為了(le)防止管(guan)(guan)道(dao)熱(re)(re)膨脹產生的(de)破壞作用，在管(guan)(guan)道(dao)設(she)計中(zhong)，應當對高溫管(guan)(guan)道(dao)進行熱(re)(re)補(bu)償(chang)(chang)設(she)計。管(guan)(guan)道(dao)的(de)熱(re)(re)補(bu)償(chang)(chang)方(fang)法(fa)有兩種(zhong)(zhong)：一種(zhong)(zhong)是利(li)用管(guan)(guan)道(dao)自身的(de)柔性吸(xi)收其(qi)位移變形的(de)自然補(bu)償(chang)(chang)法(fa)；另一種(zhong)(zhong)是利(li)用在管(guan)(guan)道(dao)中(zhong)設(she)置適當形式(shi)的(de)補(bu)償(chang)(chang)器對管(guan)(guan)道(dao)進行補(bu)償(chang)(chang)的(de)方(fang)法(fa)。
管(guan)道(dao)在現場(chang)的(de)(de)(de)(de)走向是(shi)根據工藝設備的(de)(de)(de)(de)布(bu)置情況決(jue)定的(de)(de)(de)(de)。利用改(gai)變管(guan)道(dao)走向、調(diao)整支撐點(dian)的(de)(de)(de)(de)位(wei)置或(huo)改(gai)變支吊架的(de)(de)(de)(de)形(xing)式，增加(jia)管(guan)道(dao)自身的(de)(de)(de)(de)柔性，以補(bu)(bu)償(chang)其熱膨脹和端點(dian)附加(jia)位(wei)移的(de)(de)(de)(de)辦法稱為管(guan)道(dao)自然補(bu)(bu)償(chang)。例如(ru)在管(guan)道(dao)中(zhong)布(bu)置適當的(de)(de)(de)(de)L形(xing)、Z形(xing)或(huo)I形(xing)管(guan)段(duan)，即(ji)可有效地增加(jia)管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)(de)柔性。這(zhe)種補(bu)(bu)償(chang)辦法結構(gou)簡(jian)單(dan)、運(yun)行可靠、投資(zi)少，所以被廣泛采用。
1. 金屬波紋管膨脹節
隨著大(da)直徑高(gao)溫管(guan)(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)(de)增多(duo)和金屬波(bo)紋(wen)管(guan)(guan)(guan)膨(peng)脹(zhang)(zhang)節(jie)(jie)制造技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)提(ti)高(gao)，近年來金屬波(bo)紋(wen)管(guan)(guan)(guan)膨(peng)脹(zhang)(zhang)節(jie)(jie)在(zai)壓(ya)力管(guan)(guan)(guan)道(dao)中得到了廣泛應用。此種(zhong)補償(chang)器(qi)制造技(ji)術(shu)較為(wei)復雜(za)，價(jia)格高(gao)。一般采用0.5~3mm薄(bo)不銹鋼板制造，耐壓(ya)低，補償(chang)能力大(da)，適(shi)用于低壓(ya)大(da)直徑高(gao)溫管(guan)(guan)(guan)道(dao)。但應當指(zhi)出(chu)，在(zai)強度(du)上它是管(guan)(guan)(guan)道(dao)中的(de)(de)(de)薄(bo)弱環節(jie)(jie)，與自然補償(chang)比較可靠性差(cha)，應正確選用與安裝。目前此種(zhong)補償(chang)器(qi)尚無國家標準，各企業標準的(de)(de)(de)波(bo)紋(wen)管(guan)(guan)(guan)參(can)數尚不統一，但其制造技(ji)術(shu)條(tiao)件已有國家標準GB/T 12777《金屬波(bo)紋(wen)管(guan)(guan)(guan)膨(peng)脹(zhang)(zhang)節(jie)(jie)制造技(ji)術(shu)條(tiao)件》。
根據金(jin)屬波(bo)紋管膨脹節的結構和功能，其基本(ben)形式可分十大類。如表3-16所(suo)示。
壓(ya)力(li)管道常用(yong)的金屬波(bo)紋(wen)管膨(peng)脹節(jie)主要有單式軸向型(xing)、復式拉桿型(xing)、單式鉸(jiao)鏈(lian)型(xing)及彎管壓(ya)力(li)平衡型(xing)等(deng)幾種。
①. 單式軸向(xiang)型膨脹(zhang)節
單(dan)式軸(zhou)(zhou)向(xiang)型(xing)膨(peng)脹節結構簡單(dan)、價格(ge)低，主要用(yong)(yong)于(yu)(yu)吸(xi)(xi)收(shou)軸(zhou)(zhou)向(xiang)位(wei)移(yi)，在一(yi)定條(tiao)件下可(ke)吸(xi)(xi)收(shou)少量角位(wei)移(yi)和軸(zhou)(zhou)向(xiang)位(wei)移(yi)。用(yong)(yong)于(yu)(yu)吸(xi)(xi)收(shou)軸(zhou)(zhou)向(xiang)位(wei)移(yi)的單(dan)式軸(zhou)(zhou)向(xiang)型(xing)膨(peng)脹節的典型(xing)布置如圖 3-15 所示。
單(dan)式(shi)軸向型膨脹(zhang)節屬(shu)于無約束型波(bo)紋膨脹(zhang)節，不能承受波(bo)紋管壓力推力。選用時應(ying)注意下列(lie)問(wen)題(ti)。
a. 兩固定(ding)支座之間的管道上只(zhi)能布置一個該(gai)型膨脹節。
b. 固(gu)定支(zhi)座(zuo)必須有足夠(gou)的強度，以承(cheng)受(shou)波紋管(guan)壓力(li)(li)推力(li)(li)。
c. 對管(guan)(guan)道(dao)必須進行嚴格保護，尤其是靠(kao)近波(bo)紋管(guan)(guan)膨(peng)脹(zhang)節(jie)(jie)的(de)部(bu)位應設置導(dao)向(xiang)架，第一個(ge)導(dao)向(xiang)支(zhi)架與(yu)膨(peng)脹(zhang)節(jie)(jie)的(de)距離(li)應小于4DN,第二(er)個(ge)導(dao)向(xiang)支(zhi)架與(yu)第一個(ge)導(dao)向(xiang)支(zhi)架的(de)距離(li)應不大于14DN,以防止管(guan)(guan)道(dao)有彎(wan)曲或徑向(xiang)偏移造成膨(peng)脹(zhang)節(jie)(jie)破(po)壞。
②. 復式(shi)拉桿型(xing)膨脹節(jie)
復式拉桿型膨脹(zhang)節的安(an)裝示(shi)意圖如圖3-16所示(shi)。管道呈Z形(xing)，補(bu)償(chang)器可吸收拉桿之間管道的軸(zhou)向(xiang)膨脹(zhang)量，拉桿承受(shou)內壓推力，兩(liang)側管道的膨脹(zhang)使補(bu)償(chang)器產(chan)生(sheng)橫向(xiang)位(wei)移，兩(liang)個膨脹(zhang)節均產(chan)生(sheng)角位(wei)移。
③. 單式(shi)鉸鏈型膨脹節
一般將兩個(ge)(ge)或(huo)三個(ge)(ge)單(dan)式鉸鏈型膨脹(zhang)節布置在一個(ge)(ge)平面(mian)內，如圖3-17所(suo)示。工(gong)作時利用每個(ge)(ge)膨脹(zhang)節產生的角位(wei)移來吸(xi)收管道的熱膨脹(zhang)。這(zhe)種布置方法可吸(xi)收較大的膨脹(zhang)量(liang)。
④. 彎管壓力平衡(heng)型膨脹節
能平衡膨(peng)脹節的壓力(li)推力(li)，可避免壓力(li)推力(li)作用在與其連接(jie)的機(ji)(ji)器管嘴上，所以在與汽輪機(ji)(ji)、離心(xin)壓縮(suo)機(ji)(ji)等敏感設備連接(jie)的管道上應用較(jiao)多。安裝示意(yi)圖如圖3-18所示。
2. 球形(xing)補(bu)償器
①. 結構及(ji)工(gong)作原(yuan)理(li)
球形補(bu)償(chang)(chang)(chang)器(qi)(qi)的結構如圖(tu)3-19所(suo)示(shi)，其(qi)工(gong)作原(yuan)理如圖(tu)3-20(a)所(suo)示(shi)，球體可以繞本身軸(zhou)線(xian)(xian)旋轉(zhuan)［見(jian)圖(tu)3-20(b)],還可以向任意方(fang)向做(zuo)折曲運動［見(jian)圖(tu)3-20(c)].利用球形補(bu)償(chang)(chang)(chang)器(qi)(qi)的這些特點，可將其(qi)角度位(wei)(wei)移(yi)轉(zhuan)變為管道的直(zhi)線(xian)(xian)位(wei)(wei)移(yi)來吸收管道的熱(re)膨脹量(liang)，在(zai)轉(zhuan)變過(guo)程中，為保證管道的直(zhi)線(xian)(xian)性，球形補(bu)償(chang)(chang)(chang)器(qi)(qi)本身的角度也需要給予補(bu)償(chang)(chang)(chang)，因(yin)此(ci)，必須要兩個(ge)或三個(ge)組成一組來使用，單個(ge)球形補(bu)償(chang)(chang)(chang)器(qi)(qi)是不能吸收直(zhi)線(xian)(xian)位(wei)(wei)移(yi)的［見(jian)圖(tu)3-20(d)]。
球形(xing)補償器(qi)的三個重(zhong)要(yao)參數指標是(shi)：球心距R、折(zhe)曲角0和位移量(liang)Δ.θ的大小由(you)制造廠(chang)提供，與結構(gou)尺寸(cun)有關，國內(nei)產(chan)品一般為30°,國外產(chan)品有30°、15°等多種(zhong)形(xing)式，其余兩項R和Δ由(you)設計確(que)定。
②. 使用場合(he)
a. 適用范(fan)圍 公(gong)稱壓力PN≤1.6MPa;設計(ji)溫(wen)度T≤350℃;公(gong)稱尺寸DN50~600mm.
b. 適用(yong)于(yu)輸送非易燃(ran)和無(wu)毒的熱(re)介(jie)質(zhi)管(guan)(guan)道，如蒸汽、熱(re)水(shui)、凝結(jie)水(shui)、熱(re)油、熱(re)空氣等管(guan)(guan)道。有腐蝕性熱(re)介(jie)質(zhi)的管(guan)(guan)道不宜使用(yong)。
c. 球形(xing)(xing)補(bu)償(chang)(chang)器的(de)(de)補(bu)償(chang)(chang)量大，最(zui)適(shi)合在廠際之間或區(qu)域性(xing)的(de)(de)較(jiao)長距離的(de)(de)熱(re)管(guan)(guan)(guan)道(dao)上使用(yong)。由于采用(yong)球形(xing)(xing)補(bu)償(chang)(chang)器比U形(xing)(xing)膨脹彎管(guan)(guan)(guan)少用(yong)很(hen)多彎頭，故也適(shi)用(yong)于對壓力降有要求的(de)(de)熱(re)管(guan)(guan)(guan)道(dao)。另(ling)外，還可(ke)以(yi)使用(yong)在對接管(guan)(guan)(guan)載荷有限制的(de)(de)設備進出(chu)口管(guan)(guan)(guan)道(dao)上。
d. 球形補償器可吸收(shou)布置(zhi)在建筑物或儲罐之間的管(guan)道因基礎下(xia)沉而引起(qi)的相對位移。
e. 球形補償器可以緩解(jie)或(huo)消除(chu)管道系統因地震而產生的超載應力。
③. 布置方式和補償量(liang)計算
a. 直線管道固定支(zhi)架間(jian) 距如表3-17所示。
b. 水平Z形布置 有單向(xiang)(xiang)式(shi)(shi)、雙向(xiang)(xiang)式(shi)(shi)和三(san)球式(shi)(shi)三(san)種布置方(fang)式(shi)(shi)。
· 單向式
單(dan)向(xiang)(xiang)式(shi)包括單(dan)向(xiang)(xiang)A式(shi)和單(dan)向(xiang)(xiang)B式(shi)2種，如圖3-21所示。
單向A式(shi)(shi)的主要特(te)征是球形補償器設在兩個(ge)固(gu)定支架之間，離其中一(yi)個(ge)固(gu)定支架（A點）很近，離另一(yi)個(ge)固(gu)定支架（B點）較遠，這種布(bu)置(zhi)只吸(xi)收一(yi)個(ge)方向的位(wei)移。一(yi)般受到(dao)地形位(wei)置(zhi)限制時用(yong)此布(bu)置(zhi)方式(shi)(shi)。
單(dan)(dan)向(xiang)B式(shi)的(de)(de)特征與單(dan)(dan)向(xiang)A式(shi)相同，用在(zai)無位置限制的(de)(de)條件下，與單(dan)(dan)向(xiang)A式(shi)不同之處是(shi)熱(re)脹終止位置不同，以(yi)及固定(ding)支架1與②承(cheng)受推力(li)大小(xiao)不同，如(ru)固定(ding)支架②與支架1相比，需要考(kao)(kao)慮管道載(zai)荷的(de)(de)摩(mo)擦力(li)，而固定(ding)支架1與支架②相比，需要考(kao)(kao)慮球形補(bu)償器動作時的(de)(de)側向(xiang)力(li)。
單向式的位移(yi)量(liang)Δ、折曲角0、球(qiu)心距R間關(guan)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
球形補償器設在(zai)兩(liang)固(gu)定支架中間，而且離(li)兩(liang)支架距離(li)都較遠時，能(neng)吸(xi)收兩(liang)個方(fang)向的位移(yi)（見圖3-22),位移(yi)量Δ=Δ1+Δ2.布置時盡量使(shi)兩(liang)邊管段（A段、B段）相等，其(qi)Δ、R、0的關系(xi)式為： Δ1+Δ2=2Rsin(0/2)（3-3)
· 三(san)球式
當整條管道不能(neng)吸收橫(heng)向(xiang)位移(yi)時，應采用此種(zhong)形(xing)式，用第三個(ge)球吸收管道的(de)橫(heng)向(xiang)位移(yi)（見圖3-23).位移(yi)Δ、球心距R、折曲角0的(de)關系式為(wei)Δ=2Rsin(0/2)（3-4)
圖3-23中R1、β和橫向位移Δ:的關系(xi)式為 Δ=Risinβ（3-5)式中，β不能大于球形補(bu)償器全折曲(qu)角8的一半。
c. 水平L形布置
水平L形布置可吸(xi)收兩段相互垂直管道的位(wei)移（見(jian)圖(tu)3-24)。
確(que)定兩(liang)球中(zhong)心(xin)間(jian)距R1、R2時，先用直線段L1、L2按式（3-6)計算(suan)位移(yi)量Δ1、Δ2,兩(liang)者中(zhong)的(de)較大值Δ,并按式（3-1)計算(suan)出中(zhong)心(xin)距，而后將求出的(de)數值乘以1.5,作為＝R2的(de)數值，然后用R1、R2按式（3-7)及實際的(de)Δ1及Δ2重新求出01和(he)02.檢查01＋02=0:是否超過制(zhi)造(zao)廠(chang)規(gui)定的(de)折曲角(jiao)（03<30°),如果超過則需加長球心(xin)距，然后重計算(suan)。
Δ=αtL(t1-to)（3-6)
中Δ 熱膨(peng)脹量(liang)，mm;
L-管道直線(xian)長度，mm;
r1-管道工作溫度，℃;
t0-管道(dao)安(an)裝溫(wen)度，℃;
Q:-管材在工作溫度下的線脹(zhang)系數，1/℃.
必須注意，實際R1、R2值要(yao)比計算值大(da)，以保證留有余量。
d. 垂(chui)直面布置(zhi)
· 垂直Z形布置的原理及計算式與水(shui)平Z形布置相同（見(jian)圖3-25).
· 兩組球形(xing)補償器組合垂直布置 利用球形(xing)補償器的工作原理(li)，在(zai)實際(ji)應用中，將(jiang)訴組布置在(zai)一起(qi)，既(ji)方便支架的布置，又(you)整齊美觀(guan)。但(dan)要注意，兩組中間一定要用固定支架（見圖(tu)3-26).
e. 球形補償器附(fu)近的彎(wan)頭至(zhi)第一個導(dao)向支(zhi)架的距離
例如(ru)圖(tu)3-21(a)及圖(tu)3-25中(zhong)彎頭(tou)(tou)E點至導向支架(jia)G點的距離，應滿足柔性的要求。球(qiu)形補(bu)償(chang)器(qi)前后兩個(ge)彎頭(tou)(tou)之(zhi)間的管長的熱膨脹量(liang)設(she)為Δ,可作為EG段柔性計算依(yi)據，但由(you)于球(qiu)形補(bu)償(chang)器(qi)在位移過程中(zhong)，其軌跡是弧線，所以在球(qiu)形補(bu)償(chang)器(qi)附近將產生偏(pian)移量(liang)y,當球(qiu)形補(bu)償(chang)器(qi)從中(zhong)心線向一(yi)個(ge)方向擺動時,對(dui)于垂直Z形布置(zhi)的管道(dao)（見(jian)圖(tu)3-25),如(ru)有特殊(shu)要求，必須在彎頭(tou)(tou)E點附近設(she)置(zhi)支架(jia)時，應采(cai)用彈簧支架(jia)。
f. 在分支管上布置球形(xing)補(bu)償器
當(dang)主管(guan)與分支管(guan)在同一平面時，可(ke)按(an)圖3-27所示方式布(bu)(bu)置(zhi)(zhi)。當(dang)主管(guan)有較大位(wei)移時，可(ke)按(an)圖3-27(a)布(bu)(bu)置(zhi)(zhi)。帶(dai)球形補償(chang)器(qi)的分支管(guan)的x長(chang)度(du)應(ying)滿足前面第e點(dian)所述位(wei)移ΔR的要求。當(dang)不能布(bu)(bu)置(zhi)(zhi)成吸(xi)收段“x”時，可(ke)采用三球布(bu)(bu)置(zhi)(zhi)方式，見圖3-27(b),其計算方法與L形布(bu)(bu)置(zhi)(zhi)計算相(xiang)同。
④. 反(fan)作(zuo)用力計算
球(qiu)形補償器轉動(dong)力矩M引起的反作(zuo)用力F1可按下式計算
F1=2M/R1（3-12)
式中 F1-轉動力(li)矩而引起的(de)反作(zuo)用力(li)，N;
M-球形補償器轉動(dong)力矩（由制造廠提(ti)供），N·m;
R1-球心距在作用面(mian)上的投影長度，m,R1=Rcos(0/2)(當(dang)0小(xiao)于(yu)30°時，可取R1~R).
3. 套筒式(shi)補償器(qi)（填料函(han)式(shi)管道伸縮節(jie)）
①. 主(zhu)要結構(gou)類型
a. 重載套筒式(shi)補償(chang)器(qi)
其內部(bu)沒有(you)內壓平衡結構，端部(bu)固定點需承(cheng)受彎管(guan)或閥門、盲(mang)板的內壓推力(li)（見圖3-28).
b. 減載套筒(tong)式(shi)補償器
其(qi)內(nei)(nei)部(bu)(bu)有內(nei)(nei)壓(ya)(ya)平(ping)衡結構，端部(bu)(bu)的(de)(de)彎(wan)管或閥(fa)門、盲板(ban)的(de)(de)內(nei)(nei)壓(ya)(ya)推(tui)力與補償器內(nei)(nei)部(bu)(bu)構件的(de)(de)軸向承壓(ya)(ya)面所受的(de)(de)內(nei)(nei)壓(ya)(ya)推(tui)力平(ping)衡，所以固(gu)定支架可以不考(kao)慮內(nei)(nei)壓(ya)(ya)推(tui)力的(de)(de)作用(yong)，但目前(qian)尚(shang)無定型產品和標準，選用(yong)時要慎重(zhong)。
②. 使用(yong)場(chang)合
a. 適用范(fan)圍。公(gong)稱壓力：PN≤2.5MPa;工作溫度≤200℃;公(gong)稱尺(chi)寸：DN50~600mm;輸送(song)介質：蒸(zheng)汽、水。
b. 這種補償器(qi)有易泄漏(lou)和軸向推(tui)力(li)較大的缺點，一般很少選用(yong)，尤其(qi)在裝置內或寒冷地(di)區(qu)更不能(neng)選用(yong)這種補償器(qi)。在裝置外、廠(chang)區(qu)內或廠(chang)際(ji)之間的熱管(guan)道上，在布置U形膨脹(zhang)彎管(guan)受空間位置限(xian)制時可以選用(yong)，但盡量(liang)少用(yong)。
③. 布置方式
套(tao)筒式補償器(qi)只能(neng)用(yong)于直線熱(re)管(guan)道上吸收熱(re)伸長，不能(neng)用(yong)于彎管(guan)和空間管(guan)系(xi)。
套(tao)筒式補(bu)償器(qi)兩(liang)邊直管端點（根(gen)據(ju)補(bu)償器(qi)的補(bu)償能力計(ji)算固定點的位置(zhi)），必須設置(zhi)固定架。導向(xiang)支架布(bu)置(zhi)要求和(he)波紋管膨(peng)脹節的布(bu)置(zhi)要求相同(tong)。
