為了防(fang)止管(guan)(guan)道(dao)(dao)熱膨脹產生的(de)破壞作用(yong)，在管(guan)(guan)道(dao)(dao)設計中，應(ying)當對高(gao)溫管(guan)(guan)道(dao)(dao)進行(xing)(xing)熱補(bu)償(chang)設計。管(guan)(guan)道(dao)(dao)的(de)熱補(bu)償(chang)方(fang)(fang)法(fa)有兩種：一種是利(li)用(yong)管(guan)(guan)道(dao)(dao)自身的(de)柔性(xing)吸收其位移變(bian)形的(de)自然補(bu)償(chang)法(fa)；另一種是利(li)用(yong)在管(guan)(guan)道(dao)(dao)中設置適當形式(shi)的(de)補(bu)償(chang)器對管(guan)(guan)道(dao)(dao)進行(xing)(xing)補(bu)償(chang)的(de)方(fang)(fang)法(fa)。
管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)在(zai)現場的(de)(de)走向(xiang)(xiang)是(shi)根據(ju)工藝設備(bei)的(de)(de)布置(zhi)情(qing)況(kuang)決(jue)定的(de)(de)。利用改變管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)走向(xiang)(xiang)、調整支(zhi)撐點的(de)(de)位置(zhi)或改變支(zhi)吊(diao)架的(de)(de)形(xing)式(shi)，增(zeng)加(jia)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)自身的(de)(de)柔(rou)性，以補(bu)償(chang)其熱膨脹和端(duan)點附加(jia)位移的(de)(de)辦(ban)法(fa)稱為管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)自然補(bu)償(chang)。例如在(zai)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)中布置(zhi)適當的(de)(de)L形(xing)、Z形(xing)或I形(xing)管(guan)(guan)(guan)段，即可有效地增(zeng)加(jia)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)的(de)(de)柔(rou)性。這種補(bu)償(chang)辦(ban)法(fa)結構簡單、運行可靠、投資少，所(suo)以被廣(guang)泛采(cai)用。
1. 金(jin)屬(shu)波紋(wen)管(guan)膨(peng)脹節
隨著大(da)直徑高溫管(guan)道的(de)增多(duo)和金屬(shu)波(bo)(bo)紋(wen)管(guan)膨脹(zhang)節制(zhi)造(zao)技(ji)術的(de)提(ti)高，近年(nian)來金屬(shu)波(bo)(bo)紋(wen)管(guan)膨脹(zhang)節在(zai)壓力管(guan)道中得到了廣泛應用。此種補償(chang)器(qi)制(zhi)造(zao)技(ji)術較為復雜，價格(ge)高。一般采用0.5~3mm薄(bo)不銹(xiu)鋼(gang)板制(zhi)造(zao)，耐壓低，補償(chang)能力大(da)，適用于低壓大(da)直徑高溫管(guan)道。但應當指出，在(zai)強度上(shang)它是(shi)管(guan)道中的(de)薄(bo)弱環節，與(yu)自然補償(chang)比較可(ke)靠(kao)性(xing)差，應正確選用與(yu)安裝。目(mu)前此種補償(chang)器(qi)尚無國家標準，各企業標準的(de)波(bo)(bo)紋(wen)管(guan)參數(shu)尚不統一，但其(qi)制(zhi)造(zao)技(ji)術條件(jian)(jian)已有(you)國家標準GB/T 12777《金屬(shu)波(bo)(bo)紋(wen)管(guan)膨脹(zhang)節制(zhi)造(zao)技(ji)術條件(jian)(jian)》。
根據(ju)金(jin)屬(shu)波紋管膨脹節的結構(gou)和功能，其基(ji)本(ben)形式可分十大類。如(ru)表3-16所示。
壓力管(guan)(guan)道常用的(de)金屬波紋(wen)管(guan)(guan)膨脹(zhang)節主要有單式軸向型(xing)(xing)、復(fu)式拉桿型(xing)(xing)、單式鉸鏈型(xing)(xing)及彎管(guan)(guan)壓力平衡型(xing)(xing)等幾種(zhong)。
①. 單式軸向型膨脹節
單(dan)式軸向(xiang)型(xing)(xing)膨脹節結構簡單(dan)、價(jia)格低(di)，主要用于吸(xi)(xi)收軸向(xiang)位(wei)移(yi)(yi)，在一定(ding)條(tiao)件下(xia)可吸(xi)(xi)收少(shao)量角位(wei)移(yi)(yi)和軸向(xiang)位(wei)移(yi)(yi)。用于吸(xi)(xi)收軸向(xiang)位(wei)移(yi)(yi)的單(dan)式軸向(xiang)型(xing)(xing)膨脹節的典型(xing)(xing)布(bu)置如圖 3-15 所示。
單(dan)式軸向型膨脹節屬于無約束型波(bo)紋膨脹節，不能承受波(bo)紋管(guan)壓力(li)推力(li)。選用(yong)時應注意(yi)下列問題。
a. 兩固定支(zhi)座之間(jian)的管道(dao)上只能布(bu)置一個該型膨(peng)脹節。
b. 固定支座必須有足夠(gou)的(de)強度，以承受波紋(wen)管壓(ya)力推(tui)力。
c. 對(dui)管(guan)道必須進行嚴格(ge)保護(hu)，尤(you)其是靠近波紋管(guan)膨脹(zhang)節(jie)的(de)部(bu)位(wei)應(ying)設(she)置導向架(jia)(jia)，第一(yi)個(ge)導向支(zhi)架(jia)(jia)與(yu)膨脹(zhang)節(jie)的(de)距離應(ying)小于4DN,第二個(ge)導向支(zhi)架(jia)(jia)與(yu)第一(yi)個(ge)導向支(zhi)架(jia)(jia)的(de)距離應(ying)不大于14DN,以防止管(guan)道有彎曲或徑向偏移造成膨脹(zhang)節(jie)破壞。
②. 復式(shi)拉桿型膨脹節
復(fu)式(shi)拉桿(gan)(gan)型(xing)膨(peng)脹節(jie)的安(an)裝示意圖(tu)如(ru)圖(tu)3-16所示。管(guan)道呈(cheng)Z形，補(bu)償器可(ke)吸(xi)收(shou)拉桿(gan)(gan)之間管(guan)道的軸向膨(peng)脹量，拉桿(gan)(gan)承受內壓推力，兩(liang)(liang)側管(guan)道的膨(peng)脹使補(bu)償器產(chan)生橫向位(wei)移(yi)，兩(liang)(liang)個膨(peng)脹節(jie)均產(chan)生角(jiao)位(wei)移(yi)。
③. 單(dan)式鉸鏈型(xing)膨脹(zhang)節(jie)
一(yi)般將兩個或三個單式鉸鏈型膨(peng)脹(zhang)節布置在一(yi)個平(ping)面內，如(ru)圖3-17所示。工(gong)作時(shi)利用每個膨(peng)脹(zhang)節產(chan)生的(de)(de)角位移(yi)來吸(xi)收(shou)管道(dao)的(de)(de)熱(re)膨(peng)脹(zhang)。這種布置方法可吸(xi)收(shou)較(jiao)大的(de)(de)膨(peng)脹(zhang)量。
④. 彎管壓(ya)力平衡型膨脹節
能(neng)平衡膨脹節的壓(ya)(ya)力(li)推力(li)，可避免壓(ya)(ya)力(li)推力(li)作用在與其連接的機(ji)器管(guan)嘴(zui)上，所以在與汽輪機(ji)、離心壓(ya)(ya)縮機(ji)等敏感設(she)備連接的管(guan)道(dao)上應用較多。安(an)裝(zhuang)示意(yi)圖(tu)如(ru)圖(tu)3-18所示。
2. 球形補(bu)償器(qi)
①. 結構及工(gong)作原理
球(qiu)形(xing)補(bu)償器(qi)的(de)結構如圖(tu)3-19所示，其工(gong)作原理如圖(tu)3-20(a)所示，球(qiu)體(ti)可(ke)(ke)以繞本身軸線(xian)旋轉(zhuan)［見圖(tu)3-20(b)],還(huan)可(ke)(ke)以向任意方向做(zuo)折(zhe)曲(qu)運動［見圖(tu)3-20(c)].利用(yong)(yong)球(qiu)形(xing)補(bu)償器(qi)的(de)這些特點，可(ke)(ke)將其角(jiao)(jiao)度(du)位(wei)移(yi)轉(zhuan)變為管道的(de)直(zhi)線(xian)位(wei)移(yi)來(lai)吸收管道的(de)熱膨脹(zhang)量，在(zai)轉(zhuan)變過(guo)程中，為保證管道的(de)直(zhi)線(xian)性，球(qiu)形(xing)補(bu)償器(qi)本身的(de)角(jiao)(jiao)度(du)也需要給(gei)予(yu)補(bu)償，因(yin)此，必須要兩個(ge)或三(san)個(ge)組(zu)成一(yi)組(zu)來(lai)使用(yong)(yong)，單個(ge)球(qiu)形(xing)補(bu)償器(qi)是不能(neng)吸收直(zhi)線(xian)位(wei)移(yi)的(de)［見圖(tu)3-20(d)]。
球形補償器的(de)三個(ge)重要參數指標是：球心距(ju)R、折(zhe)曲(qu)角0和位(wei)移(yi)量Δ.θ的(de)大小(xiao)由制造廠提供，與結(jie)構尺寸有關，國(guo)內產(chan)品一般為30°,國(guo)外產(chan)品有30°、15°等多(duo)種形式，其余兩項R和Δ由設計確定。
②. 使(shi)用場(chang)合
a. 適用范(fan)圍(wei) 公稱(cheng)壓力PN≤1.6MPa;設計溫(wen)度T≤350℃;公稱(cheng)尺寸(cun)DN50~600mm.
b. 適用于輸送(song)非易(yi)燃(ran)和無(wu)毒的(de)熱(re)介質管(guan)道，如蒸汽、熱(re)水、凝結水、熱(re)油、熱(re)空氣等管(guan)道。有(you)腐蝕(shi)性熱(re)介質的(de)管(guan)道不宜使用。
c. 球形(xing)補(bu)償器(qi)的(de)補(bu)償量大(da)，最(zui)適合(he)在廠際之(zhi)間或區域性的(de)較長距離的(de)熱管(guan)道上使用(yong)。由于(yu)(yu)采用(yong)球形(xing)補(bu)償器(qi)比(bi)U形(xing)膨脹彎(wan)管(guan)少用(yong)很(hen)多彎(wan)頭，故(gu)也適用(yong)于(yu)(yu)對(dui)壓力降有(you)要(yao)求的(de)熱管(guan)道。另外，還可以使用(yong)在對(dui)接管(guan)載荷有(you)限制的(de)設備進(jin)出(chu)口管(guan)道上。
d. 球(qiu)形補償(chang)器可吸收布置在建(jian)筑物或儲罐(guan)之間的管道因基礎下(xia)沉(chen)而引起的相對位移。
e. 球形補償器可以緩解或消(xiao)除管道系統因地(di)震而產生的超載應力。
③. 布置方式和補(bu)償(chang)量(liang)計算
a. 直線管道(dao)固定支架間 距如表3-17所示。
b. 水平Z形(xing)布置(zhi) 有單向式、雙向式和三球式三種布置(zhi)方式。
· 單(dan)向式(shi)
單向(xiang)(xiang)式(shi)包(bao)括單向(xiang)(xiang)A式(shi)和單向(xiang)(xiang)B式(shi)2種，如圖(tu)3-21所示。
單向(xiang)A式的主要特征(zheng)是球(qiu)形(xing)補償器設(she)在兩個(ge)固定支架之間，離(li)其中一個(ge)固定支架（A點(dian)）很(hen)近，離(li)另一個(ge)固定支架（B點(dian)）較遠，這種布置只吸收一個(ge)方向(xiang)的位移。一般受到地形(xing)位置限制時用此布置方式。
單向B式(shi)的特征與(yu)單向A式(shi)相同，用在(zai)無位置限制(zhi)的條件下，與(yu)單向A式(shi)不同之(zhi)處(chu)是(shi)熱脹終止位置不同，以及(ji)固定支架(jia)(jia)1與(yu)②承受推力(li)(li)大小不同，如固定支架(jia)(jia)②與(yu)支架(jia)(jia)1相比，需要考慮(lv)管(guan)道載荷的摩擦力(li)(li)，而固定支架(jia)(jia)1與(yu)支架(jia)(jia)②相比，需要考慮(lv)球形補(bu)償器動作(zuo)時的側向力(li)(li)。
單向(xiang)(xiang)式(shi)(shi)的位移量Δ、折曲角0、球(qiu)心距R間關系為： 單向(xiang)(xiang)A式(shi)(shi) Δ=Rsin (0/2) （3-1) 、 單向(xiang)(xiang)B式(shi)(shi)Δ=2Rsin(0/2) （3-2)
· 雙(shuang)向式
球形補償(chang)器設在兩固定支架中間，而且(qie)離兩支架距離都較遠時(shi)，能吸(xi)收兩個方(fang)向的位移（見圖(tu)3-22),位移量Δ=Δ1+Δ2.布置時(shi)盡量使兩邊管段（A段、B段）相等，其Δ、R、0的關系(xi)式為(wei)： Δ1+Δ2=2Rsin(0/2)（3-3)
· 三球式
當整條管道(dao)不能吸收(shou)橫(heng)向(xiang)位(wei)移時，應采(cai)用(yong)此種形式，用(yong)第三個球吸收(shou)管道(dao)的橫(heng)向(xiang)位(wei)移（見(jian)圖3-23).位(wei)移Δ、球心距R、折(zhe)曲角0的關系式為(wei)Δ=2Rsin(0/2)（3-4)
圖3-23中R1、β和橫向位移(yi)Δ:的(de)關系式為 Δ=Risinβ（3-5)式中，β不能大(da)于球(qiu)形補償器全(quan)折曲角8的(de)一半。
c. 水平(ping)L形布置
水(shui)平L形布置(zhi)可吸收兩(liang)段相互(hu)垂直管道的(de)位(wei)移（見圖3-24)。
確定兩球(qiu)中(zhong)心間距R1、R2時(shi)，先用直線(xian)段L1、L2按式（3-6)計算(suan)(suan)(suan)位移量Δ1、Δ2,兩者中(zhong)的(de)較大值(zhi)(zhi)Δ,并(bing)按式（3-1)計算(suan)(suan)(suan)出(chu)中(zhong)心距，而后將(jiang)求出(chu)的(de)數值(zhi)(zhi)乘以1.5,作為(wei)＝R2的(de)數值(zhi)(zhi)，然后用R1、R2按式（3-7)及實際(ji)的(de)Δ1及Δ2重新求出(chu)01和02.檢查01＋02=0:是否超(chao)過制造廠規(gui)定的(de)折曲(qu)角(jiao)（03<30°),如果超(chao)過則需加長球(qiu)心距，然后重計算(suan)(suan)(suan)。
Δ=αtL(t1-to)（3-6)
中Δ 熱膨脹量，mm;
L-管道直線長度，mm;
r1-管道工作溫(wen)度，℃;
t0-管道安(an)裝溫(wen)度，℃;
Q:-管材在工作(zuo)溫度(du)下的線(xian)脹(zhang)系(xi)數，1/℃.
必(bi)須注意，實際R1、R2值(zhi)要比計算值(zhi)大，以保證留有余量。
d. 垂直面(mian)布(bu)置
· 垂直Z形布置(zhi)(zhi)的原理及(ji)計算式(shi)與水平(ping)Z形布置(zhi)(zhi)相同(tong)（見圖3-25).
· 兩組球形(xing)補償器組合垂直布(bu)置(zhi)(zhi) 利用球形(xing)補償器的工作(zuo)原理，在實(shi)際應(ying)用中(zhong)，將(jiang)訴(su)組布(bu)置(zhi)(zhi)在一(yi)起，既方便(bian)支架(jia)的布(bu)置(zhi)(zhi)，又整(zheng)齊美觀(guan)。但要注(zhu)意，兩組中(zhong)間一(yi)定(ding)要用固定(ding)支架(jia)（見圖3-26).
e. 球形補償器附近的(de)(de)彎(wan)頭至第一個導向支架的(de)(de)距離
例如圖3-21(a)及(ji)圖3-25中(zhong)彎(wan)頭E點至導向支架G點的(de)距離，應(ying)滿足柔性(xing)的(de)要求。球(qiu)形(xing)(xing)補(bu)償(chang)器(qi)前后兩個彎(wan)頭之間(jian)的(de)管(guan)長的(de)熱(re)膨脹量設為Δ,可(ke)作(zuo)為EG段柔性(xing)計(ji)算依據，但由于(yu)球(qiu)形(xing)(xing)補(bu)償(chang)器(qi)在位移(yi)過(guo)程中(zhong)，其軌跡(ji)是弧線，所以在球(qiu)形(xing)(xing)補(bu)償(chang)器(qi)附(fu)近將產(chan)生偏移(yi)量y,當球(qiu)形(xing)(xing)補(bu)償(chang)器(qi)從中(zhong)心(xin)線向一個方向擺動時(shi),對于(yu)垂(chui)直(zhi)Z形(xing)(xing)布(bu)置的(de)管(guan)道(dao)（見(jian)圖3-25),如有特殊要求，必須(xu)在彎(wan)頭E點附(fu)近設置支架時(shi)，應(ying)采用彈簧支架。
f. 在分(fen)支管上布(bu)置球形補償器(qi)
當(dang)主(zhu)管(guan)與(yu)分(fen)(fen)支管(guan)在同(tong)一(yi)平面時，可按(an)圖(tu)3-27所示方式布(bu)置(zhi)。當(dang)主(zhu)管(guan)有較大位移時，可按(an)圖(tu)3-27(a)布(bu)置(zhi)。帶球(qiu)形(xing)補償器的分(fen)(fen)支管(guan)的x長(chang)度應滿足前面第e點所述(shu)位移ΔR的要求。當(dang)不能(neng)布(bu)置(zhi)成吸(xi)收段(duan)“x”時，可采用三球(qiu)布(bu)置(zhi)方式，見圖(tu)3-27(b),其計算方法與(yu)L形(xing)布(bu)置(zhi)計算相同(tong)。
④. 反作用力計算
球形補償器轉(zhuan)動力矩M引起的(de)反(fan)作用(yong)力F1可(ke)按下式計算(suan)
F1=2M/R1（3-12)
式(shi)中 F1-轉動力矩而引起的反(fan)作(zuo)用力，N;
M-球(qiu)形補償(chang)器(qi)轉動(dong)力矩（由制造(zao)廠提供），N·m;
R1-球(qiu)心距在(zai)作用面上的投影(ying)長度，m,R1=Rcos(0/2)(當(dang)0小于(yu)30°時(shi)，可取R1~R).
3. 套筒式補償器（填料函式管道伸縮(suo)節）
①. 主要結(jie)構類型
a. 重載(zai)套(tao)筒式補(bu)償器
其(qi)內(nei)部沒有(you)內(nei)壓(ya)平衡結構，端部固定點需承受彎管或閥門(men)、盲板的內(nei)壓(ya)推力（見圖(tu)3-28).
b. 減載套筒(tong)式補償(chang)器
其內(nei)部有內(nei)壓(ya)平衡結構，端(duan)部的彎管或閥門(men)、盲板的內(nei)壓(ya)推力與補償器內(nei)部構件的軸(zhou)向(xiang)承壓(ya)面所(suo)受的內(nei)壓(ya)推力平衡，所(suo)以固定支架可以不考慮內(nei)壓(ya)推力的作用，但目前(qian)尚無(wu)定型產品(pin)和標準，選用時要(yao)慎重。
②. 使用場合
a. 適用范圍。公(gong)稱壓力：PN≤2.5MPa;工作溫度≤200℃;公(gong)稱尺寸：DN50~600mm;輸送(song)介(jie)質：蒸汽、水。
b. 這(zhe)種補(bu)償器(qi)有易泄(xie)漏和(he)軸向推力較大的缺(que)點(dian)，一(yi)般很少選用(yong)，尤其在(zai)(zai)裝(zhuang)置內或(huo)寒冷地區(qu)(qu)更不(bu)能選用(yong)這(zhe)種補(bu)償器(qi)。在(zai)(zai)裝(zhuang)置外、廠(chang)(chang)區(qu)(qu)內或(huo)廠(chang)(chang)際之間的熱管(guan)道上(shang)，在(zai)(zai)布置U形膨脹(zhang)彎管(guan)受空間位置限制(zhi)時可以選用(yong)，但盡(jin)量少用(yong)。
③. 布置方式
套(tao)筒式補償器只(zhi)能用(yong)于直線熱(re)管(guan)道上吸收熱(re)伸長，不(bu)能用(yong)于彎管(guan)和(he)空間管(guan)系(xi)。
套筒(tong)式補償器(qi)兩(liang)邊直管(guan)端點(dian)（根據補償器(qi)的(de)補償能(neng)力計算(suan)固(gu)定點(dian)的(de)位置(zhi)），必須設置(zhi)固(gu)定架。導向支架布置(zhi)要(yao)(yao)求和波紋管(guan)膨脹(zhang)節的(de)布置(zhi)要(yao)(yao)求相同(tong)。
