為(wei)了防止(zhi)管(guan)(guan)(guan)道(dao)熱(re)膨脹產(chan)生的(de)破壞作(zuo)用，在管(guan)(guan)(guan)道(dao)設(she)(she)計(ji)中(zhong)(zhong)，應當(dang)對(dui)高溫管(guan)(guan)(guan)道(dao)進行熱(re)補(bu)償設(she)(she)計(ji)。管(guan)(guan)(guan)道(dao)的(de)熱(re)補(bu)償方(fang)法(fa)有兩種：一種是利(li)用管(guan)(guan)(guan)道(dao)自身(shen)的(de)柔性吸收其(qi)位(wei)移變形(xing)的(de)自然補(bu)償法(fa)；另一種是利(li)用在管(guan)(guan)(guan)道(dao)中(zhong)(zhong)設(she)(she)置適當(dang)形(xing)式的(de)補(bu)償器對(dui)管(guan)(guan)(guan)道(dao)進行補(bu)償的(de)方(fang)法(fa)。
管(guan)道在(zai)現場(chang)的(de)走向是根(gen)據工藝設備的(de)布(bu)置(zhi)情況決定的(de)。利(li)用(yong)改變管(guan)道走向、調(diao)整支撐(cheng)點的(de)位置(zhi)或改變支吊架的(de)形(xing)式(shi)，增(zeng)加(jia)管(guan)道自(zi)身的(de)柔性，以(yi)補(bu)償(chang)(chang)其熱(re)膨脹(zhang)和端點附加(jia)位移的(de)辦法稱(cheng)為管(guan)道自(zi)然補(bu)償(chang)(chang)。例如在(zai)管(guan)道中(zhong)布(bu)置(zhi)適當的(de)L形(xing)、Z形(xing)或I形(xing)管(guan)段，即可有效地增(zeng)加(jia)管(guan)道的(de)柔性。這種補(bu)償(chang)(chang)辦法結構簡單(dan)、運行可靠、投資少，所以(yi)被廣(guang)泛采(cai)用(yong)。
1. 金屬波紋管膨(peng)脹節
隨著大(da)直(zhi)徑(jing)高溫管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)的增多和(he)金屬(shu)波紋(wen)管(guan)(guan)(guan)(guan)膨(peng)脹節制(zhi)(zhi)造(zao)技(ji)術(shu)的提高，近年來金屬(shu)波紋(wen)管(guan)(guan)(guan)(guan)膨(peng)脹節在(zai)壓力管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)中得到了廣泛(fan)應(ying)用(yong)。此種補(bu)(bu)償(chang)器制(zhi)(zhi)造(zao)技(ji)術(shu)較(jiao)(jiao)為復雜，價格高。一般(ban)采用(yong)0.5~3mm薄不銹鋼板(ban)制(zhi)(zhi)造(zao)，耐(nai)壓低(di)，補(bu)(bu)償(chang)能力大(da)，適(shi)用(yong)于低(di)壓大(da)直(zhi)徑(jing)高溫管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)。但應(ying)當指出(chu)，在(zai)強度上它(ta)是管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)中的薄弱(ruo)環節，與(yu)自(zi)然補(bu)(bu)償(chang)比較(jiao)(jiao)可(ke)靠性差，應(ying)正確選用(yong)與(yu)安裝。目前此種補(bu)(bu)償(chang)器尚無國家標準(zhun)(zhun)，各企業標準(zhun)(zhun)的波紋(wen)管(guan)(guan)(guan)(guan)參數尚不統一，但其制(zhi)(zhi)造(zao)技(ji)術(shu)條(tiao)件(jian)已有國家標準(zhun)(zhun)GB/T 12777《金屬(shu)波紋(wen)管(guan)(guan)(guan)(guan)膨(peng)脹節制(zhi)(zhi)造(zao)技(ji)術(shu)條(tiao)件(jian)》。
根(gen)據金屬波紋管(guan)膨脹(zhang)節的結構和功(gong)能，其基本形式可分十大類(lei)。如表3-16所示。
壓(ya)力(li)管(guan)道(dao)常(chang)用的金屬(shu)波紋管(guan)膨脹節主要有單式(shi)軸向型(xing)、復式(shi)拉桿型(xing)、單式(shi)鉸鏈型(xing)及彎管(guan)壓(ya)力(li)平衡型(xing)等幾種。
①. 單式(shi)軸向型(xing)膨脹節(jie)
單(dan)(dan)式軸向型(xing)膨脹(zhang)節結構簡單(dan)(dan)、價格(ge)低，主要用(yong)于吸收(shou)軸向位(wei)(wei)移(yi)，在一定(ding)條(tiao)件下可吸收(shou)少量角位(wei)(wei)移(yi)和軸向位(wei)(wei)移(yi)。用(yong)于吸收(shou)軸向位(wei)(wei)移(yi)的單(dan)(dan)式軸向型(xing)膨脹(zhang)節的典(dian)型(xing)布置如圖(tu) 3-15 所(suo)示。
單式軸向型膨脹節(jie)屬(shu)于無約(yue)束型波紋(wen)膨脹節(jie)，不能承受波紋(wen)管(guan)壓(ya)力推力。選(xuan)用時應注意下(xia)列問(wen)題。
a. 兩固定支座之間的(de)管道上只能(neng)布置(zhi)一(yi)個該型膨脹節。
b. 固定支座必須(xu)有(you)足夠(gou)的(de)強度，以承受(shou)波紋管壓力(li)推力(li)。
c. 對管(guan)(guan)道(dao)必(bi)須進行嚴格保護，尤其是靠(kao)近(jin)波紋(wen)管(guan)(guan)膨(peng)脹節的部位應(ying)設(she)置導(dao)(dao)向(xiang)(xiang)架，第一個導(dao)(dao)向(xiang)(xiang)支(zhi)架與膨(peng)脹節的距(ju)離(li)應(ying)小于(yu)4DN,第二個導(dao)(dao)向(xiang)(xiang)支(zhi)架與第一個導(dao)(dao)向(xiang)(xiang)支(zhi)架的距(ju)離(li)應(ying)不大于(yu)14DN,以防止管(guan)(guan)道(dao)有彎曲或徑向(xiang)(xiang)偏(pian)移(yi)造成膨(peng)脹節破壞。
②. 復式拉桿型膨脹節
復式(shi)拉桿(gan)型膨(peng)脹節的(de)安裝示意圖如圖3-16所(suo)示。管(guan)道(dao)(dao)(dao)呈Z形，補償(chang)器可吸收(shou)拉桿(gan)之(zhi)間管(guan)道(dao)(dao)(dao)的(de)軸(zhou)向膨(peng)脹量，拉桿(gan)承受內壓推力(li)，兩側管(guan)道(dao)(dao)(dao)的(de)膨(peng)脹使補償(chang)器產生橫向位移，兩個膨(peng)脹節均產生角位移。
③. 單式鉸鏈型膨脹節(jie)
一般(ban)將兩個或三個單式(shi)鉸(jiao)鏈型膨脹(zhang)節布置在一個平面內，如圖3-17所示。工作(zuo)時利用每個膨脹(zhang)節產生的(de)角位移來吸收(shou)管(guan)道(dao)的(de)熱(re)膨脹(zhang)。這種布置方法可吸收(shou)較(jiao)大(da)的(de)膨脹(zhang)量。
④. 彎(wan)管壓力平(ping)衡(heng)型膨脹節(jie)
能平衡膨脹節(jie)的(de)壓(ya)力(li)推(tui)(tui)力(li)，可(ke)避免(mian)壓(ya)力(li)推(tui)(tui)力(li)作用在與其(qi)連接(jie)的(de)機器管(guan)(guan)嘴上，所以在與汽輪機、離心(xin)壓(ya)縮機等敏感(gan)設備連接(jie)的(de)管(guan)(guan)道上應用較多。安裝(zhuang)示(shi)意圖如圖3-18所示(shi)。
2. 球形補償器
①. 結構(gou)及(ji)工作原理
球(qiu)形補(bu)償(chang)器(qi)的(de)結構(gou)如圖(tu)3-19所(suo)示(shi)，其(qi)(qi)工作原理如圖(tu)3-20(a)所(suo)示(shi)，球(qiu)體可以(yi)繞(rao)本身軸線(xian)旋轉(zhuan)［見(jian)圖(tu)3-20(b)],還可以(yi)向(xiang)任意方向(xiang)做折曲運動［見(jian)圖(tu)3-20(c)].利(li)用(yong)球(qiu)形補(bu)償(chang)器(qi)的(de)這些特(te)點，可將其(qi)(qi)角度位移轉(zhuan)變為管道(dao)的(de)直線(xian)位移來吸收管道(dao)的(de)熱膨脹量，在轉(zhuan)變過程中(zhong)，為保證管道(dao)的(de)直線(xian)性，球(qiu)形補(bu)償(chang)器(qi)本身的(de)角度也需要給予補(bu)償(chang)，因(yin)此，必須(xu)要兩個(ge)或三個(ge)組(zu)成一組(zu)來使用(yong)，單個(ge)球(qiu)形補(bu)償(chang)器(qi)是(shi)不能吸收直線(xian)位移的(de)［見(jian)圖(tu)3-20(d)]。
球形補償器的三個重要參數指標是：球心距R、折曲角0和位(wei)移量Δ.θ的大小由制(zhi)造(zao)廠提(ti)供，與結構尺寸有(you)關，國(guo)內(nei)產(chan)品一般(ban)為(wei)30°,國(guo)外(wai)產(chan)品有(you)30°、15°等(deng)多(duo)種(zhong)形式，其余兩(liang)項R和Δ由設(she)計確定。
②. 使用場合
a. 適用范圍(wei) 公(gong)稱(cheng)壓力PN≤1.6MPa;設計溫度(du)T≤350℃;公(gong)稱(cheng)尺(chi)寸DN50~600mm.
b. 適(shi)用于輸送非易燃和無毒的熱(re)(re)介質管(guan)道，如蒸(zheng)汽、熱(re)(re)水、凝結(jie)水、熱(re)(re)油、熱(re)(re)空氣(qi)等管(guan)道。有腐(fu)蝕性熱(re)(re)介質的管(guan)道不宜使用。
c. 球(qiu)形(xing)(xing)補償(chang)器的(de)補償(chang)量大，最適合在(zai)廠際之間或區域(yu)性的(de)較長距離的(de)熱管道上使(shi)用(yong)(yong)。由于(yu)采(cai)用(yong)(yong)球(qiu)形(xing)(xing)補償(chang)器比U形(xing)(xing)膨脹彎管少用(yong)(yong)很多彎頭(tou)，故也(ye)適用(yong)(yong)于(yu)對壓力降有(you)要求的(de)熱管道。另外，還可(ke)以使(shi)用(yong)(yong)在(zai)對接管載荷(he)有(you)限制(zhi)的(de)設備進出(chu)口管道上。
d. 球形補償(chang)器可吸(xi)收布置在建筑物或儲(chu)罐之(zhi)間(jian)的管道因基礎下沉而引起的相對位(wei)移(yi)。
e. 球形補償器可以緩解或(huo)消除管(guan)道系統因地震而產(chan)生的(de)超載應力。
③. 布置(zhi)方式(shi)和補償量計算
a. 直線管道固定支架間 距如表3-17所示。
b. 水平Z形布(bu)置 有單(dan)向式(shi)(shi)、雙向式(shi)(shi)和三球式(shi)(shi)三種布(bu)置方式(shi)(shi)。
· 單向式
單(dan)(dan)向(xiang)式(shi)包括單(dan)(dan)向(xiang)A式(shi)和單(dan)(dan)向(xiang)B式(shi)2種，如(ru)圖3-21所示。
單向(xiang)A式(shi)的(de)主要特征是球形補償器設在兩(liang)個(ge)固定支(zhi)架(jia)(jia)之間(jian)，離其中一個(ge)固定支(zhi)架(jia)(jia)（A點(dian)）很(hen)近，離另一個(ge)固定支(zhi)架(jia)(jia)（B點(dian)）較遠，這種布置(zhi)只(zhi)吸(xi)收一個(ge)方向(xiang)的(de)位移。一般受到(dao)地形位置(zhi)限制時用此布置(zhi)方式(shi)。
單(dan)向B式(shi)(shi)的(de)特征與(yu)單(dan)向A式(shi)(shi)相同(tong)，用在無(wu)位置限制的(de)條(tiao)件下(xia)，與(yu)單(dan)向A式(shi)(shi)不同(tong)之處是熱脹(zhang)終止位置不同(tong)，以及固定支(zhi)架1與(yu)②承受推力(li)大(da)小不同(tong)，如固定支(zhi)架②與(yu)支(zhi)架1相比(bi)(bi)，需要考(kao)慮管道載荷的(de)摩擦力(li)，而(er)固定支(zhi)架1與(yu)支(zhi)架②相比(bi)(bi)，需要考(kao)慮球形補償器(qi)動作(zuo)時的(de)側向力(li)。
單向式的位移量Δ、折曲角0、球心距R間關系為： 單向A式 Δ=Rsin (0/2) （3-1) 、 單向B式Δ=2Rsin(0/2) （3-2)
· 雙向式
球形補償(chang)器設在兩固定支(zhi)(zhi)架中(zhong)間，而且離(li)兩支(zhi)(zhi)架距離(li)都較遠時，能吸(xi)收兩個(ge)方向(xiang)的(de)位移（見圖3-22),位移量Δ=Δ1+Δ2.布(bu)置(zhi)時盡(jin)量使兩邊管段（A段、B段）相等，其Δ、R、0的(de)關系式為： Δ1+Δ2=2Rsin(0/2)（3-3)
· 三球式
當整條管(guan)道(dao)不(bu)能吸收橫(heng)向位移(yi)(yi)時，應采用此(ci)種形式，用第三(san)個(ge)球吸收管(guan)道(dao)的(de)橫(heng)向位移(yi)(yi)（見圖3-23).位移(yi)(yi)Δ、球心距R、折曲(qu)角0的(de)關(guan)系(xi)式為Δ=2Rsin(0/2)（3-4)
圖(tu)3-23中R1、β和橫向位移Δ:的關系(xi)式為 Δ=Risinβ（3-5)式中，β不(bu)能大于球形補(bu)償器全折(zhe)曲角8的一半。
c. 水平L形布置
水平L形布置可吸收兩段相互垂直(zhi)管道的位移（見圖3-24)。
確(que)定(ding)(ding)兩(liang)球中心間距(ju)R1、R2時，先(xian)用(yong)直線段L1、L2按(an)(an)(an)式（3-6)計算(suan)位移量Δ1、Δ2,兩(liang)者中的(de)較大值Δ,并(bing)按(an)(an)(an)式（3-1)計算(suan)出中心距(ju)，而后(hou)將求(qiu)出的(de)數(shu)值乘(cheng)以1.5,作為＝R2的(de)數(shu)值，然后(hou)用(yong)R1、R2按(an)(an)(an)式（3-7)及(ji)實(shi)際的(de)Δ1及(ji)Δ2重(zhong)新(xin)求(qiu)出01和(he)02.檢查01＋02=0:是否超(chao)過(guo)制(zhi)造(zao)廠規定(ding)(ding)的(de)折(zhe)曲角(jiao)（03<30°),如果超(chao)過(guo)則需加長(chang)球心距(ju)，然后(hou)重(zhong)計算(suan)。
Δ=αtL(t1-to)（3-6)
中Δ 熱(re)膨(peng)脹(zhang)量，mm;
L-管道直(zhi)線長(chang)度，mm;
r1-管道(dao)工作溫(wen)度，℃;
t0-管道安裝溫度，℃;
Q:-管材在工作(zuo)溫度下(xia)的線脹系數，1/℃.
必(bi)須注(zhu)意，實際(ji)R1、R2值要比(bi)計算(suan)值大(da)，以保證留有余量。
d. 垂直面布置
· 垂直Z形布(bu)置的原理及計算式(shi)與水平Z形布(bu)置相(xiang)同(tong)（見圖3-25).
· 兩組(zu)球形補償器(qi)組(zu)合垂(chui)直布(bu)(bu)置 利用(yong)球形補償器(qi)的工作原理，在實際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)，將訴組(zu)布(bu)(bu)置在一(yi)起，既方便支架的布(bu)(bu)置，又整齊(qi)美觀。但要注(zhu)意(yi)，兩組(zu)中(zhong)間一(yi)定(ding)要用(yong)固定(ding)支架（見圖3-26).
e. 球形補(bu)償(chang)器(qi)附近(jin)的(de)彎頭至第一個導向(xiang)支架的(de)距離
例如(ru)圖(tu)3-21(a)及圖(tu)3-25中彎(wan)頭(tou)E點至導向支(zhi)架G點的(de)(de)距離，應滿(man)足(zu)柔(rou)性(xing)的(de)(de)要求。球(qiu)形補償(chang)器前后兩個彎(wan)頭(tou)之間的(de)(de)管(guan)長(chang)的(de)(de)熱膨脹量設為Δ,可作為EG段柔(rou)性(xing)計算(suan)依據，但由于(yu)球(qiu)形補償(chang)器在(zai)位移過程中，其(qi)軌跡(ji)是弧線，所以在(zai)球(qiu)形補償(chang)器附(fu)近將產(chan)生偏移量y,當球(qiu)形補償(chang)器從中心(xin)線向一個方(fang)向擺動時,對于(yu)垂(chui)直(zhi)Z形布置的(de)(de)管(guan)道（見圖(tu)3-25),如(ru)有(you)特(te)殊要求，必須(xu)在(zai)彎(wan)頭(tou)E點附(fu)近設置支(zhi)架時，應采用彈簧支(zhi)架。
f. 在分支管上布置球形補償器
當主(zhu)管(guan)與(yu)分支(zhi)管(guan)在同一(yi)平(ping)面時，可(ke)按(an)圖(tu)3-27所(suo)示方(fang)(fang)式布置(zhi)。當主(zhu)管(guan)有較(jiao)大位(wei)移(yi)時，可(ke)按(an)圖(tu)3-27(a)布置(zhi)。帶球形補償器的分支(zhi)管(guan)的x長度應(ying)滿足前面第e點所(suo)述位(wei)移(yi)ΔR的要求。當不能布置(zhi)成吸(xi)收段“x”時，可(ke)采用三球布置(zhi)方(fang)(fang)式，見(jian)圖(tu)3-27(b),其計算(suan)方(fang)(fang)法與(yu)L形布置(zhi)計算(suan)相同。
④. 反作用力計算
球形補償(chang)器轉動力矩M引起的(de)反作用力F1可按下式計算
F1=2M/R1（3-12)
式中 F1-轉動(dong)力矩(ju)而引起的反作(zuo)用力，N;
M-球形補(bu)償(chang)器轉動力矩（由制(zhi)造廠(chang)提供），N·m;
R1-球心距在作(zuo)用面上的投影長度(du)，m,R1=Rcos(0/2)(當0小(xiao)于30°時，可取R1~R).
3. 套筒(tong)式補償器（填料函式管(guan)道伸縮節）
①. 主要結構類型
a. 重載(zai)套筒式補償器
其內(nei)部沒有內(nei)壓平(ping)衡結構(gou)，端部固(gu)定點需(xu)承受彎管或閥門、盲板的內(nei)壓推力（見(jian)圖3-28).
b. 減載套筒式補償器(qi)
其內部(bu)有內壓(ya)(ya)平衡(heng)結(jie)構，端部(bu)的(de)彎(wan)管(guan)或閥門、盲板的(de)內壓(ya)(ya)推(tui)力與(yu)補償器內部(bu)構件的(de)軸向(xiang)承壓(ya)(ya)面所受(shou)的(de)內壓(ya)(ya)推(tui)力平衡(heng)，所以固定(ding)支架可以不考慮內壓(ya)(ya)推(tui)力的(de)作用，但(dan)目前尚(shang)無(wu)定(ding)型產品和標準，選用時要(yao)慎重。
②. 使用場合
a. 適用(yong)范圍。公稱壓(ya)力：PN≤2.5MPa;工作溫度≤200℃;公稱尺寸：DN50~600mm;輸送介質：蒸(zheng)汽(qi)、水。
b. 這種補償(chang)器(qi)(qi)有易泄漏和(he)軸向推力較大的缺(que)點(dian)，一般很少(shao)選用(yong)，尤其(qi)在(zai)(zai)裝置(zhi)內(nei)(nei)或(huo)寒冷地區(qu)更(geng)不能(neng)選用(yong)這種補償(chang)器(qi)(qi)。在(zai)(zai)裝置(zhi)外、廠區(qu)內(nei)(nei)或(huo)廠際之間(jian)的熱管道上，在(zai)(zai)布置(zhi)U形膨脹彎管受空(kong)間(jian)位置(zhi)限(xian)制時可以選用(yong)，但盡量(liang)少(shao)用(yong)。
③. 布(bu)置方式
套筒式補償(chang)器只能用(yong)(yong)于直線熱管道(dao)上(shang)吸收熱伸長，不能用(yong)(yong)于彎(wan)管和空間管系。
套筒式補(bu)(bu)償(chang)器(qi)兩邊直(zhi)管(guan)端點(dian)（根據(ju)補(bu)(bu)償(chang)器(qi)的補(bu)(bu)償(chang)能(neng)力計算固定點(dian)的位置），必須設(she)置固定架。導向支架布置要(yao)求和波紋管(guan)膨(peng)脹節的布置要(yao)求相同(tong)。
