為了(le)防止(zhi)管(guan)(guan)(guan)道熱(re)膨脹產生的(de)破(po)壞作用(yong)，在(zai)管(guan)(guan)(guan)道設(she)(she)計中，應當(dang)對高(gao)溫管(guan)(guan)(guan)道進(jin)行(xing)熱(re)補償(chang)設(she)(she)計。管(guan)(guan)(guan)道的(de)熱(re)補償(chang)方法有兩種(zhong)(zhong)：一(yi)種(zhong)(zhong)是(shi)(shi)利用(yong)管(guan)(guan)(guan)道自(zi)身的(de)柔性吸(xi)收其位(wei)移(yi)變形的(de)自(zi)然補償(chang)法；另一(yi)種(zhong)(zhong)是(shi)(shi)利用(yong)在(zai)管(guan)(guan)(guan)道中設(she)(she)置適當(dang)形式的(de)補償(chang)器(qi)對管(guan)(guan)(guan)道進(jin)行(xing)補償(chang)的(de)方法。
管(guan)道(dao)(dao)在(zai)現場的走向(xiang)是根據工藝設備的布置(zhi)(zhi)情況(kuang)決定的。利用改變管(guan)道(dao)(dao)走向(xiang)、調整支(zhi)撐點(dian)的位置(zhi)(zhi)或(huo)改變支(zhi)吊架的形(xing)(xing)式，增加管(guan)道(dao)(dao)自身的柔(rou)性，以(yi)補(bu)償其熱膨脹和端點(dian)附加位移(yi)的辦法稱(cheng)為管(guan)道(dao)(dao)自然補(bu)償。例如在(zai)管(guan)道(dao)(dao)中布置(zhi)(zhi)適當(dang)的L形(xing)(xing)、Z形(xing)(xing)或(huo)I形(xing)(xing)管(guan)段，即(ji)可(ke)有效地(di)增加管(guan)道(dao)(dao)的柔(rou)性。這種補(bu)償辦法結構簡(jian)單(dan)、運行可(ke)靠、投資少，所以(yi)被廣泛采用。
1. 金(jin)屬波紋管(guan)膨(peng)脹節(jie)
隨著(zhu)大(da)(da)直徑(jing)高溫管(guan)道(dao)(dao)(dao)的(de)(de)增多和(he)金(jin)屬波(bo)紋管(guan)膨(peng)脹(zhang)節(jie)制(zhi)(zhi)(zhi)造技術(shu)(shu)的(de)(de)提高，近年來(lai)金(jin)屬波(bo)紋管(guan)膨(peng)脹(zhang)節(jie)在壓(ya)力管(guan)道(dao)(dao)(dao)中(zhong)得到(dao)了廣泛應用(yong)。此種補償器(qi)制(zhi)(zhi)(zhi)造技術(shu)(shu)較(jiao)(jiao)為復雜(za)，價格高。一般采用(yong)0.5~3mm薄不(bu)銹鋼板制(zhi)(zhi)(zhi)造，耐壓(ya)低(di)(di)，補償能力大(da)(da)，適用(yong)于低(di)(di)壓(ya)大(da)(da)直徑(jing)高溫管(guan)道(dao)(dao)(dao)。但應當指出，在強(qiang)度上它是管(guan)道(dao)(dao)(dao)中(zhong)的(de)(de)薄弱環節(jie)，與(yu)(yu)自然補償比較(jiao)(jiao)可靠性差(cha)，應正確選用(yong)與(yu)(yu)安裝。目前此種補償器(qi)尚無國(guo)家(jia)標(biao)準(zhun)，各企業標(biao)準(zhun)的(de)(de)波(bo)紋管(guan)參數(shu)尚不(bu)統一，但其制(zhi)(zhi)(zhi)造技術(shu)(shu)條(tiao)件(jian)(jian)已有國(guo)家(jia)標(biao)準(zhun)GB/T 12777《金(jin)屬波(bo)紋管(guan)膨(peng)脹(zhang)節(jie)制(zhi)(zhi)(zhi)造技術(shu)(shu)條(tiao)件(jian)(jian)》。
根據金屬波紋管膨脹節(jie)的結構和功能，其基本形式可(ke)分十大類。如表3-16所示。
壓力管(guan)道常用的金屬波紋管(guan)膨(peng)脹節主要有單(dan)式(shi)軸(zhou)向型(xing)、復式(shi)拉桿型(xing)、單(dan)式(shi)鉸鏈(lian)型(xing)及彎管(guan)壓力平衡型(xing)等幾(ji)種(zhong)。
①. 單式(shi)軸向型膨脹節
單式軸(zhou)向型膨脹節結構簡單、價格低(di)，主要用于吸(xi)收軸(zhou)向位(wei)移(yi)，在一定條件下可吸(xi)收少量角(jiao)位(wei)移(yi)和軸(zhou)向位(wei)移(yi)。用于吸(xi)收軸(zhou)向位(wei)移(yi)的單式軸(zhou)向型膨脹節的典型布置如(ru)圖 3-15 所(suo)示。
單式(shi)軸向(xiang)型(xing)膨脹(zhang)節屬于無約束(shu)型(xing)波紋(wen)膨脹(zhang)節，不能承受波紋(wen)管壓力推(tui)力。選用時(shi)應(ying)注(zhu)意下列問題。
a. 兩固定支座之(zhi)間的(de)管道上(shang)只(zhi)能布置(zhi)一個該型(xing)膨脹節。
b. 固(gu)定(ding)支座必須有足夠的強度，以承受波紋管(guan)壓力推力。
c. 對(dui)管道(dao)必須進行嚴(yan)格保護，尤其(qi)是靠近波紋管膨脹節(jie)的部位應設置導(dao)向(xiang)(xiang)架，第一個導(dao)向(xiang)(xiang)支(zhi)(zhi)架與(yu)膨脹節(jie)的距離應小(xiao)于(yu)(yu)4DN,第二個導(dao)向(xiang)(xiang)支(zhi)(zhi)架與(yu)第一個導(dao)向(xiang)(xiang)支(zhi)(zhi)架的距離應不大于(yu)(yu)14DN,以防止管道(dao)有(you)彎曲或徑向(xiang)(xiang)偏移造成膨脹節(jie)破壞(huai)。
②. 復式拉桿(gan)型膨(peng)脹節
復式(shi)拉(la)桿型膨脹(zhang)節的安(an)裝示意圖如(ru)圖3-16所(suo)示。管(guan)道(dao)(dao)呈Z形，補(bu)償(chang)器(qi)可吸收拉(la)桿之間管(guan)道(dao)(dao)的軸向膨脹(zhang)量，拉(la)桿承受內(nei)壓推力，兩側管(guan)道(dao)(dao)的膨脹(zhang)使補(bu)償(chang)器(qi)產生橫向位(wei)移(yi)，兩個膨脹(zhang)節均產生角位(wei)移(yi)。
③. 單式鉸鏈(lian)型(xing)膨(peng)脹節
一(yi)般將兩個(ge)或三(san)個(ge)單式(shi)鉸鏈(lian)型膨(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)節布(bu)置(zhi)在(zai)一(yi)個(ge)平(ping)面(mian)內，如(ru)圖3-17所示。工(gong)作時利用每個(ge)膨(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)節產生(sheng)的角位移來吸收(shou)管道的熱膨(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)。這種布(bu)置(zhi)方法(fa)可吸收(shou)較(jiao)大的膨(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)量(liang)。
④. 彎管壓力平衡(heng)型膨脹(zhang)節
能(neng)平衡膨脹(zhang)節的壓(ya)力推力，可避免壓(ya)力推力作用(yong)在(zai)(zai)與(yu)其連接的機器管嘴上，所以在(zai)(zai)與(yu)汽輪機、離(li)心壓(ya)縮(suo)機等敏感(gan)設備連接的管道上應用(yong)較多。安(an)裝示(shi)意圖如圖3-18所示(shi)。
2. 球形補償(chang)器
①. 結構及工(gong)作原理
球(qiu)形補(bu)償器(qi)的(de)結構(gou)如圖(tu)3-19所示(shi)，其工作原理(li)如圖(tu)3-20(a)所示(shi)，球(qiu)體可以繞(rao)本身軸線(xian)(xian)旋轉［見圖(tu)3-20(b)],還可以向任意方向做(zuo)折曲運動［見圖(tu)3-20(c)].利用(yong)球(qiu)形補(bu)償器(qi)的(de)這(zhe)些特點，可將其角度(du)位移轉變為(wei)管道(dao)的(de)直線(xian)(xian)位移來(lai)吸(xi)收管道(dao)的(de)熱膨脹(zhang)量，在轉變過(guo)程中，為(wei)保證管道(dao)的(de)直線(xian)(xian)性，球(qiu)形補(bu)償器(qi)本身的(de)角度(du)也需要給(gei)予補(bu)償，因此，必須要兩個(ge)(ge)或三個(ge)(ge)組成一組來(lai)使(shi)用(yong)，單個(ge)(ge)球(qiu)形補(bu)償器(qi)是(shi)不能(neng)吸(xi)收直線(xian)(xian)位移的(de)［見圖(tu)3-20(d)]。
球形(xing)補償器的(de)(de)三(san)個重要參數指標是(shi)：球心(xin)距R、折曲角0和位(wei)移量Δ.θ的(de)(de)大小由制造廠(chang)提(ti)供(gong)，與結構尺寸有(you)關，國內產(chan)品(pin)一般為30°,國外產(chan)品(pin)有(you)30°、15°等多種形(xing)式(shi)，其余兩項R和Δ由設計確定。
②. 使用場合
a. 適用(yong)范圍 公稱(cheng)壓(ya)力PN≤1.6MPa;設計溫度T≤350℃;公稱(cheng)尺寸(cun)DN50~600mm.
b. 適用于輸送非易燃和(he)無毒的熱(re)(re)介(jie)質管道(dao)，如蒸汽(qi)、熱(re)(re)水、凝結水、熱(re)(re)油、熱(re)(re)空氣等管道(dao)。有(you)腐蝕性熱(re)(re)介(jie)質的管道(dao)不宜使用。
c. 球形(xing)(xing)(xing)補償(chang)器的(de)補償(chang)量大，最(zui)適合在(zai)廠際之間或區域性的(de)較(jiao)長(chang)距離的(de)熱管(guan)道上使用(yong)。由于采(cai)用(yong)球形(xing)(xing)(xing)補償(chang)器比U形(xing)(xing)(xing)膨脹彎管(guan)少用(yong)很多(duo)彎頭，故也(ye)適用(yong)于對壓力降(jiang)有要求的(de)熱管(guan)道。另外(wai)，還(huan)可以使用(yong)在(zai)對接管(guan)載荷(he)有限制的(de)設備進出口管(guan)道上。
d. 球形補(bu)償器可吸(xi)收(shou)布置在建筑(zhu)物或儲罐之間的管(guan)道(dao)因基礎下沉而引起(qi)的相對位(wei)移。
e. 球(qiu)形補償器可以緩解或(huo)消除管道(dao)系(xi)統因地震而產生(sheng)的超載應力。
③. 布置方式和補(bu)償(chang)量計算
a. 直線管道固定(ding)支架(jia)間(jian) 距(ju)如表3-17所示(shi)。
b. 水平Z形布置 有單向式、雙向式和三(san)球(qiu)式三(san)種布置方式。
· 單向式(shi)
單(dan)向式包括單(dan)向A式和單(dan)向B式2種，如圖3-21所示(shi)。
單向(xiang)A式(shi)的(de)(de)主要(yao)特(te)征是(shi)球形補(bu)償器(qi)設在兩個(ge)固(gu)定支架(jia)之間，離其中一個(ge)固(gu)定支架(jia)（A點）很近(jin)，離另(ling)一個(ge)固(gu)定支架(jia)（B點）較遠，這種(zhong)布(bu)置(zhi)只吸(xi)收一個(ge)方向(xiang)的(de)(de)位移。一般受到地(di)形位置(zhi)限制時用此布(bu)置(zhi)方式(shi)。
單向(xiang)B式的(de)特征(zheng)與(yu)單向(xiang)A式相同(tong)(tong)，用在無位置限制的(de)條件下，與(yu)單向(xiang)A式不同(tong)(tong)之處是熱脹終止(zhi)位置不同(tong)(tong)，以(yi)及固(gu)定(ding)支(zhi)架1與(yu)②承(cheng)受推力大小(xiao)不同(tong)(tong)，如固(gu)定(ding)支(zhi)架②與(yu)支(zhi)架1相比，需(xu)要考慮管道(dao)載荷的(de)摩擦力，而(er)固(gu)定(ding)支(zhi)架1與(yu)支(zhi)架②相比，需(xu)要考慮球形補(bu)償器(qi)動作時的(de)側向(xiang)力。
單(dan)向式的位移量Δ、折曲角0、球心(xin)距R間關系為： 單(dan)向A式 Δ=Rsin (0/2) （3-1) 、 單(dan)向B式Δ=2Rsin(0/2) （3-2)
· 雙向式
球形補償(chang)器設(she)在兩固(gu)定支架(jia)中間，而且離(li)兩支架(jia)距離(li)都較(jiao)遠(yuan)時，能吸收兩個方向(xiang)的(de)位移（見圖(tu)3-22),位移量Δ=Δ1+Δ2.布置時盡(jin)量使兩邊管(guan)段（A段、B段）相等，其(qi)Δ、R、0的(de)關系(xi)式為： Δ1+Δ2=2Rsin(0/2)（3-3)
· 三球式
當整條管道不(bu)能吸(xi)收(shou)(shou)橫(heng)向(xiang)位移時，應(ying)采(cai)用此(ci)種形式，用第(di)三個(ge)球吸(xi)收(shou)(shou)管道的橫(heng)向(xiang)位移（見圖3-23).位移Δ、球心距R、折曲角0的關系式為(wei)Δ=2Rsin(0/2)（3-4)
圖3-23中R1、β和橫向位(wei)移Δ:的(de)(de)關系式(shi)為 Δ=Risinβ（3-5)式(shi)中，β不能大于(yu)球形補償器全折(zhe)曲角(jiao)8的(de)(de)一(yi)半。
c. 水平L形布置(zhi)
水(shui)平(ping)L形布置可吸(xi)收兩(liang)段(duan)相互垂(chui)直管(guan)道的位移(yi)（見圖3-24)。
確定(ding)兩球(qiu)中(zhong)心間(jian)距R1、R2時(shi)，先用直線(xian)段L1、L2按(an)式(shi)（3-6)計(ji)算(suan)位移量(liang)Δ1、Δ2,兩者中(zhong)的(de)較(jiao)大值(zhi)Δ,并(bing)按(an)式(shi)（3-1)計(ji)算(suan)出中(zhong)心距，而后(hou)將求(qiu)出的(de)數(shu)(shu)值(zhi)乘以1.5,作(zuo)為＝R2的(de)數(shu)(shu)值(zhi)，然后(hou)用R1、R2按(an)式(shi)（3-7)及(ji)實際(ji)的(de)Δ1及(ji)Δ2重新(xin)求(qiu)出01和02.檢查(cha)01＋02=0:是否超(chao)過制造廠規定(ding)的(de)折曲(qu)角（03<30°),如(ru)果超(chao)過則需(xu)加長球(qiu)心距，然后(hou)重計(ji)算(suan)。
Δ=αtL(t1-to)（3-6)
中Δ 熱膨脹量(liang)，mm;
L-管道(dao)直線長度，mm;
r1-管(guan)道工(gong)作溫度，℃;
t0-管道(dao)安裝(zhuang)溫度，℃;
Q:-管材在工作溫度下的線脹系數，1/℃.
必(bi)須注意，實際(ji)R1、R2值(zhi)要比計算值(zhi)大，以保證留有余量(liang)。
d. 垂直面(mian)布置
· 垂(chui)直Z形(xing)布(bu)置(zhi)(zhi)的原(yuan)理及(ji)計算(suan)式與(yu)水平(ping)Z形(xing)布(bu)置(zhi)(zhi)相(xiang)同(tong)（見圖(tu)3-25).
· 兩組(zu)(zu)球形補償(chang)器組(zu)(zu)合垂直布置 利用球形補償(chang)器的工(gong)作原(yuan)理，在(zai)實際(ji)應用中(zhong)(zhong)，將訴組(zu)(zu)布置在(zai)一起，既方便支(zhi)架的布置，又整齊美觀(guan)。但要(yao)注意，兩組(zu)(zu)中(zhong)(zhong)間一定要(yao)用固定支(zhi)架（見圖3-26).
e. 球形補(bu)償器附近(jin)的彎頭至第(di)一個(ge)導向支架的距離(li)
例如圖3-21(a)及圖3-25中彎頭E點至導向支架G點的距離，應滿足(zu)柔(rou)性(xing)的要求。球形(xing)(xing)補償(chang)器前(qian)后兩個彎頭之間的管長的熱(re)膨脹量(liang)設為Δ,可(ke)作為EG段(duan)柔(rou)性(xing)計算(suan)依據，但由于球形(xing)(xing)補償(chang)器在位移過程中，其軌(gui)跡是弧線(xian)，所以在球形(xing)(xing)補償(chang)器附近將產生偏移量(liang)y,當球形(xing)(xing)補償(chang)器從中心(xin)線(xian)向一個方向擺動時(shi)(shi),對于垂(chui)直(zhi)Z形(xing)(xing)布(bu)置(zhi)的管道（見圖3-25),如有特(te)殊(shu)要求，必須在彎頭E點附近設置(zhi)支架時(shi)(shi)，應采用彈簧(huang)支架。
f. 在分支管上布置球形補償器(qi)
當主(zhu)管(guan)與(yu)分(fen)支管(guan)在同一平面時，可(ke)按圖3-27所示方(fang)式(shi)布(bu)置(zhi)。當主(zhu)管(guan)有較大位(wei)移(yi)時，可(ke)按圖3-27(a)布(bu)置(zhi)。帶(dai)球形(xing)補(bu)償器(qi)的分(fen)支管(guan)的x長(chang)度應滿足前面第e點所述位(wei)移(yi)ΔR的要求。當不能布(bu)置(zhi)成吸收段(duan)“x”時，可(ke)采用三球布(bu)置(zhi)方(fang)式(shi)，見(jian)圖3-27(b),其計(ji)(ji)算方(fang)法與(yu)L形(xing)布(bu)置(zhi)計(ji)(ji)算相同。
④. 反(fan)作用力計算
球(qiu)形補償器轉動(dong)力矩M引(yin)起的反作用力F1可按(an)下式計算
F1=2M/R1（3-12)
式中 F1-轉動(dong)力(li)矩而引(yin)起的反作用力(li)，N;
M-球(qiu)形(xing)補償(chang)器轉動(dong)力(li)矩(ju)（由制(zhi)造廠(chang)提供），N·m;
R1-球(qiu)心距在作用(yong)面上的投影長度，m,R1=Rcos(0/2)(當0小于30°時，可取(qu)R1~R).
3. 套筒式補償器(qi)（填料函式管(guan)道伸縮(suo)節）
①. 主(zhu)要結構類型
a. 重載套筒式(shi)補償器
其內部沒有(you)內壓平衡結構(gou)，端部固定點需承(cheng)受彎管或(huo)閥門、盲板的內壓推(tui)力(li)（見圖3-28).
b. 減載套筒式補償器(qi)
其內(nei)部(bu)(bu)有內(nei)壓(ya)平衡(heng)結(jie)構，端部(bu)(bu)的彎管或閥(fa)門、盲板的內(nei)壓(ya)推(tui)(tui)力(li)與補償器(qi)內(nei)部(bu)(bu)構件的軸向承壓(ya)面所(suo)受的內(nei)壓(ya)推(tui)(tui)力(li)平衡(heng)，所(suo)以固定(ding)(ding)支架可以不考慮內(nei)壓(ya)推(tui)(tui)力(li)的作用，但目前尚無定(ding)(ding)型產品(pin)和標準，選用時(shi)要慎重(zhong)。
②. 使(shi)用場合
a. 適用范(fan)圍。公稱壓力：PN≤2.5MPa;工作(zuo)溫度≤200℃;公稱尺(chi)寸：DN50~600mm;輸(shu)送介質：蒸汽、水。
b. 這(zhe)種補(bu)償器(qi)(qi)有易泄漏和軸向推(tui)力較大的(de)(de)缺點，一般很少選用，尤其(qi)在(zai)(zai)(zai)裝置內或(huo)寒冷地區更不能選用這(zhe)種補(bu)償器(qi)(qi)。在(zai)(zai)(zai)裝置外、廠區內或(huo)廠際(ji)之(zhi)間的(de)(de)熱管道上(shang)，在(zai)(zai)(zai)布置U形膨(peng)脹彎管受空(kong)間位(wei)置限制時可(ke)以選用，但盡量(liang)少用。
③. 布(bu)置方式
套筒(tong)式補償器只能(neng)用于直線熱管道上吸收(shou)熱伸長，不(bu)能(neng)用于彎管和空間(jian)管系。
套筒式補(bu)償(chang)(chang)器兩(liang)邊直管(guan)端點（根據補(bu)償(chang)(chang)器的(de)補(bu)償(chang)(chang)能力計算固(gu)定點的(de)位(wei)置(zhi)(zhi)），必須設(she)置(zhi)(zhi)固(gu)定架。導(dao)向支架布置(zhi)(zhi)要求(qiu)和(he)波紋(wen)管(guan)膨脹節的(de)布置(zhi)(zhi)要求(qiu)相同。
