管段管道最高压力（MPa）。

轴向弹性力的计算公式如下：

Fx=f*Kx*X

FX-补偿器轴向弹性力（N），

KX-补偿器轴向刚度（N/mm）；

f-系数，当“预变形”（包括预变形量X=0）时，f=1/2，否则f=1。

管道除上述部位外，可设置中间固定管架。中间固定管架可不考虑压力推力的作用，并且在管段的两个固定管架之间，仅能设置一个轴向型补偿器。

2.管架的设置

管道支架对管线起着承托和限制管线位移的作用，对波纹膨胀节影响大的主要是固定支架和导向支架。

2.1固定支架

其作用是将管段分段，设置固定点，保证波纹管膨胀节在两个固定支架之间的管段内正常工作。固定支架又分为主固定支架和次固定支架。

2.1.1主固定支架承受管线内压力产生的盲板推力，在管线的盲端、拐弯、变径、支管进出口及装有截止阀、减压阀处都设置主固定支架。靠近膨胀节端的主固定支架要承受膨胀节内压产生的盲板推力和膨胀节位移时产生的刚度反力，而另一端主固定支架还要承受管道伸缩时与导向支架和滑动托架产生的摩擦反力。

2.1.2次固定支架不承受管线内压力产生的盲板推力。靠近膨胀节端次固定支架只承受膨胀节位移时产生的摩擦反力，而另一端次固定支架要承受管道伸缩时与导向支架和滑动托架产生的摩擦反力。

作用于固定支架的合力为与之相连的管线产生的作用力的矢量和。一般情况下次固定支架两端承受力很小且相差很小，但考虑管线升温时力的不均衡，可按受力较大一端来计算设计。

2.2导向支架

导向支架是用来保证管线按一定方向位移，限制其他方向位移，以保证膨胀节安全使用。导向支架还分为只允许管线沿一个方向（轴向）运动的直线导向支架和允许管线在一个平面内移动和转动的平面导向支架。

轴向膨胀节一般采用直线导向支架，导向支架设置原则：膨胀节一端靠近固定支架，距固定支架的距离≤4DN，DN为管道公称直径，膨胀节另一端应设直线导向支架，距第一个导向支架≤4DN，第二个导向支架距第一个导向支架距离≤14DN，其他导向支架最大距离Lmax可按有关标准选取。

四、安装注意事项

1.膨胀节安装前应先检查其规格型号与管道配置要求相符，压力、直径、位移量是否符合设计要求。

2.对带内套筒的膨胀节应注意内套筒方向与介质流向一致。

3.要严格按照图纸设计要求安装，需要“预紧”的膨胀节，预变形所用的辅助构件必须在安装完毕后拆除。

4.安装时要谨防外物碰状，以防止膨胀节的机械损伤，安装中不允许在波纹管上弧、搭焊接线，以防焊渣飞溅波纹管表面造成膨胀节损坏。

5.安装过程中，严禁用波纹管变形来调试管道偏差，如通过拉伸、压缩、错动膨胀节来配合管道；为了法兰安装强行转动膨胀节端部，以对正螺栓孔等。要保证膨胀节处于自然状态，以免在系统运行时，膨胀节产生高应力，降低使用寿命。

6.膨胀节的所有活动元件，要有足够的活动空间，不得被外部构件卡死或限制。