波纹补偿器的选型及使用
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摘要：由于各种管线状况的不同，管路系统的补偿往往会有很多种方案，而波纹膨胀节的正确选型则是关键，所以在选择波纹补偿器的时候一定要根据管道所处的工况（温度、介质、压力等）来作出合理的选择。
关键词：波纹补偿器选型；工况；补偿量；温度；可靠性；
中图分类号:C35文献标识码： A
波纹补偿器亦称波纹膨胀节或波纹伸缩节，指含一个或多个波纹管，用以补偿管线、管道或容器由热胀冷缩等原因而产生尺寸变化的各种装置。波纹补偿器能够起到伸缩作用主要是靠波纹管来实现的，这也决定了其功能及强度设计主要是对波纹管来进行的，对波纹管的不同设计及组合，可以使波纹管产生拉伸、压缩或弯曲，从而形成各种形式的波纹补偿器。
一般的补偿器可以补偿吸收管道轴向、横向、角向热变形的变形量以及方便阀门管道的安装与拆卸，还具有吸收设备振动来减少对管道的影响等；广泛应用于石油、化工、矿山冶炼、电力电子、建筑、供热管道、机械制造，大型水泥生产等领域。
补偿器按使用效果可以分为：波纹补偿器、套筒补偿器、旋转补偿器、方形补偿器等几大类型；按联接型式分为接管焊接和法兰联接；按材质分金属膨胀节和非金属膨胀节。非金属膨胀节特别适用于热风管道及烟尘管道，较好的补偿了安装误差，其本身具有吸声、隔振的功能，能有效的减少锅炉、风机等系统的噪声和振动且结构简单、体轻，维修方便。本文主要以金属波纹补偿器进行简单阐述 。
由于各种管线状况的不同，管路系统的补偿往往会有多种方案，而此时波纹膨胀节的正确选型则是关键。这就要求综合考虑管线的走向、长度、支撑体系、波纹膨胀节的类型以及温度等外界原因的影响。
金属波纹补偿器的主要参数：通径DN（mm）、设计压力MPa、设计温度℃、介质、疲劳寿命CLC、有效面积cm2、轴向位移cm、横向位移cm、轴向刚量N/mm等。
选用波纹膨胀节时，首先考虑现场的使用情况，变复杂管系为典型管段，通过固定支座将它们分解为形状简单、独立的管段。如直管段、“L”形弯管段、“Z”形弯管段及“U”形管段等典型管段（或称之为膨胀单元）其在管道中常见布置方法如下：
L型管道 Z型管道
U型管道
分别确定各管段的变形及补偿量，计算公式如下：
X=a*L*T
x 管道膨胀量、a为线膨胀系数，取0.0133mm/m
L补偿管线（所需补偿管道固定支座间的距离）长度
T为温差（介质温度-安装时环境温度）
这个公式做为选型时用于补偿量的计算，综合遵循考虑压力决定厚度，温度决定材质，补偿量决定波数的原则来进行计算。由波纹补偿器基本应用形式选择波纹补偿器类型，并根据计算出的典型管段工作膨胀量确定波纹补偿器的数量。另外还要遵循《金属波纹管膨胀节通用技术条件》GB/T12777-2008标准的要求。
在装有无约束型波纹补偿器和管段上，设置主固定支座；而装有约束波纹补偿器的管段上，无须因波纹补偿器的设置而另加主固定支座。根据波纹补偿器的变形轨迹及稳定性要求设置相当的导向支座G和平面导向支
座PG。对于横向型、角向型、万向型等用于管线横向补偿的波纹补偿器，应根据配管要求和补偿量的大小考虑50%“冷紧”方式安装，这样可减少50%弹性刚度力并提高波纹补偿器所在管线的稳定性，其目的是使波纹管在工作时处于直线状态，提高波纹补偿器所在管线的稳定性。
由于补偿器的种类很多，根据不同的使用状况选用不同的型号，正确地选型是非常重要，如下图所示：
直管压力平衡型波纹补偿器
该膨胀节的二端各有一个工作波纹管，中间有一个平衡波纹管，主要用于吸收轴向位移并能通过拉杆来承受平衡波纹管压力推力。
通用型波纹补偿器
该膨胀节由一个波纹管和二个端接管构成，通过波纹管的柔性变形来吸收管线轴向位移，接管的二端与管道相连，其运输固定螺栓是保证膨胀节在运输过程中波纹管的刚性支承。主要用于补偿轴向位移，也可以少量补偿角位移（但一般情况下不采用这种方法，而是采用更为合适的复式大拉杆横向型的补偿器）。
铰链型波纹补偿器
铰链式补偿器一般以两个或三个作为一组使用，用于吸收面管系中一个或多个方向的横向位移。被管段分开的每对铰链膨胀节互相配合，能够以与面管系中的摆动式或万能式膨胀节相同的方式吸收横向位移。每对铰链式膨胀节所能吸收的横向位移与其铰链轴之间的距离成正比，为了使膨胀节充分发挥效用，应尽量加大这一距离。
除上述之外还有大拉杆横向型补偿器、曲管压力平衡型补偿器、无约束型波纹补偿器等。选用补偿器时需要注意各自不同的特点：轴向型补偿器为了减少介质的自激现象，在产品内部有内套管，在很大程度上限制了径向补偿能力，故一般仅用以吸收或补偿管道的轴向位移；大拉杆横向型补偿器主要吸收垂直于补偿器轴线的横向位移；小拉杆横向型位移补偿器适合于吸收横向位移，也可以吸收轴向、角向和任意三个方向位移的组合；无约束型补偿器完全消除了以往轴向型补偿器对导向支架间距的要求。另外波纹膨胀节作为泵用软联管应用在泵的进、出口管路上时，在泵的进、出口管路上安装的通用型（即万能式）膨胀节来补偿管路的热膨胀，减小管路热膨胀对泵的推力或吸收泵运行产生的振动。因此在管系的总体设计时，应充分地考虑到管线的走向和支撑体系（包括固定管架、导向滑动管架等）的设计和综合考虑补偿器的造型和配置，以示达到安全、合理、适用、经济的最佳组合。
在补偿器的选型时，温度也是不容忽视的重要条件。波纹补偿器的主要元件由不锈钢构成，由于不同材质的不锈钢对耐温性耐腐蚀的要求不同，所以针对不同温度环境，所选用的波纹补偿器的材质就有区别。大多数波纹管膨胀节的工作温度在400℃以下,膨胀节中用的波纹管一般是采用奥氏体不锈钢；在高温下,波纹管所使用的材料必须要有足够的热稳定性,如SUS316、SUS316L（450℃-600℃）、以及SUS321（450℃-650℃）；当工作温度大于550℃时可选用高温合金,但价格非常昂贵。但材料耐温能力有限,靠材料本身不行,就要采取其它措施提高膨胀节的耐温性能,如可采取隔热的办法,在导流套和波纹管之间增加不同厚度的隔热材料,或者是采取扩径的形式,避免高温介质直接接触波纹管,使介质热量缓慢的传向波纹管。
材料选择对用于供热管网的波纹管的选材，除应考虑工作介质、工作温度和外部环境外，还应考虑应力腐蚀的可能性、水处理剂和管道清洗剂对材料的影响等。选用波纹管的材料应满足下列条件： 高弹性极限、抗拉强度和疲劳强度，保证波纹管正常工作；良好的塑性，便于波纹管的加工成形；耐腐蚀性能，满足波纹管在不同环境下工作要求；良好的焊接性能，满足波纹管在制作过程中的焊接工艺要求等。
综上所述，补偿器的可靠性，是由设计、制造、安装及运行管理等多个环节构成的。在选择不锈钢波纹补偿器的时候一定要根据管道所处的工况（温度、介质、压力等）来作出合理的选择。这样才能因地制宜，发挥其更大的优势。
参考文献：1、《金属波纹管膨胀节通用技术条件》GB/T12777-2008
2、《美国膨胀节制造商协会（EJMA）标准2003年第8版》