為了防止管道(dao)(dao)(dao)熱膨脹產(chan)生的(de)(de)破壞作用(yong)，在(zai)管道(dao)(dao)(dao)設計(ji)中，應(ying)當對高(gao)溫管道(dao)(dao)(dao)進行熱補(bu)(bu)償設計(ji)。管道(dao)(dao)(dao)的(de)(de)熱補(bu)(bu)償方法有兩種(zhong)：一種(zhong)是利(li)(li)用(yong)管道(dao)(dao)(dao)自(zi)身的(de)(de)柔性吸收其位移變形的(de)(de)自(zi)然(ran)補(bu)(bu)償法；另(ling)一種(zhong)是利(li)(li)用(yong)在(zai)管道(dao)(dao)(dao)中設置適(shi)當形式的(de)(de)補(bu)(bu)償器對管道(dao)(dao)(dao)進行補(bu)(bu)償的(de)(de)方法。
管(guan)道(dao)在(zai)現場的(de)(de)走向是根(gen)據工藝設備的(de)(de)布置(zhi)情況(kuang)決(jue)定(ding)的(de)(de)。利(li)用改變(bian)管(guan)道(dao)走向、調整支撐點(dian)的(de)(de)位置(zhi)或(huo)改變(bian)支吊(diao)架的(de)(de)形(xing)(xing)式，增(zeng)加(jia)管(guan)道(dao)自身的(de)(de)柔(rou)性，以補(bu)償(chang)其熱膨(peng)脹和(he)端點(dian)附(fu)加(jia)位移的(de)(de)辦法(fa)稱為管(guan)道(dao)自然補(bu)償(chang)。例如在(zai)管(guan)道(dao)中布置(zhi)適當(dang)的(de)(de)L形(xing)(xing)、Z形(xing)(xing)或(huo)I形(xing)(xing)管(guan)段(duan)，即可有效地增(zeng)加(jia)管(guan)道(dao)的(de)(de)柔(rou)性。這種補(bu)償(chang)辦法(fa)結構簡單、運行可靠、投資少(shao)，所(suo)以被廣泛采用。
1. 金屬(shu)波紋管膨脹節
隨著(zhu)大(da)直(zhi)徑(jing)高溫(wen)管(guan)道的增(zeng)多和金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)波(bo)(bo)紋管(guan)膨脹節(jie)制造(zao)(zao)技術(shu)的提高，近(jin)年來金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)波(bo)(bo)紋管(guan)膨脹節(jie)在(zai)壓力管(guan)道中得到了廣泛(fan)應(ying)用(yong)。此種(zhong)補償(chang)(chang)器制造(zao)(zao)技術(shu)較為復雜，價格高。一般采用(yong)0.5~3mm薄(bo)不(bu)銹鋼板(ban)制造(zao)(zao)，耐壓低(di)，補償(chang)(chang)能力大(da)，適(shi)用(yong)于低(di)壓大(da)直(zhi)徑(jing)高溫(wen)管(guan)道。但(dan)應(ying)當指出，在(zai)強度上它是管(guan)道中的薄(bo)弱環節(jie)，與自然補償(chang)(chang)比較可靠性差，應(ying)正確選用(yong)與安裝(zhuang)。目前此種(zhong)補償(chang)(chang)器尚無國家(jia)標(biao)準(zhun)，各企業標(biao)準(zhun)的波(bo)(bo)紋管(guan)參數尚不(bu)統(tong)一，但(dan)其制造(zao)(zao)技術(shu)條(tiao)件已有國家(jia)標(biao)準(zhun)GB/T 12777《金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)波(bo)(bo)紋管(guan)膨脹節(jie)制造(zao)(zao)技術(shu)條(tiao)件》。
根據金屬(shu)波紋管膨脹節的結構和功(gong)能，其基(ji)本形式可分十(shi)大類(lei)。如表3-16所示。
壓(ya)(ya)力管(guan)道常用的(de)金屬波(bo)紋管(guan)膨(peng)脹(zhang)節主要有單(dan)式軸向型(xing)(xing)、復式拉(la)桿(gan)型(xing)(xing)、單(dan)式鉸鏈型(xing)(xing)及彎管(guan)壓(ya)(ya)力平衡型(xing)(xing)等(deng)幾種。
①. 單式軸向型膨脹節
單式軸向(xiang)(xiang)型(xing)膨(peng)脹節結(jie)構簡單、價格低，主要用于吸(xi)(xi)收軸向(xiang)(xiang)位(wei)移(yi)，在一(yi)定條件下可吸(xi)(xi)收少量角位(wei)移(yi)和軸向(xiang)(xiang)位(wei)移(yi)。用于吸(xi)(xi)收軸向(xiang)(xiang)位(wei)移(yi)的(de)單式軸向(xiang)(xiang)型(xing)膨(peng)脹節的(de)典型(xing)布(bu)置如圖 3-15 所示。
單式軸(zhou)向型膨脹節屬(shu)于無約束型波紋膨脹節，不(bu)能承(cheng)受波紋管壓力推力。選用時應注意下列問(wen)題。
a. 兩固定(ding)支座之間的管道上只(zhi)能布置(zhi)一個該型膨(peng)脹節。
b. 固定支座(zuo)必須有(you)足夠(gou)的強度，以承(cheng)受(shou)波(bo)紋管壓力推力。
c. 對管道必(bi)須進行嚴格保護，尤其是靠近波(bo)紋管膨(peng)脹節的部位應設置導(dao)向架(jia)，第一(yi)個導(dao)向支(zhi)(zhi)架(jia)與(yu)膨(peng)脹節的距離應小于4DN,第二個導(dao)向支(zhi)(zhi)架(jia)與(yu)第一(yi)個導(dao)向支(zhi)(zhi)架(jia)的距離應不大(da)于14DN,以防止管道有彎曲或(huo)徑向偏移造成(cheng)膨(peng)脹節破壞。
②. 復(fu)式拉桿(gan)型膨脹(zhang)節
復(fu)式拉桿型膨(peng)(peng)脹(zhang)節的安裝示意(yi)圖如圖3-16所示。管(guan)(guan)道(dao)呈Z形，補償器(qi)可吸收拉桿之間管(guan)(guan)道(dao)的軸向膨(peng)(peng)脹(zhang)量，拉桿承受內壓推力，兩(liang)側管(guan)(guan)道(dao)的膨(peng)(peng)脹(zhang)使補償器(qi)產生橫(heng)向位(wei)移，兩(liang)個膨(peng)(peng)脹(zhang)節均(jun)產生角位(wei)移。
③. 單式鉸鏈型膨(peng)脹節
一般(ban)將兩(liang)個或三個單式(shi)鉸鏈型(xing)膨(peng)脹(zhang)(zhang)節布(bu)(bu)置在一個平面內(nei)，如(ru)圖3-17所示。工(gong)作時(shi)利用每個膨(peng)脹(zhang)(zhang)節產生的角位移來吸收管道的熱膨(peng)脹(zhang)(zhang)。這(zhe)種布(bu)(bu)置方法(fa)可吸收較大(da)的膨(peng)脹(zhang)(zhang)量。
④. 彎管壓力平衡(heng)型膨(peng)脹(zhang)節(jie)
能平衡膨脹節的壓(ya)力(li)(li)推力(li)(li)，可避(bi)免壓(ya)力(li)(li)推力(li)(li)作用在與其連接的機(ji)(ji)器(qi)管(guan)嘴上，所以在與汽輪機(ji)(ji)、離(li)心(xin)壓(ya)縮機(ji)(ji)等(deng)敏感設備連接的管(guan)道上應用較多。安裝示(shi)意圖(tu)如圖(tu)3-18所示(shi)。
2. 球形補償器
①. 結(jie)構及工作原理
球(qiu)(qiu)形補(bu)償(chang)器(qi)的(de)結構如圖3-19所示，其(qi)工作原理如圖3-20(a)所示，球(qiu)(qiu)體(ti)可(ke)(ke)以繞本身(shen)軸線(xian)旋轉［見(jian)(jian)圖3-20(b)],還可(ke)(ke)以向(xiang)(xiang)任意方向(xiang)(xiang)做折曲運(yun)動［見(jian)(jian)圖3-20(c)].利(li)用(yong)(yong)球(qiu)(qiu)形補(bu)償(chang)器(qi)的(de)這些特(te)點，可(ke)(ke)將(jiang)其(qi)角(jiao)度位移(yi)轉變(bian)為管(guan)道的(de)直(zhi)(zhi)線(xian)位移(yi)來吸收管(guan)道的(de)熱膨脹量，在轉變(bian)過程中，為保證(zheng)管(guan)道的(de)直(zhi)(zhi)線(xian)性，球(qiu)(qiu)形補(bu)償(chang)器(qi)本身(shen)的(de)角(jiao)度也需要(yao)給予補(bu)償(chang)，因此，必須要(yao)兩個(ge)或(huo)三個(ge)組成一組來使用(yong)(yong)，單(dan)個(ge)球(qiu)(qiu)形補(bu)償(chang)器(qi)是不能吸收直(zhi)(zhi)線(xian)位移(yi)的(de)［見(jian)(jian)圖3-20(d)]。
球(qiu)形補償器的(de)三個重(zhong)要(yao)參數(shu)指(zhi)標(biao)是：球(qiu)心距R、折曲角0和位移量Δ.θ的(de)大小由(you)制造廠提供(gong)，與(yu)結構尺寸有(you)(you)關，國內(nei)產品一般為30°,國外產品有(you)(you)30°、15°等多種形式，其余兩項R和Δ由(you)設計確定。
②. 使(shi)用場合
a. 適用范圍 公(gong)稱壓力(li)PN≤1.6MPa;設(she)計溫(wen)度T≤350℃;公(gong)稱尺寸DN50~600mm.
b. 適(shi)用(yong)于輸(shu)送非(fei)易燃和無毒的熱(re)介質管道(dao)，如蒸汽、熱(re)水、凝結水、熱(re)油(you)、熱(re)空氣等管道(dao)。有腐蝕性熱(re)介質的管道(dao)不宜使用(yong)。
c. 球形補(bu)償(chang)器(qi)的(de)(de)補(bu)償(chang)量大，最(zui)適合在(zai)廠際(ji)之(zhi)間(jian)或區域性的(de)(de)較長(chang)距離(li)的(de)(de)熱(re)(re)管道上(shang)使用(yong)(yong)(yong)。由于(yu)采用(yong)(yong)(yong)球形補(bu)償(chang)器(qi)比U形膨脹彎管少用(yong)(yong)(yong)很多(duo)彎頭，故也適用(yong)(yong)(yong)于(yu)對壓(ya)力降有(you)要(yao)求的(de)(de)熱(re)(re)管道。另外，還(huan)可以使用(yong)(yong)(yong)在(zai)對接管載荷有(you)限制的(de)(de)設備進出口(kou)管道上(shang)。
d. 球形補償器可吸收(shou)布置(zhi)在建筑物或儲罐之間的管道因(yin)基(ji)礎下(xia)沉(chen)而引起的相對位移(yi)。
e. 球形補償器可以緩解或消除管道系統因地震(zhen)而(er)產(chan)生的超載應力。
③. 布置(zhi)方式和補償量(liang)計算
a. 直線管道固定支架間 距如(ru)表3-17所示(shi)。
b. 水(shui)平Z形布置 有單(dan)向(xiang)(xiang)式、雙向(xiang)(xiang)式和(he)三(san)球式三(san)種布置方(fang)式。
· 單向式
單向(xiang)式(shi)包括單向(xiang)A式(shi)和單向(xiang)B式(shi)2種，如圖3-21所示。
單(dan)向A式的(de)主要特征(zheng)是球形補償(chang)器設在兩個固定(ding)支架(jia)之間(jian)，離其中一個固定(ding)支架(jia)（A點(dian)）很近，離另(ling)一個固定(ding)支架(jia)（B點(dian)）較遠(yuan)，這種(zhong)布置只吸(xi)收一個方向的(de)位(wei)移。一般受(shou)到地形位(wei)置限制時用此布置方式。
單向B式的(de)特征與(yu)(yu)單向A式相(xiang)同，用在無位置限制(zhi)的(de)條件下，與(yu)(yu)單向A式不(bu)同之處是熱脹(zhang)終止位置不(bu)同，以(yi)及固定(ding)支架(jia)1與(yu)(yu)②承受(shou)推力大(da)小不(bu)同，如固定(ding)支架(jia)②與(yu)(yu)支架(jia)1相(xiang)比，需(xu)要考慮(lv)管道(dao)載荷的(de)摩擦(ca)力，而固定(ding)支架(jia)1與(yu)(yu)支架(jia)②相(xiang)比，需(xu)要考慮(lv)球形補(bu)償器動(dong)作時的(de)側向力。
單(dan)向(xiang)式的位移量Δ、折曲角0、球心距(ju)R間(jian)關系為(wei)： 單(dan)向(xiang)A式 Δ=Rsin (0/2) （3-1) 、 單(dan)向(xiang)B式Δ=2Rsin(0/2) （3-2)
· 雙(shuang)向式
球形(xing)補償(chang)器(qi)設在兩(liang)固(gu)定支架中間，而且(qie)離兩(liang)支架距離都較遠時(shi)，能吸收兩(liang)個方向的位(wei)移(yi)（見圖3-22),位(wei)移(yi)量(liang)Δ=Δ1+Δ2.布(bu)置(zhi)時(shi)盡(jin)量(liang)使(shi)兩(liang)邊管段(duan)(duan)（A段(duan)(duan)、B段(duan)(duan)）相等，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)(guan)道不能吸(xi)收橫(heng)向位移時(shi)，應采用此種形式，用第三個球吸(xi)收管(guan)(guan)道的(de)橫(heng)向位移（見圖3-23).位移Δ、球心距R、折(zhe)曲角0的(de)關系式為Δ=2Rsin(0/2)（3-4)
圖3-23中R1、β和橫(heng)向位移(yi)Δ:的關系(xi)式(shi)為(wei) Δ=Risinβ（3-5)式(shi)中，β不能大(da)于球(qiu)形(xing)補(bu)償器全折曲角8的一半。
c. 水平L形布置
水平L形布置(zhi)可吸收兩段相互垂直管道的位移（見圖(tu)3-24)。
確定兩球(qiu)中心(xin)間(jian)距(ju)R1、R2時，先(xian)用直線段L1、L2按式（3-6)計(ji)算(suan)位移量Δ1、Δ2,兩者中的(de)(de)較大(da)值(zhi)Δ,并按式（3-1)計(ji)算(suan)出中心(xin)距(ju)，而后(hou)將(jiang)求(qiu)出的(de)(de)數值(zhi)乘(cheng)以1.5,作為＝R2的(de)(de)數值(zhi)，然后(hou)用R1、R2按式（3-7)及實(shi)際的(de)(de)Δ1及Δ2重(zhong)新求(qiu)出01和02.檢查01＋02=0:是(shi)否超過制造廠規定的(de)(de)折(zhe)曲角（03<30°),如果超過則需加長(chang)球(qiu)心(xin)距(ju)，然后(hou)重(zhong)計(ji)算(suan)。
Δ=αtL(t1-to)（3-6)
中Δ 熱膨脹量(liang)，mm;
L-管道直線長度，mm;
r1-管道(dao)工作溫度，℃;
t0-管道安裝溫(wen)度，℃;
Q:-管材在工作(zuo)溫度(du)下的線脹系數，1/℃.
必須注意(yi)，實際R1、R2值要比計算(suan)值大(da)，以(yi)保證留有余量。
d. 垂直(zhi)面(mian)布置
· 垂直Z形布置的原理及計算式與(yu)水(shui)平(ping)Z形布置相同（見(jian)圖3-25).
· 兩(liang)組球(qiu)(qiu)形補(bu)償器(qi)組合垂直布置 利用球(qiu)(qiu)形補(bu)償器(qi)的工作(zuo)原理，在(zai)(zai)實際應用中(zhong)，將訴組布置在(zai)(zai)一(yi)(yi)起，既方便支(zhi)架的布置，又(you)整(zheng)齊美觀。但要注意，兩(liang)組中(zhong)間(jian)一(yi)(yi)定要用固定支(zhi)架（見圖3-26).
e. 球形補(bu)償器附近的(de)彎頭至第一個導向支架的(de)距離
例如圖(tu)3-21(a)及圖(tu)3-25中彎頭(tou)E點至(zhi)導(dao)向支架G點的距離，應(ying)滿足柔性的要求。球(qiu)(qiu)形(xing)補(bu)償(chang)(chang)器(qi)前后(hou)兩個彎頭(tou)之間的管長的熱(re)膨(peng)脹量(liang)設(she)為Δ,可作(zuo)為EG段柔性計(ji)算依據(ju)，但由于(yu)球(qiu)(qiu)形(xing)補(bu)償(chang)(chang)器(qi)在(zai)位移過(guo)程中，其軌跡(ji)是(shi)弧線，所以在(zai)球(qiu)(qiu)形(xing)補(bu)償(chang)(chang)器(qi)附近將(jiang)產生偏移量(liang)y,當球(qiu)(qiu)形(xing)補(bu)償(chang)(chang)器(qi)從中心線向一個方向擺(bai)動(dong)時,對于(yu)垂直Z形(xing)布(bu)置(zhi)的管道（見(jian)圖(tu)3-25),如有特殊要求，必須(xu)在(zai)彎頭(tou)E點附近設(she)置(zhi)支架時，應(ying)采用彈(dan)簧支架。
f. 在(zai)分支管(guan)上布置球形(xing)補(bu)償器
當主(zhu)管(guan)(guan)與分支(zhi)(zhi)管(guan)(guan)在同(tong)一平面(mian)時，可(ke)按(an)圖3-27所示(shi)方(fang)式布(bu)置(zhi)(zhi)。當主(zhu)管(guan)(guan)有較大位移時，可(ke)按(an)圖3-27(a)布(bu)置(zhi)(zhi)。帶球形(xing)補償(chang)器的分支(zhi)(zhi)管(guan)(guan)的x長度應滿足前面(mian)第e點所述(shu)位移ΔR的要(yao)求(qiu)。當不能布(bu)置(zhi)(zhi)成吸收(shou)段(duan)“x”時，可(ke)采用三球布(bu)置(zhi)(zhi)方(fang)式，見圖3-27(b),其計(ji)算方(fang)法與L形(xing)布(bu)置(zhi)(zhi)計(ji)算相同(tong)。
④. 反作用力計算
球形補償器轉動力矩M引起的反作用力F1可按下式(shi)計算
F1=2M/R1（3-12)
式中(zhong) F1-轉(zhuan)動力矩而引起的反作用力，N;
M-球形補(bu)償(chang)器(qi)轉動力矩（由制造(zao)廠(chang)提(ti)供(gong)），N·m;
R1-球心(xin)距在作用面上的(de)投影長度，m,R1=Rcos(0/2)(當0小于30°時(shi)，可取R1~R).
3. 套筒式補償器（填料函(han)式管道(dao)伸縮節）
①. 主要結構類型
a. 重(zhong)載套筒式補(bu)償(chang)器
其內部沒有內壓(ya)平衡結構，端部固(gu)定點需(xu)承受彎管或(huo)閥(fa)門、盲板的(de)內壓(ya)推力(li)（見圖3-28).
b. 減載套筒式補償(chang)器
其(qi)內部(bu)有內壓(ya)(ya)平衡結構，端部(bu)的(de)彎管或(huo)閥門、盲板的(de)內壓(ya)(ya)推(tui)力(li)與補償器內部(bu)構件的(de)軸(zhou)向(xiang)承壓(ya)(ya)面所受(shou)的(de)內壓(ya)(ya)推(tui)力(li)平衡，所以固定(ding)(ding)支架可以不考(kao)慮(lv)內壓(ya)(ya)推(tui)力(li)的(de)作用(yong)，但(dan)目前尚(shang)無定(ding)(ding)型產品和標準，選用(yong)時要(yao)慎重。
②. 使用場合
a. 適(shi)用范圍。公稱(cheng)壓力：PN≤2.5MPa;工(gong)作溫度≤200℃;公稱(cheng)尺寸：DN50~600mm;輸送介(jie)質：蒸汽、水。
b. 這(zhe)種(zhong)補(bu)償器(qi)有(you)易泄漏(lou)和軸向推(tui)力較大的缺點(dian)，一(yi)般很少(shao)選用(yong)，尤其(qi)在裝置(zhi)內或(huo)寒冷地區更不(bu)能選用(yong)這(zhe)種(zhong)補(bu)償器(qi)。在裝置(zhi)外、廠(chang)(chang)區內或(huo)廠(chang)(chang)際之間(jian)的熱管道上，在布置(zhi)U形膨脹彎管受空間(jian)位置(zhi)限制時可以選用(yong)，但盡量少(shao)用(yong)。
③. 布置(zhi)方式
套(tao)筒式補(bu)償器只能(neng)用于(yu)直線熱管(guan)道上吸收熱伸長，不(bu)能(neng)用于(yu)彎管(guan)和空間管(guan)系。
套筒式補償(chang)器(qi)兩(liang)邊直管端(duan)點（根(gen)據補償(chang)器(qi)的補償(chang)能力計算固定(ding)點的位(wei)置），必須設置固定(ding)架。導(dao)向支架布置要求和波紋管膨(peng)脹節的布置要求相同。
