為了防(fang)止管(guan)道熱膨(peng)脹(zhang)產生的破壞作用，在管(guan)道設(she)計中，應當對高溫管(guan)道進行熱補償(chang)(chang)設(she)計。管(guan)道的熱補償(chang)(chang)方法(fa)有兩種(zhong)：一種(zhong)是利(li)用管(guan)道自(zi)身的柔(rou)性吸收其位移變形(xing)的自(zi)然補償(chang)(chang)法(fa)；另一種(zhong)是利(li)用在管(guan)道中設(she)置適(shi)當形(xing)式的補償(chang)(chang)器對管(guan)道進行補償(chang)(chang)的方法(fa)。
管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)在(zai)(zai)現場(chang)的(de)走向(xiang)是根據工藝設(she)備的(de)布置情況決定的(de)。利用改變管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)走向(xiang)、調整(zheng)支(zhi)撐點(dian)的(de)位(wei)置或(huo)改變支(zhi)吊(diao)架(jia)的(de)形式，增加管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)自身(shen)的(de)柔(rou)性，以(yi)補(bu)償(chang)(chang)其熱膨(peng)脹和端點(dian)附加位(wei)移(yi)的(de)辦法(fa)稱(cheng)為管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)自然補(bu)償(chang)(chang)。例如在(zai)(zai)管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)中(zhong)布置適當的(de)L形、Z形或(huo)I形管(guan)段，即(ji)可(ke)有效(xiao)地(di)增加管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)柔(rou)性。這種補(bu)償(chang)(chang)辦法(fa)結構簡單、運行可(ke)靠、投資(zi)少(shao)，所以(yi)被廣泛采用。
1. 金屬波紋管膨(peng)脹節
隨著大(da)直(zhi)徑高(gao)溫管(guan)(guan)(guan)(guan)道的(de)增多和金屬(shu)波(bo)紋(wen)管(guan)(guan)(guan)(guan)膨脹(zhang)節制造技術(shu)的(de)提高(gao)，近年(nian)來金屬(shu)波(bo)紋(wen)管(guan)(guan)(guan)(guan)膨脹(zhang)節在壓(ya)力(li)(li)管(guan)(guan)(guan)(guan)道中得到了廣泛(fan)應用。此種(zhong)補(bu)償(chang)器制造技術(shu)較為復雜，價(jia)格(ge)高(gao)。一般采用0.5~3mm薄不銹(xiu)鋼板(ban)制造，耐壓(ya)低，補(bu)償(chang)能力(li)(li)大(da)，適用于低壓(ya)大(da)直(zhi)徑高(gao)溫管(guan)(guan)(guan)(guan)道。但應當指出，在強度(du)上它是管(guan)(guan)(guan)(guan)道中的(de)薄弱環(huan)節，與(yu)自然補(bu)償(chang)比較可靠性差，應正(zheng)確選用與(yu)安裝(zhuang)。目前此種(zhong)補(bu)償(chang)器尚無國家(jia)標(biao)準，各(ge)企業標(biao)準的(de)波(bo)紋(wen)管(guan)(guan)(guan)(guan)參(can)數尚不統一，但其(qi)制造技術(shu)條件已有國家(jia)標(biao)準GB/T 12777《金屬(shu)波(bo)紋(wen)管(guan)(guan)(guan)(guan)膨脹(zhang)節制造技術(shu)條件》。
根據(ju)金屬(shu)波(bo)紋管膨脹(zhang)節的(de)結構和(he)功能，其基本(ben)形式(shi)可分十大類。如表(biao)3-16所示。
壓力(li)管(guan)道常用的金屬(shu)波(bo)紋管(guan)膨脹節主(zhu)要有單式(shi)(shi)軸向型、復式(shi)(shi)拉桿型、單式(shi)(shi)鉸鏈型及彎管(guan)壓力(li)平衡型等(deng)幾種(zhong)。
①. 單式軸向型(xing)膨脹(zhang)節(jie)
單式軸(zhou)向(xiang)型膨脹(zhang)(zhang)節結構簡單、價(jia)格低，主(zhu)要用于吸收軸(zhou)向(xiang)位移，在一(yi)定條件下可吸收少量角位移和軸(zhou)向(xiang)位移。用于吸收軸(zhou)向(xiang)位移的單式軸(zhou)向(xiang)型膨脹(zhang)(zhang)節的典型布(bu)置如(ru)圖 3-15 所示。
單式軸(zhou)向型膨(peng)脹(zhang)節(jie)屬于無約束型波紋膨(peng)脹(zhang)節(jie)，不能承受波紋管壓力推力。選(xuan)用時(shi)應注意(yi)下列(lie)問題。
a. 兩(liang)固定支座之間的(de)管道上只(zhi)能布置一個該型(xing)膨脹節。
b. 固定支座必須有足夠的強度，以(yi)承受(shou)波紋(wen)管壓力(li)推力(li)。
c. 對管(guan)道必須進行嚴格保護，尤其是(shi)靠近波紋(wen)管(guan)膨脹節的部位應設置導(dao)向(xiang)架(jia)，第一(yi)個(ge)導(dao)向(xiang)支(zhi)架(jia)與膨脹節的距離(li)應小于4DN,第二個(ge)導(dao)向(xiang)支(zhi)架(jia)與第一(yi)個(ge)導(dao)向(xiang)支(zhi)架(jia)的距離(li)應不(bu)大于14DN,以防止管(guan)道有彎曲或徑(jing)向(xiang)偏移造(zao)成膨脹節破壞(huai)。
②. 復(fu)式拉桿型膨脹(zhang)節
復式拉(la)桿(gan)型膨(peng)脹節的(de)安裝示意圖如圖3-16所示。管(guan)(guan)道呈(cheng)Z形，補償器可吸收拉(la)桿(gan)之(zhi)間管(guan)(guan)道的(de)軸(zhou)向膨(peng)脹量，拉(la)桿(gan)承受(shou)內壓推力，兩側管(guan)(guan)道的(de)膨(peng)脹使補償器產生橫(heng)向位移，兩個膨(peng)脹節均產生角位移。
③. 單(dan)式鉸鏈型膨脹節
一般將兩個或三(san)個單(dan)式鉸鏈型膨(peng)脹節布置在一個平面內，如圖3-17所示。工作時(shi)利用每個膨(peng)脹節產生的角位移來吸收管道的熱膨(peng)脹。這種布置方法可吸收較大的膨(peng)脹量。
④. 彎管壓力平衡型膨脹(zhang)節
能(neng)平(ping)衡膨脹(zhang)節的(de)壓力(li)推(tui)力(li)，可避(bi)免壓力(li)推(tui)力(li)作用(yong)在與(yu)其(qi)連(lian)接的(de)機(ji)器管(guan)嘴上，所以在與(yu)汽輪(lun)機(ji)、離心壓縮機(ji)等敏感(gan)設備連(lian)接的(de)管(guan)道上應用(yong)較(jiao)多(duo)。安裝示意圖如圖3-18所示。
2. 球(qiu)形補償器(qi)
①. 結構及(ji)工作原理
球(qiu)(qiu)形補(bu)償(chang)器的(de)結構如(ru)圖(tu)3-19所示，其工作原(yuan)理如(ru)圖(tu)3-20(a)所示，球(qiu)(qiu)體可以(yi)(yi)繞本身(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)(qiu)形補(bu)償(chang)器的(de)這些特(te)點，可將其角(jiao)度(du)位移(yi)(yi)轉變為管道(dao)的(de)直線(xian)(xian)位移(yi)(yi)來(lai)吸(xi)收管道(dao)的(de)熱膨脹量，在轉變過程中，為保證管道(dao)的(de)直線(xian)(xian)性，球(qiu)(qiu)形補(bu)償(chang)器本身(shen)的(de)角(jiao)度(du)也需要給予補(bu)償(chang)，因(yin)此，必須要兩個(ge)(ge)或(huo)三個(ge)(ge)組成一(yi)組來(lai)使用，單(dan)個(ge)(ge)球(qiu)(qiu)形補(bu)償(chang)器是不(bu)能吸(xi)收直線(xian)(xian)位移(yi)(yi)的(de)［見圖(tu)3-20(d)]。
球(qiu)形補償器的(de)(de)三個重要(yao)參數指標是：球(qiu)心(xin)距R、折曲角0和位移(yi)量Δ.θ的(de)(de)大小由(you)制造廠提(ti)供，與結構尺寸有關，國(guo)內產品(pin)一般為30°,國(guo)外產品(pin)有30°、15°等多(duo)種形式，其余兩項R和Δ由(you)設計確定。
②. 使用場合
a. 適用范(fan)圍 公稱(cheng)壓力PN≤1.6MPa;設計溫度T≤350℃;公稱(cheng)尺寸DN50~600mm.
b. 適用于輸送非(fei)易燃和無毒的熱(re)介質管道，如(ru)蒸汽、熱(re)水、凝結水、熱(re)油、熱(re)空氣等(deng)管道。有腐蝕性熱(re)介質的管道不宜使用。
c. 球形(xing)(xing)補償(chang)器的(de)補償(chang)量(liang)大，最適合(he)在(zai)廠際之間或區(qu)域性的(de)較長距離的(de)熱(re)(re)管(guan)(guan)道(dao)上使(shi)用。由(you)于采用球形(xing)(xing)補償(chang)器比(bi)U形(xing)(xing)膨脹彎管(guan)(guan)少用很多(duo)彎頭，故也適用于對(dui)壓(ya)力降有要求的(de)熱(re)(re)管(guan)(guan)道(dao)。另外，還可以使(shi)用在(zai)對(dui)接管(guan)(guan)載荷(he)有限(xian)制的(de)設備(bei)進出(chu)口管(guan)(guan)道(dao)上。
d. 球形補償器可吸(xi)收布置在建筑物或儲罐(guan)之間的(de)管(guan)道因基(ji)礎下沉而引起的(de)相(xiang)對位移。
e. 球(qiu)形補償器可以緩解或消(xiao)除管(guan)道系統因(yin)地震而(er)產生的超載應力。
③. 布置(zhi)方(fang)式和(he)補償量計算
a. 直線管(guan)道固(gu)定(ding)支架間 距如表3-17所示。
b. 水平Z形布置(zhi) 有(you)單向式、雙向式和三(san)球式三(san)種布置(zhi)方式。
· 單向式
單向(xiang)式包括單向(xiang)A式和單向(xiang)B式2種，如圖3-21所(suo)示。
單向A式的主要特征是(shi)球形補償器設在(zai)兩個(ge)(ge)固(gu)定(ding)(ding)支(zhi)架之間，離其中一(yi)個(ge)(ge)固(gu)定(ding)(ding)支(zhi)架（A點）很近(jin)，離另(ling)一(yi)個(ge)(ge)固(gu)定(ding)(ding)支(zhi)架（B點）較(jiao)遠，這種布置(zhi)(zhi)只吸收(shou)一(yi)個(ge)(ge)方向的位移。一(yi)般(ban)受到(dao)地形位置(zhi)(zhi)限制時用此(ci)布置(zhi)(zhi)方式。
單向B式的(de)特征與(yu)單向A式相(xiang)同(tong)，用在(zai)無(wu)位置(zhi)限(xian)制(zhi)的(de)條(tiao)件(jian)下，與(yu)單向A式不(bu)(bu)同(tong)之處是(shi)熱脹終止(zhi)位置(zhi)不(bu)(bu)同(tong)，以及固定支(zhi)架1與(yu)②承受推(tui)力(li)大小不(bu)(bu)同(tong)，如固定支(zhi)架②與(yu)支(zhi)架1相(xiang)比(bi)，需要(yao)考(kao)慮管(guan)道(dao)載荷(he)的(de)摩擦力(li)，而固定支(zhi)架1與(yu)支(zhi)架②相(xiang)比(bi)，需要(yao)考(kao)慮球形補償器動作時的(de)側向力(li)。
單向(xiang)(xiang)(xiang)式(shi)的位移量Δ、折曲角0、球心距R間(jian)關系為： 單向(xiang)(xiang)(xiang)A式(shi) Δ=Rsin (0/2) （3-1) 、 單向(xiang)(xiang)(xiang)B式(shi)Δ=2Rsin(0/2) （3-2)
· 雙向(xiang)式
球形補償器設在(zai)兩固定支架(jia)中間，而(er)且離兩支架(jia)距(ju)離都較遠(yuan)時，能吸(xi)收兩個方向(xiang)的位移（見圖3-22),位移量Δ=Δ1+Δ2.布置時盡(jin)量使兩邊管段（A段、B段）相等，其(qi)Δ、R、0的關系式為： Δ1+Δ2=2Rsin(0/2)（3-3)
· 三(san)球(qiu)式(shi)
當整條管道不能吸收(shou)橫(heng)向位移時(shi)，應采用(yong)此種形式，用(yong)第三個(ge)球(qiu)(qiu)吸收(shou)管道的(de)(de)橫(heng)向位移（見圖3-23).位移Δ、球(qiu)(qiu)心距R、折曲角0的(de)(de)關系式為Δ=2Rsin(0/2)（3-4)
圖3-23中R1、β和橫(heng)向位移Δ:的關系(xi)式(shi)(shi)為 Δ=Risinβ（3-5)式(shi)(shi)中，β不能(neng)大(da)于(yu)球形補償器(qi)全折曲角8的一(yi)半。
c. 水平L形(xing)布(bu)置(zhi)
水平L形布置可吸收(shou)兩(liang)段相互垂直管道(dao)的位移（見圖3-24)。
確定(ding)兩球中心間距R1、R2時，先用直(zhi)線段L1、L2按式(shi)（3-6)計算位移量Δ1、Δ2,兩者中的較大值(zhi)Δ,并按式(shi)（3-1)計算出(chu)中心距，而后(hou)將求(qiu)出(chu)的數(shu)值(zhi)乘以(yi)1.5,作為(wei)＝R2的數(shu)值(zhi)，然后(hou)用R1、R2按式(shi)（3-7)及實際的Δ1及Δ2重(zhong)新求(qiu)出(chu)01和02.檢(jian)查(cha)01＋02=0:是否超(chao)過制造廠規定(ding)的折曲角（03<30°),如果超(chao)過則(ze)需加長(chang)球心距，然后(hou)重(zhong)計算。
Δ=αtL(t1-to)（3-6)
中Δ 熱膨(peng)脹量，mm;
L-管(guan)道直(zhi)線長度(du)，mm;
r1-管道(dao)工(gong)作(zuo)溫度，℃;
t0-管(guan)道安裝(zhuang)溫度(du)，℃;
Q:-管材在工作溫(wen)度(du)下的線脹系(xi)數，1/℃.
必須注意，實際R1、R2值要比計(ji)算(suan)值大，以(yi)保證留有余量。
d. 垂直面布置
· 垂直(zhi)Z形布置(zhi)的(de)原理(li)及計算式(shi)與水平Z形布置(zhi)相同（見圖(tu)3-25).
· 兩組球(qiu)(qiu)形補償(chang)器組合垂直布(bu)置 利用(yong)(yong)球(qiu)(qiu)形補償(chang)器的(de)工(gong)作(zuo)原理(li)，在(zai)(zai)實(shi)際應(ying)用(yong)(yong)中，將訴(su)組布(bu)置在(zai)(zai)一(yi)起，既方便支架(jia)(jia)的(de)布(bu)置，又整齊美觀。但要(yao)注意，兩組中間一(yi)定要(yao)用(yong)(yong)固定支架(jia)(jia)（見圖3-26).
e. 球形補償器附近的彎頭至第一個導(dao)向支架(jia)的距離
例(li)如圖3-21(a)及圖3-25中彎頭(tou)E點至導向支架G點的(de)距(ju)離，應滿足柔性的(de)要求。球(qiu)(qiu)(qiu)形(xing)(xing)(xing)補(bu)償(chang)器(qi)前后(hou)兩個彎頭(tou)之(zhi)間的(de)管長的(de)熱膨脹量設(she)為Δ,可作為EG段柔性計算依據，但由于球(qiu)(qiu)(qiu)形(xing)(xing)(xing)補(bu)償(chang)器(qi)在(zai)位移過程(cheng)中，其(qi)軌跡(ji)是弧(hu)線，所以在(zai)球(qiu)(qiu)(qiu)形(xing)(xing)(xing)補(bu)償(chang)器(qi)附近將產生偏移量y,當(dang)球(qiu)(qiu)(qiu)形(xing)(xing)(xing)補(bu)償(chang)器(qi)從中心線向一(yi)個方向擺動時,對于垂直Z形(xing)(xing)(xing)布置(zhi)的(de)管道（見圖3-25),如有特殊要求，必須在(zai)彎頭(tou)E點附近設(she)置(zhi)支架時，應采(cai)用彈簧支架。
f. 在(zai)分支管(guan)上(shang)布置球(qiu)形補償器
當(dang)主管與(yu)分(fen)支(zhi)管在(zai)同一平面(mian)(mian)時(shi)，可按圖(tu)3-27所示方(fang)(fang)式布置(zhi)。當(dang)主管有(you)較(jiao)大(da)位移時(shi)，可按圖(tu)3-27(a)布置(zhi)。帶球(qiu)形(xing)(xing)補償器的分(fen)支(zhi)管的x長度應滿足前面(mian)(mian)第(di)e點所述位移ΔR的要求。當(dang)不能布置(zhi)成(cheng)吸(xi)收(shou)段“x”時(shi)，可采(cai)用三球(qiu)布置(zhi)方(fang)(fang)式，見圖(tu)3-27(b),其計算方(fang)(fang)法與(yu)L形(xing)(xing)布置(zhi)計算相同。
④. 反作用力計(ji)算
球形補(bu)償器(qi)轉(zhuan)動力矩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-轉動力(li)矩(ju)而引起(qi)的反作用力(li)，N;
M-球(qiu)形補償(chang)器(qi)轉動力矩（由(you)制(zhi)造廠提供(gong)），N·m;
R1-球(qiu)心距在作用面(mian)上的投影長(chang)度，m,R1=Rcos(0/2)(當(dang)0小于(yu)30°時，可取R1~R).
3. 套筒(tong)式補償器（填料函(han)式管道伸縮(suo)節(jie)）
①. 主要結構類(lei)型
a. 重載套筒式補償器
其(qi)內(nei)部沒有內(nei)壓平衡結構，端(duan)部固(gu)定點需承(cheng)受(shou)彎管或(huo)閥門、盲板的內(nei)壓推力（見圖3-28).
b. 減載(zai)套筒(tong)式補(bu)償(chang)器
其內(nei)(nei)(nei)部(bu)有(you)內(nei)(nei)(nei)壓(ya)平衡結構(gou)，端部(bu)的(de)彎(wan)管或閥門、盲(mang)板的(de)內(nei)(nei)(nei)壓(ya)推(tui)力(li)與補償(chang)器內(nei)(nei)(nei)部(bu)構(gou)件(jian)的(de)軸向(xiang)承壓(ya)面所(suo)受的(de)內(nei)(nei)(nei)壓(ya)推(tui)力(li)平衡，所(suo)以固定支架可以不考慮內(nei)(nei)(nei)壓(ya)推(tui)力(li)的(de)作用(yong)，但(dan)目(mu)前(qian)尚無定型產品和標準(zhun)，選用(yong)時要慎(shen)重。
②. 使用場(chang)合
a. 適用范圍。公稱壓力：PN≤2.5MPa;工作溫度≤200℃;公稱尺寸：DN50~600mm;輸送介(jie)質：蒸汽、水(shui)。
b. 這種(zhong)補(bu)償(chang)(chang)器(qi)有易泄漏和(he)軸向推力較大的缺點(dian)，一(yi)般很少選用(yong)，尤其在(zai)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)內或寒冷地區更不能選用(yong)這種(zhong)補(bu)償(chang)(chang)器(qi)。在(zai)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)外(wai)、廠區內或廠際(ji)之間的熱管道(dao)上，在(zai)布置(zhi)(zhi)U形(xing)膨脹彎管受空間位置(zhi)(zhi)限制時可以選用(yong)，但(dan)盡(jin)量少用(yong)。
③. 布置方式
套筒式補(bu)償器只(zhi)能(neng)用于直線熱(re)管道上(shang)吸收熱(re)伸長(chang)，不能(neng)用于彎管和空間管系。
套(tao)筒式補償器(qi)兩邊直管端點（根據(ju)補償器(qi)的補償能力(li)計算固定點的位置(zhi)），必須設置(zhi)固定架。導向支架布置(zhi)要求(qiu)和(he)波紋管膨(peng)脹(zhang)節的布置(zhi)要求(qiu)相同。
