為(wei)了(le)防止管(guan)(guan)道熱膨脹產生的破壞(huai)作用(yong)，在管(guan)(guan)道設(she)計(ji)中，應當對(dui)高溫(wen)管(guan)(guan)道進行熱補(bu)償設(she)計(ji)。管(guan)(guan)道的熱補(bu)償方(fang)法有兩種(zhong)：一種(zhong)是利(li)用(yong)管(guan)(guan)道自(zi)身的柔性吸收其(qi)位移(yi)變(bian)形的自(zi)然(ran)補(bu)償法；另一種(zhong)是利(li)用(yong)在管(guan)(guan)道中設(she)置適當形式的補(bu)償器(qi)對(dui)管(guan)(guan)道進行補(bu)償的方(fang)法。
管(guan)道(dao)在現場的(de)(de)(de)(de)走向是根據工藝設備(bei)的(de)(de)(de)(de)布(bu)置情況(kuang)決定的(de)(de)(de)(de)。利用改(gai)變管(guan)道(dao)走向、調整(zheng)支(zhi)撐(cheng)點(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)位(wei)置或改(gai)變支(zhi)吊架的(de)(de)(de)(de)形(xing)式，增(zeng)加管(guan)道(dao)自身(shen)的(de)(de)(de)(de)柔(rou)性(xing)，以(yi)補償(chang)其熱膨脹和端點(dian)(dian)附加位(wei)移(yi)的(de)(de)(de)(de)辦(ban)法稱為管(guan)道(dao)自然補償(chang)。例如在管(guan)道(dao)中(zhong)布(bu)置適當的(de)(de)(de)(de)L形(xing)、Z形(xing)或I形(xing)管(guan)段，即可有效地增(zeng)加管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)(de)柔(rou)性(xing)。這種補償(chang)辦(ban)法結構(gou)簡單、運(yun)行可靠、投資少，所以(yi)被(bei)廣泛采(cai)用。
1. 金屬波紋管(guan)膨(peng)脹節
隨著大(da)(da)(da)直徑高溫管(guan)(guan)(guan)(guan)道的(de)增多和金(jin)屬波(bo)紋(wen)管(guan)(guan)(guan)(guan)膨(peng)(peng)(peng)脹節制造(zao)技(ji)術(shu)的(de)提(ti)高，近年來金(jin)屬波(bo)紋(wen)管(guan)(guan)(guan)(guan)膨(peng)(peng)(peng)脹節在壓(ya)力(li)管(guan)(guan)(guan)(guan)道中得到了廣泛應(ying)(ying)用。此(ci)種補(bu)償(chang)器(qi)制造(zao)技(ji)術(shu)較(jiao)為復雜，價格高。一般采(cai)用0.5~3mm薄不銹鋼板(ban)制造(zao)，耐(nai)壓(ya)低，補(bu)償(chang)能(neng)力(li)大(da)(da)(da)，適(shi)用于低壓(ya)大(da)(da)(da)直徑高溫管(guan)(guan)(guan)(guan)道。但應(ying)(ying)當指(zhi)出(chu)，在強度上它是管(guan)(guan)(guan)(guan)道中的(de)薄弱環節，與自然補(bu)償(chang)比較(jiao)可靠性(xing)差(cha)，應(ying)(ying)正確選用與安裝。目前(qian)此(ci)種補(bu)償(chang)器(qi)尚無國家標(biao)準(zhun)，各(ge)企業標(biao)準(zhun)的(de)波(bo)紋(wen)管(guan)(guan)(guan)(guan)參數尚不統一，但其(qi)制造(zao)技(ji)術(shu)條件已有(you)國家標(biao)準(zhun)GB/T 12777《金(jin)屬波(bo)紋(wen)管(guan)(guan)(guan)(guan)膨(peng)(peng)(peng)脹節制造(zao)技(ji)術(shu)條件》。
根據(ju)金屬(shu)波紋管膨脹節的結構和功能，其基(ji)本(ben)形(xing)式可分十(shi)大類。如(ru)表3-16所示。
壓力(li)管道常用的金屬波紋管膨脹節(jie)主(zhu)要有單(dan)式(shi)軸向型(xing)、復式(shi)拉桿型(xing)、單(dan)式(shi)鉸鏈(lian)型(xing)及(ji)彎管壓力(li)平(ping)衡型(xing)等幾種(zhong)。
①. 單式軸向型(xing)膨脹(zhang)節
單式軸(zhou)(zhou)向型膨脹節(jie)(jie)結構簡單、價格低，主要用于吸收(shou)軸(zhou)(zhou)向位(wei)移(yi)，在一定條件下可吸收(shou)少量角位(wei)移(yi)和(he)軸(zhou)(zhou)向位(wei)移(yi)。用于吸收(shou)軸(zhou)(zhou)向位(wei)移(yi)的單式軸(zhou)(zhou)向型膨脹節(jie)(jie)的典型布置如(ru)圖 3-15 所(suo)示。
單式(shi)軸向型(xing)(xing)膨脹節屬于無(wu)約束型(xing)(xing)波紋(wen)膨脹節，不(bu)能(neng)承(cheng)受(shou)波紋(wen)管壓(ya)力推(tui)力。選用(yong)時(shi)應注意下(xia)列問題(ti)。
a. 兩固定(ding)支座之間的管(guan)道上只能布置一個(ge)該型膨脹節。
b. 固定支座必須有足夠的強度(du)，以承受波(bo)紋管壓力推力。
c. 對管道必(bi)須進行嚴格保護，尤(you)其是靠近波紋(wen)管膨(peng)脹節的部(bu)位應(ying)(ying)設置(zhi)導向(xiang)架(jia)，第一個導向(xiang)支(zhi)(zhi)架(jia)與膨(peng)脹節的距離(li)應(ying)(ying)小于4DN,第二個導向(xiang)支(zhi)(zhi)架(jia)與第一個導向(xiang)支(zhi)(zhi)架(jia)的距離(li)應(ying)(ying)不(bu)大于14DN,以防止管道有彎曲或徑向(xiang)偏移造成膨(peng)脹節破壞。
②. 復(fu)式拉(la)桿型膨脹節(jie)
復式拉桿(gan)型膨脹(zhang)(zhang)(zhang)節(jie)的安裝示意圖如(ru)圖3-16所示。管(guan)(guan)(guan)道呈Z形(xing)，補(bu)償器(qi)可(ke)吸收(shou)拉桿(gan)之間管(guan)(guan)(guan)道的軸(zhou)向(xiang)膨脹(zhang)(zhang)(zhang)量(liang)，拉桿(gan)承受(shou)內壓推力，兩側管(guan)(guan)(guan)道的膨脹(zhang)(zhang)(zhang)使補(bu)償器(qi)產生橫(heng)向(xiang)位移，兩個膨脹(zhang)(zhang)(zhang)節(jie)均產生角(jiao)位移。
③. 單式鉸鏈(lian)型膨脹節
一(yi)般將兩個(ge)(ge)或(huo)三個(ge)(ge)單式鉸(jiao)鏈型膨脹(zhang)(zhang)節(jie)布(bu)置(zhi)在一(yi)個(ge)(ge)平面內，如圖3-17所(suo)示。工作時利用(yong)每個(ge)(ge)膨脹(zhang)(zhang)節(jie)產生的(de)(de)角位(wei)移來(lai)吸(xi)收(shou)管道的(de)(de)熱(re)膨脹(zhang)(zhang)。這種布(bu)置(zhi)方法可吸(xi)收(shou)較大的(de)(de)膨脹(zhang)(zhang)量。
④. 彎管(guan)壓力平衡型(xing)膨脹節
能平衡(heng)膨脹節的(de)壓力(li)推力(li)，可(ke)避免壓力(li)推力(li)作(zuo)用(yong)在與其連接的(de)機器(qi)管(guan)嘴上，所以在與汽輪機、離心壓縮機等(deng)敏感設備(bei)連接的(de)管(guan)道上應用(yong)較多。安裝示意圖如圖3-18所示。
2. 球形(xing)補償(chang)器
①. 結構及工作(zuo)原(yuan)理
球(qiu)形(xing)(xing)補償(chang)(chang)(chang)器(qi)(qi)(qi)的(de)結構如圖3-19所(suo)(suo)示(shi)，其(qi)工作(zuo)原理如圖3-20(a)所(suo)(suo)示(shi)，球(qiu)體可(ke)以繞本身軸線(xian)旋轉(zhuan)［見圖3-20(b)],還可(ke)以向(xiang)(xiang)任(ren)意方向(xiang)(xiang)做(zuo)折曲(qu)運動［見圖3-20(c)].利(li)用球(qiu)形(xing)(xing)補償(chang)(chang)(chang)器(qi)(qi)(qi)的(de)這些特點，可(ke)將其(qi)角度(du)位移(yi)轉(zhuan)變(bian)為管道的(de)直(zhi)線(xian)位移(yi)來(lai)吸收管道的(de)熱膨脹量，在轉(zhuan)變(bian)過程中，為保證(zheng)管道的(de)直(zhi)線(xian)性，球(qiu)形(xing)(xing)補償(chang)(chang)(chang)器(qi)(qi)(qi)本身的(de)角度(du)也需要(yao)給予(yu)補償(chang)(chang)(chang)，因此，必須要(yao)兩個或三個組(zu)成一組(zu)來(lai)使用，單(dan)個球(qiu)形(xing)(xing)補償(chang)(chang)(chang)器(qi)(qi)(qi)是不能吸收直(zhi)線(xian)位移(yi)的(de)［見圖3-20(d)]。
球(qiu)形補(bu)償器的(de)三個重要參數指標是：球(qiu)心距R、折曲角0和位移量Δ.θ的(de)大小(xiao)由制造廠提(ti)供，與結(jie)構尺寸有關，國內(nei)產品一般為30°,國外產品有30°、15°等多(duo)種形式，其余兩項R和Δ由設計(ji)確定。
②. 使(shi)用場(chang)合(he)
a. 適用范圍(wei) 公稱(cheng)壓力(li)PN≤1.6MPa;設計溫度T≤350℃;公稱(cheng)尺寸DN50~600mm.
b. 適用(yong)于(yu)輸送非(fei)易燃和無毒的熱(re)介質管(guan)道，如蒸汽、熱(re)水、凝結水、熱(re)油(you)、熱(re)空氣等管(guan)道。有腐蝕(shi)性熱(re)介質的管(guan)道不宜使(shi)用(yong)。
c. 球形(xing)補(bu)償(chang)(chang)器的(de)補(bu)償(chang)(chang)量大(da)，最(zui)適(shi)合在廠際之(zhi)間(jian)或區域性(xing)的(de)較長距離的(de)熱管(guan)道(dao)上使用(yong)。由于(yu)采(cai)用(yong)球形(xing)補(bu)償(chang)(chang)器比U形(xing)膨脹彎管(guan)少用(yong)很(hen)多彎頭，故也適(shi)用(yong)于(yu)對壓力降(jiang)有要求的(de)熱管(guan)道(dao)。另外(wai)，還可(ke)以使用(yong)在對接管(guan)載荷有限制的(de)設備進出口管(guan)道(dao)上。
d. 球形補償器可吸收布置在建(jian)筑物或(huo)儲罐之間的(de)管(guan)道(dao)因基礎下沉而引起的(de)相(xiang)對(dui)位移。
e. 球形補償器(qi)可(ke)以緩解(jie)或消除管道系統因地(di)震而產生的超(chao)載(zai)應力。
③. 布置方式和補(bu)償量計算
a. 直線管(guan)道固定支(zhi)架間 距如表3-17所示。
b. 水平Z形布置(zhi) 有單向式(shi)、雙向式(shi)和三球式(shi)三種布置(zhi)方式(shi)。
· 單(dan)向式(shi)
單(dan)向(xiang)式包(bao)括單(dan)向(xiang)A式和單(dan)向(xiang)B式2種，如圖(tu)3-21所示。
單(dan)向A式的(de)主要特征是(shi)球形(xing)(xing)補償(chang)器設在兩個(ge)固(gu)定(ding)(ding)支架之間，離(li)其中一個(ge)固(gu)定(ding)(ding)支架（A點）很近，離(li)另一個(ge)固(gu)定(ding)(ding)支架（B點）較(jiao)遠(yuan)，這種(zhong)布置(zhi)(zhi)只吸(xi)收一個(ge)方向的(de)位移。一般(ban)受到地形(xing)(xing)位置(zhi)(zhi)限(xian)制時用(yong)此布置(zhi)(zhi)方式。
單(dan)向(xiang)B式的(de)特征與(yu)單(dan)向(xiang)A式相(xiang)同(tong)，用(yong)在無(wu)位置限制的(de)條件下，與(yu)單(dan)向(xiang)A式不同(tong)之(zhi)處是(shi)熱脹終止位置不同(tong)，以及(ji)固(gu)定支架(jia)1與(yu)②承受推力(li)大小不同(tong)，如(ru)固(gu)定支架(jia)②與(yu)支架(jia)1相(xiang)比，需(xu)要考慮(lv)管道載(zai)荷的(de)摩擦(ca)力(li)，而固(gu)定支架(jia)1與(yu)支架(jia)②相(xiang)比，需(xu)要考慮(lv)球形補償器動(dong)作時的(de)側向(xiang)力(li)。
單(dan)向式的位移量Δ、折曲角0、球心距R間關系(xi)為(wei)： 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
球形補償器設在(zai)兩(liang)固定支(zhi)架中(zhong)間，而且離兩(liang)支(zhi)架距(ju)離都較遠時，能吸收(shou)兩(liang)個方向的位移（見(jian)圖(tu)3-22),位移量Δ=Δ1+Δ2.布(bu)置(zhi)時盡(jin)量使(shi)兩(liang)邊(bian)管段（A段、B段）相(xiang)等，其(qi)Δ、R、0的關(guan)系式(shi)為： Δ1+Δ2=2Rsin(0/2)（3-3)
· 三球式
當(dang)整條管道不能吸(xi)收(shou)橫向(xiang)位(wei)移時，應采用此(ci)種形式(shi)，用第三個球吸(xi)收(shou)管道的橫向(xiang)位(wei)移（見圖3-23).位(wei)移Δ、球心距R、折曲(qu)角0的關系(xi)式(shi)為Δ=2Rsin(0/2)（3-4)
圖3-23中(zhong)R1、β和橫(heng)向位(wei)移Δ:的關系式(shi)為 Δ=Risinβ（3-5)式(shi)中(zhong)，β不(bu)能大于球形補償器(qi)全折曲(qu)角8的一(yi)半。
c. 水(shui)平L形布置(zhi)
水平L形(xing)布置可吸(xi)收兩(liang)段相互垂直(zhi)管道的位移（見圖(tu)3-24)。
確定兩(liang)球(qiu)中(zhong)心間(jian)距R1、R2時，先用(yong)(yong)直(zhi)線(xian)段(duan)L1、L2按(an)式(shi)（3-6)計(ji)算(suan)位移量(liang)Δ1、Δ2,兩(liang)者中(zhong)的(de)(de)較大值(zhi)Δ,并按(an)式(shi)（3-1)計(ji)算(suan)出中(zhong)心距，而后(hou)將求出的(de)(de)數值(zhi)乘以1.5,作為＝R2的(de)(de)數值(zhi)，然后(hou)用(yong)(yong)R1、R2按(an)式(shi)（3-7)及(ji)實際的(de)(de)Δ1及(ji)Δ2重新求出01和02.檢(jian)查(cha)01＋02=0:是(shi)否超過制(zhi)造廠規定的(de)(de)折曲(qu)角（03<30°),如果超過則需加長球(qiu)心距，然后(hou)重計(ji)算(suan)。
Δ=αtL(t1-to)（3-6)
中Δ 熱膨脹量，mm;
L-管道直線長(chang)度，mm;
r1-管道工(gong)作溫度，℃;
t0-管道安裝(zhuang)溫度(du)，℃;
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(zheng)留有余量。
d. 垂直(zhi)面布置(zhi)
· 垂(chui)直Z形布(bu)置的原理及計算式與水平Z形布(bu)置相同（見圖3-25).
· 兩(liang)(liang)組(zu)球形(xing)補償(chang)器組(zu)合垂直布置 利用球形(xing)補償(chang)器的工作原理，在實際應用中，將訴組(zu)布置在一(yi)起，既方便支(zhi)架的布置，又整齊美觀。但(dan)要注意(yi)，兩(liang)(liang)組(zu)中間一(yi)定要用固定支(zhi)架（見圖(tu)3-26).
e. 球(qiu)形補償器附(fu)近的彎頭至第一(yi)個導向(xiang)支架的距離
例如(ru)圖(tu)(tu)(tu)3-21(a)及圖(tu)(tu)(tu)3-25中彎(wan)頭(tou)(tou)E點至導向支架(jia)G點的(de)距離，應(ying)滿足柔性(xing)(xing)的(de)要求。球(qiu)(qiu)(qiu)形(xing)補(bu)償(chang)(chang)器(qi)前后兩個(ge)彎(wan)頭(tou)(tou)之間的(de)管長的(de)熱膨脹量(liang)設(she)為Δ,可作(zuo)為EG段柔性(xing)(xing)計算(suan)依據，但(dan)由于球(qiu)(qiu)(qiu)形(xing)補(bu)償(chang)(chang)器(qi)在位移過(guo)程(cheng)中，其軌跡是弧線，所(suo)以在球(qiu)(qiu)(qiu)形(xing)補(bu)償(chang)(chang)器(qi)附近將產(chan)生(sheng)偏移量(liang)y,當(dang)球(qiu)(qiu)(qiu)形(xing)補(bu)償(chang)(chang)器(qi)從中心線向一個(ge)方(fang)向擺(bai)動時,對于垂直(zhi)Z形(xing)布置的(de)管道（見圖(tu)(tu)(tu)3-25),如(ru)有特(te)殊要求，必須在彎(wan)頭(tou)(tou)E點附近設(she)置支架(jia)時，應(ying)采用彈簧支架(jia)。
f. 在分支管(guan)上布(bu)置(zhi)球(qiu)形補(bu)償器(qi)
當主管(guan)(guan)與分支管(guan)(guan)在(zai)同(tong)一平面時(shi)，可按圖(tu)3-27所示方(fang)式布(bu)(bu)(bu)置。當主管(guan)(guan)有較大(da)位移時(shi)，可按圖(tu)3-27(a)布(bu)(bu)(bu)置。帶球(qiu)形(xing)補償器的(de)(de)分支管(guan)(guan)的(de)(de)x長度應(ying)滿足前(qian)面第e點所述位移ΔR的(de)(de)要求。當不能布(bu)(bu)(bu)置成吸收段“x”時(shi)，可采(cai)用三球(qiu)布(bu)(bu)(bu)置方(fang)式，見圖(tu)3-27(b),其計算方(fang)法與L形(xing)布(bu)(bu)(bu)置計算相同(tong)。
④. 反作用力計算(suan)
球形補償器轉動力(li)矩M引起的反作用力(li)F1可按下式計算
F1=2M/R1（3-12)
式中 F1-轉動力矩而引起的(de)反作用力，N;
M-球形補償器轉動力矩（由制造廠提供），N·m;
R1-球心距在作(zuo)用(yong)面(mian)上的投影長度，m,R1=Rcos(0/2)(當(dang)0小于(yu)30°時，可(ke)取R1~R).
3. 套筒(tong)式(shi)補償器（填料函式(shi)管(guan)道伸縮節）
①. 主要結構類型
a. 重載套筒(tong)式補償器
其內部沒有內壓平衡結構，端部固定點需承受彎管或(huo)閥(fa)門、盲板(ban)的內壓推力（見圖3-28).
b. 減載(zai)套筒式補償器(qi)
其內(nei)部有內(nei)壓平(ping)衡(heng)結構，端部的彎(wan)管(guan)或閥門(men)、盲板的內(nei)壓推力與補償器內(nei)部構件的軸向承壓面所受的內(nei)壓推力平(ping)衡(heng)，所以(yi)固定支架(jia)可以(yi)不(bu)考(kao)慮內(nei)壓推力的作用(yong)，但目前(qian)尚無定型產品(pin)和標準，選用(yong)時要慎重。
②. 使用場合
a. 適用(yong)范圍。公稱壓力：PN≤2.5MPa;工作溫度≤200℃;公稱尺寸：DN50~600mm;輸送介質：蒸汽、水。
b. 這(zhe)(zhe)種補償(chang)(chang)器(qi)有易(yi)泄漏和(he)軸向推力(li)較大的缺點，一般(ban)很少選用(yong)，尤其在(zai)(zai)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)內或寒冷地區更不能(neng)選用(yong)這(zhe)(zhe)種補償(chang)(chang)器(qi)。在(zai)(zai)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)外(wai)、廠區內或廠際之間(jian)的熱管(guan)道上(shang)，在(zai)(zai)布置(zhi)U形膨(peng)脹彎管(guan)受(shou)空(kong)間(jian)位置(zhi)限制時可(ke)以選用(yong)，但(dan)盡量少用(yong)。
③. 布置方式
套筒式(shi)補償(chang)器只能用(yong)(yong)于(yu)直線熱(re)管道上吸收熱(re)伸長，不能用(yong)(yong)于(yu)彎管和空間(jian)管系。
套(tao)筒式補(bu)償(chang)(chang)器兩邊直管端點（根(gen)據補(bu)償(chang)(chang)器的補(bu)償(chang)(chang)能力計算固(gu)定(ding)點的位置(zhi)(zhi)），必(bi)須設(she)置(zhi)(zhi)固(gu)定(ding)架。導向支(zhi)架布置(zhi)(zhi)要求和(he)波(bo)紋管膨脹節的布置(zhi)(zhi)要求相同(tong)。
