為了防(fang)止管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)熱膨脹產生的(de)破(po)壞作用(yong)，在(zai)(zai)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)設計中，應當對高溫管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)進行熱補(bu)償(chang)設計。管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)的(de)熱補(bu)償(chang)方法有兩種(zhong)：一種(zhong)是(shi)利(li)用(yong)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)自(zi)身(shen)的(de)柔性(xing)吸收(shou)其位移變(bian)形的(de)自(zi)然補(bu)償(chang)法；另(ling)一種(zhong)是(shi)利(li)用(yong)在(zai)(zai)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)中設置適當形式的(de)補(bu)償(chang)器對管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)進行補(bu)償(chang)的(de)方法。
管(guan)道(dao)在現場的(de)(de)(de)(de)(de)走向是根據工藝設(she)備的(de)(de)(de)(de)(de)布置(zhi)(zhi)情況(kuang)決定的(de)(de)(de)(de)(de)。利用改變管(guan)道(dao)走向、調整支(zhi)撐點的(de)(de)(de)(de)(de)位置(zhi)(zhi)或改變支(zhi)吊架的(de)(de)(de)(de)(de)形式(shi)，增加(jia)管(guan)道(dao)自(zi)身的(de)(de)(de)(de)(de)柔性，以(yi)補(bu)償其熱膨脹(zhang)和端點附加(jia)位移的(de)(de)(de)(de)(de)辦(ban)法稱為管(guan)道(dao)自(zi)然補(bu)償。例如(ru)在管(guan)道(dao)中布置(zhi)(zhi)適(shi)當的(de)(de)(de)(de)(de)L形、Z形或I形管(guan)段，即可(ke)(ke)有效地增加(jia)管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)柔性。這種補(bu)償辦(ban)法結構簡(jian)單、運行(xing)可(ke)(ke)靠、投資少，所以(yi)被廣泛采用。
1. 金屬波紋管(guan)膨脹節
隨著大直(zhi)徑高(gao)溫(wen)(wen)管道的(de)增多和金(jin)屬(shu)波紋(wen)(wen)管膨(peng)(peng)脹(zhang)節制(zhi)造(zao)技術(shu)的(de)提高(gao)，近年來金(jin)屬(shu)波紋(wen)(wen)管膨(peng)(peng)脹(zhang)節在壓(ya)力管道中(zhong)得(de)到了廣泛應用(yong)(yong)。此(ci)種補(bu)償(chang)器(qi)制(zhi)造(zao)技術(shu)較為復雜(za)，價(jia)格(ge)高(gao)。一(yi)般采用(yong)(yong)0.5~3mm薄不銹鋼板制(zhi)造(zao)，耐(nai)壓(ya)低(di)，補(bu)償(chang)能力大，適用(yong)(yong)于低(di)壓(ya)大直(zhi)徑高(gao)溫(wen)(wen)管道。但(dan)應當指出，在強度上它(ta)是管道中(zhong)的(de)薄弱環節，與(yu)自然補(bu)償(chang)比較可靠性差，應正確選用(yong)(yong)與(yu)安裝。目前(qian)此(ci)種補(bu)償(chang)器(qi)尚(shang)無國(guo)家標(biao)(biao)準，各(ge)企業標(biao)(biao)準的(de)波紋(wen)(wen)管參數尚(shang)不統一(yi)，但(dan)其制(zhi)造(zao)技術(shu)條件(jian)已(yi)有國(guo)家標(biao)(biao)準GB/T 12777《金(jin)屬(shu)波紋(wen)(wen)管膨(peng)(peng)脹(zhang)節制(zhi)造(zao)技術(shu)條件(jian)》。
根據金屬波紋管膨脹節的結構和功(gong)能，其基(ji)本形式可分(fen)十(shi)大類。如表3-16所示。
壓力管道常用的金屬波紋(wen)管膨脹節(jie)主(zhu)要有單式(shi)(shi)軸向(xiang)型(xing)、復式(shi)(shi)拉桿型(xing)、單式(shi)(shi)鉸(jiao)鏈(lian)型(xing)及彎管壓力平衡型(xing)等幾種。
①. 單式軸向型膨脹節
單(dan)式(shi)軸(zhou)向(xiang)型膨脹節(jie)結構簡(jian)單(dan)、價格(ge)低(di)，主要用于吸(xi)收(shou)軸(zhou)向(xiang)位(wei)移，在(zai)一定條件下可吸(xi)收(shou)少量角位(wei)移和軸(zhou)向(xiang)位(wei)移。用于吸(xi)收(shou)軸(zhou)向(xiang)位(wei)移的(de)單(dan)式(shi)軸(zhou)向(xiang)型膨脹節(jie)的(de)典型布置(zhi)如圖 3-15 所(suo)示。
單式軸向(xiang)型(xing)膨(peng)脹(zhang)節屬于無約束(shu)型(xing)波(bo)紋膨(peng)脹(zhang)節，不能承(cheng)受波(bo)紋管壓力推力。選用時應注意下列問題。
a. 兩固定支座之(zhi)間的管道上只能(neng)布置一個(ge)該型(xing)膨(peng)脹節。
b. 固定(ding)支座必須有足夠的強度(du)，以承受波(bo)紋管壓力(li)推力(li)。
c. 對管(guan)道必須進行嚴(yan)格保護，尤(you)其(qi)是靠(kao)近(jin)波紋管(guan)膨(peng)(peng)脹節的部(bu)位應設置(zhi)導向(xiang)(xiang)架，第一個導向(xiang)(xiang)支(zhi)架與(yu)(yu)膨(peng)(peng)脹節的距離應小于(yu)4DN,第二個導向(xiang)(xiang)支(zhi)架與(yu)(yu)第一個導向(xiang)(xiang)支(zhi)架的距離應不大于(yu)14DN,以防止管(guan)道有彎曲(qu)或徑向(xiang)(xiang)偏移(yi)造成膨(peng)(peng)脹節破壞。
②. 復式(shi)拉(la)桿型(xing)膨(peng)脹節
復式(shi)拉(la)桿(gan)型膨(peng)脹(zhang)(zhang)節的安裝示意圖如圖3-16所示。管道呈Z形，補償器可(ke)吸收拉(la)桿(gan)之間管道的軸向(xiang)膨(peng)脹(zhang)(zhang)量，拉(la)桿(gan)承受(shou)內壓推(tui)力，兩(liang)側管道的膨(peng)脹(zhang)(zhang)使補償器產(chan)(chan)生(sheng)橫向(xiang)位(wei)移，兩(liang)個(ge)膨(peng)脹(zhang)(zhang)節均產(chan)(chan)生(sheng)角位(wei)移。
③. 單式鉸鏈型(xing)膨脹(zhang)節
一般將兩個(ge)(ge)或三(san)個(ge)(ge)單式鉸鏈型膨(peng)(peng)(peng)脹節布置(zhi)在一個(ge)(ge)平(ping)面內，如(ru)圖3-17所(suo)示。工作時(shi)利(li)用每個(ge)(ge)膨(peng)(peng)(peng)脹節產生的角位移(yi)來吸收(shou)(shou)管道的熱膨(peng)(peng)(peng)脹。這種布置(zhi)方法可吸收(shou)(shou)較大的膨(peng)(peng)(peng)脹量(liang)。
④. 彎管(guan)壓力平(ping)衡型膨脹節
能平衡膨脹節的(de)(de)壓(ya)力推力，可避免壓(ya)力推力作用(yong)在(zai)與(yu)其連接(jie)的(de)(de)機(ji)器管(guan)嘴上(shang)，所(suo)以在(zai)與(yu)汽(qi)輪機(ji)、離心壓(ya)縮機(ji)等(deng)敏感設備連接(jie)的(de)(de)管(guan)道上(shang)應(ying)用(yong)較多。安裝示(shi)意(yi)圖如圖3-18所(suo)示(shi)。
2. 球形補償器
①. 結構及(ji)工作原理
球(qiu)形補(bu)(bu)償(chang)器的(de)結構如圖(tu)3-19所(suo)示(shi)，其工作原理如圖(tu)3-20(a)所(suo)示(shi)，球(qiu)體可以(yi)(yi)繞本(ben)(ben)身(shen)軸線(xian)(xian)旋轉［見圖(tu)3-20(b)],還可以(yi)(yi)向(xiang)(xiang)任意方向(xiang)(xiang)做折曲運動(dong)［見圖(tu)3-20(c)].利用球(qiu)形補(bu)(bu)償(chang)器的(de)這些特(te)點，可將(jiang)其角度位移轉變為管(guan)道的(de)直(zhi)線(xian)(xian)位移來吸收管(guan)道的(de)熱膨脹量，在轉變過程(cheng)中，為保證(zheng)管(guan)道的(de)直(zhi)線(xian)(xian)性，球(qiu)形補(bu)(bu)償(chang)器本(ben)(ben)身(shen)的(de)角度也(ye)需要(yao)給(gei)予(yu)補(bu)(bu)償(chang)，因此，必須要(yao)兩(liang)個或(huo)三個組成一組來使用，單(dan)個球(qiu)形補(bu)(bu)償(chang)器是不能吸收直(zhi)線(xian)(xian)位移的(de)［見圖(tu)3-20(d)]。
球形補償器(qi)的三個(ge)重要參數指標是(shi)：球心距R、折(zhe)曲角0和(he)位(wei)移量Δ.θ的大小由(you)制造廠提供(gong)，與結構尺寸(cun)有關，國內產品一般為30°,國外產品有30°、15°等(deng)多(duo)種形式，其余兩項R和(he)Δ由(you)設(she)計(ji)確定。
②. 使(shi)用場合
a. 適用范圍 公稱壓力PN≤1.6MPa;設計溫(wen)度T≤350℃;公稱尺寸DN50~600mm.
b. 適用于輸送非易燃和無毒的熱(re)介(jie)質管(guan)道，如(ru)蒸(zheng)汽(qi)、熱(re)水、凝結(jie)水、熱(re)油(you)、熱(re)空氣等管(guan)道。有腐蝕性熱(re)介(jie)質的管(guan)道不宜使用。
c. 球(qiu)形(xing)補(bu)償(chang)器的補(bu)償(chang)量大，最適(shi)合在(zai)(zai)廠際之間或區域性的較(jiao)長距(ju)離的熱管道上(shang)使(shi)用。由于(yu)采用球(qiu)形(xing)補(bu)償(chang)器比U形(xing)膨脹彎管少用很多彎頭，故也適(shi)用于(yu)對壓力降有(you)要求的熱管道。另外，還可(ke)以使(shi)用在(zai)(zai)對接管載(zai)荷有(you)限制的設備進出口管道上(shang)。
d. 球形補償器可吸(xi)收(shou)布(bu)置在建筑物或儲罐之(zhi)間(jian)的管道因基礎下沉而引起的相對位(wei)移。
e. 球形(xing)補償器可以緩解或消除(chu)管道系統因地震(zhen)而產生的超載(zai)應力。
③. 布置(zhi)方式和(he)補償量計算
a. 直線管道固定支架(jia)間 距如表(biao)3-17所示。
b. 水平Z形布置 有單向式、雙向式和三球式三種布置方(fang)式。
· 單向式
單向式(shi)(shi)包括單向A式(shi)(shi)和單向B式(shi)(shi)2種，如圖3-21所示。
單向A式的主要特征是球形補償器設在兩個固(gu)(gu)(gu)定(ding)(ding)支架(jia)之間，離其(qi)中一(yi)個固(gu)(gu)(gu)定(ding)(ding)支架(jia)（A點(dian)）很(hen)近，離另(ling)一(yi)個固(gu)(gu)(gu)定(ding)(ding)支架(jia)（B點(dian)）較遠(yuan)，這種布置(zhi)只吸收一(yi)個方(fang)向的位(wei)移(yi)。一(yi)般(ban)受到地形位(wei)置(zhi)限制時用(yong)此布置(zhi)方(fang)式。
單向B式的(de)(de)特征與單向A式相同，用在無位(wei)置(zhi)限制的(de)(de)條件下，與單向A式不同之處(chu)是(shi)熱(re)脹終止位(wei)置(zhi)不同，以及固(gu)定支架1與②承(cheng)受推力大小不同，如固(gu)定支架②與支架1相比(bi)，需(xu)要考慮管道載荷(he)的(de)(de)摩擦(ca)力，而固(gu)定支架1與支架②相比(bi)，需(xu)要考慮球形補償器動作(zuo)時的(de)(de)側(ce)向力。
單(dan)向式的位移量Δ、折曲角0、球心(xin)距(ju)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(qiu)形補償器設在兩固定支(zhi)架中間，而且離兩支(zhi)架距離都較遠時，能吸收(shou)兩個方向(xiang)的位(wei)移（見圖3-22),位(wei)移量Δ=Δ1+Δ2.布置時盡(jin)量使兩邊管段(duan)（A段(duan)、B段(duan)）相(xiang)等，其Δ、R、0的關系式(shi)為： Δ1+Δ2=2Rsin(0/2)（3-3)
· 三球式(shi)
當整條管道(dao)不能吸收橫向位(wei)移時，應采用此種形式，用第三(san)個球吸收管道(dao)的橫向位(wei)移（見圖3-23).位(wei)移Δ、球心距R、折曲角0的關系式為(wei)Δ=2Rsin(0/2)（3-4)
圖(tu)3-23中R1、β和橫向位移Δ:的關系式為 Δ=Risinβ（3-5)式中，β不(bu)能(neng)大于球形補(bu)償器(qi)全折曲(qu)角8的一半。
c. 水(shui)平L形布置
水平L形(xing)布置可吸收兩段相互(hu)垂直管道的位移（見圖3-24)。
確定兩球(qiu)中心(xin)間距(ju)R1、R2時(shi)，先用(yong)(yong)直線段L1、L2按式（3-6)計算(suan)位移量Δ1、Δ2,兩者(zhe)中的(de)(de)較大值(zhi)Δ,并按式（3-1)計算(suan)出中心(xin)距(ju)，而后將求出的(de)(de)數值(zhi)乘以1.5,作為＝R2的(de)(de)數值(zhi)，然(ran)后用(yong)(yong)R1、R2按式（3-7)及實(shi)際的(de)(de)Δ1及Δ2重(zhong)新求出01和02.檢(jian)查01＋02=0:是否超(chao)過制造廠規定的(de)(de)折曲角（03<30°),如果超(chao)過則需加長球(qiu)心(xin)距(ju)，然(ran)后重(zhong)計算(suan)。
Δ=αtL(t1-to)（3-6)
中Δ 熱膨脹量(liang)，mm;
L-管(guan)道直線長度，mm;
r1-管道(dao)工作(zuo)溫度，℃;
t0-管道(dao)安裝溫度，℃;
Q:-管材在工作溫度下(xia)的線脹系數，1/℃.
必須注意，實際R1、R2值要比計算值大，以保證留有余量。
d. 垂直面布置
· 垂直Z形布置的原理及計算式(shi)與水平Z形布置相(xiang)同(tong)（見圖3-25).
· 兩(liang)組(zu)(zu)球形(xing)(xing)補償器組(zu)(zu)合垂(chui)直(zhi)布(bu)(bu)置(zhi) 利用(yong)球形(xing)(xing)補償器的工作原理，在實(shi)際應用(yong)中(zhong)，將訴組(zu)(zu)布(bu)(bu)置(zhi)在一起，既方便支(zhi)(zhi)架(jia)的布(bu)(bu)置(zhi)，又(you)整齊美觀。但要注意，兩(liang)組(zu)(zu)中(zhong)間一定要用(yong)固定支(zhi)(zhi)架(jia)（見圖3-26).
e. 球形補償器附近的彎頭至第(di)一個導向(xiang)支架的距離
例(li)如(ru)圖(tu)3-21(a)及圖(tu)3-25中(zhong)彎頭E點至(zhi)導向(xiang)(xiang)支(zhi)架G點的(de)(de)(de)(de)距離，應滿足柔性的(de)(de)(de)(de)要求。球(qiu)形(xing)補償(chang)器(qi)(qi)前(qian)后兩(liang)個(ge)彎頭之間(jian)的(de)(de)(de)(de)管長(chang)的(de)(de)(de)(de)熱膨脹量設為Δ,可(ke)作(zuo)為EG段(duan)柔性計算依據，但(dan)由于(yu)球(qiu)形(xing)補償(chang)器(qi)(qi)在(zai)位移(yi)過程中(zhong)，其軌(gui)跡是弧線，所以在(zai)球(qiu)形(xing)補償(chang)器(qi)(qi)附近(jin)將(jiang)產生偏移(yi)量y,當球(qiu)形(xing)補償(chang)器(qi)(qi)從中(zhong)心線向(xiang)(xiang)一個(ge)方向(xiang)(xiang)擺動時,對于(yu)垂直Z形(xing)布置的(de)(de)(de)(de)管道（見圖(tu)3-25),如(ru)有特(te)殊要求，必須(xu)在(zai)彎頭E點附近(jin)設置支(zhi)架時，應采(cai)用(yong)彈簧(huang)支(zhi)架。
f. 在分支(zhi)管上布置球(qiu)形補償器
當(dang)主管(guan)與(yu)分支(zhi)管(guan)在(zai)同(tong)一平(ping)面(mian)時，可按圖3-27所(suo)示方(fang)式布(bu)(bu)置(zhi)。當(dang)主管(guan)有較大位移(yi)時，可按圖3-27(a)布(bu)(bu)置(zhi)。帶球形補償器的分支(zhi)管(guan)的x長度(du)應(ying)滿(man)足前面(mian)第e點所(suo)述位移(yi)ΔR的要求。當(dang)不能(neng)布(bu)(bu)置(zhi)成吸收段“x”時，可采用(yong)三球布(bu)(bu)置(zhi)方(fang)式，見圖3-27(b),其計(ji)算方(fang)法與(yu)L形布(bu)(bu)置(zhi)計(ji)算相同(tong)。
④. 反作用力計算
球形補償(chang)器轉(zhuan)動力矩M引起的(de)反作用(yong)力F1可按下式計算
F1=2M/R1（3-12)
式中 F1-轉(zhuan)動力(li)矩而引(yin)起的反(fan)作用力(li)，N;
M-球(qiu)形補償器轉動力(li)矩（由(you)制造(zao)廠提供），N·m;
R1-球(qiu)心(xin)距在作用面上(shang)的投(tou)影長度，m,R1=Rcos(0/2)(當0小于(yu)30°時，可(ke)取R1~R).
3. 套筒(tong)式(shi)補償器(qi)（填料函(han)式(shi)管(guan)道伸縮(suo)節）
①. 主要結構類型
a. 重(zhong)載套筒式(shi)補償器
其內部(bu)沒有內壓(ya)平(ping)衡結構，端部(bu)固定點需(xu)承受彎管(guan)或(huo)閥門(men)、盲板的內壓(ya)推力（見圖3-28).
b. 減載套筒式(shi)補償器
其內(nei)(nei)部(bu)有內(nei)(nei)壓(ya)平衡結構，端部(bu)的(de)彎管或(huo)閥門(men)、盲板的(de)內(nei)(nei)壓(ya)推(tui)(tui)力(li)與補償(chang)器內(nei)(nei)部(bu)構件的(de)軸向承壓(ya)面所(suo)受(shou)的(de)內(nei)(nei)壓(ya)推(tui)(tui)力(li)平衡，所(suo)以固定(ding)支架(jia)可以不考慮內(nei)(nei)壓(ya)推(tui)(tui)力(li)的(de)作用(yong)，但目前尚無定(ding)型(xing)產品和標準，選用(yong)時要(yao)慎重。
②. 使用場合
a. 適用(yong)范(fan)圍(wei)。公稱(cheng)壓(ya)力(li)：PN≤2.5MPa;工作溫度≤200℃;公稱(cheng)尺寸：DN50~600mm;輸送介質：蒸汽(qi)、水。
b. 這種補償(chang)器有(you)易泄漏和軸(zhou)向推力較(jiao)大的缺點，一(yi)般很少選用，尤其在(zai)(zai)裝置(zhi)內(nei)或(huo)寒冷地區更不能(neng)選用這種補償(chang)器。在(zai)(zai)裝置(zhi)外(wai)、廠區內(nei)或(huo)廠際之(zhi)間的熱管道上，在(zai)(zai)布置(zhi)U形膨脹彎管受(shou)空間位置(zhi)限(xian)制(zhi)時(shi)可以選用，但盡量少用。
③. 布(bu)置(zhi)方式
套筒式補償器只能(neng)用(yong)于(yu)直線熱管道(dao)上吸收熱伸長，不能(neng)用(yong)于(yu)彎管和空間管系。
套(tao)筒(tong)式補(bu)償(chang)器兩邊直管端點（根據補(bu)償(chang)器的補(bu)償(chang)能力計算固定點的位置），必須設置固定架。導向(xiang)支架布置要求和波(bo)紋(wen)管膨脹節的布置要求相同。
