方形补偿器

补偿器又称膨胀节、膨胀节或伸缩装置，主要用于补偿温度变化引起的管道变形。如果管道在温度变化时不能完全自由地膨胀或收缩，管道中就会产生温度应力。管道设计时必须考虑这种应力，否则可能导致管道破裂，影响生产的正常运行。

定义和公式:

⑴定义

A.滑动支架:管道在轴向和横向不受限制，即允许管道前后和左右移动；

导向支架:它是一种滑动支架。一般情况下，管道只允许轴向位移，不允许横向位移。

通常，建议定位直管导向支架:使补偿器靠近固定支架，使第一个导向支架与补偿器端面之间的距离不超过管道直径的4倍（L1≤4DN）。这种布置不仅可以正确地引导位移，而且可以适当地支撑补偿器的两端。第二个导向支架和第一个导向支架之间的距离不得超过管道直径的14倍（L2≤14DN）。其他导向支架的最大间距可根据公式计算，也可根据燃烧规上的规定执行。如下图所示:

c、固定支架:管道的轴向和横向受到限制，不允许管道移位。

固定支架分为主固定支架和副固定支架。主固定支架一般位于管道的盲端、弯头、阀门和侧支管道的连接处，副固定支架一般位于直管段上的两个轴向补偿器之间。

②管道伸长量的计算

温差引起的管道长度变化按下式计算:

△L=αL△t

式中:△L——管道伸长量（米）；

α——管道的线膨胀系数（m/m℃），其值见表1；

l-管道长度（米）；

△t——温差（℃），在阳光直射条件下，80℃时可计算框架空管道的温差；

表1各种管道的线膨胀系数（m/m℃）

②温度应力

管道两端固定时，温度应力为σ=Eδ。

式中:σ-温度应力（MPa）；

E-弹性模量（MPa），钢为2.1×105 MPa；；

δ——管道的相对变形量，δ = △ l/l

自然补偿器:

自然补偿器利用管道本身进行补偿，常用的形式有两种，L型和Z型，如下图所示:

自然补偿器短臂的计算方法如下:

（1）L型补偿器短臂长度的计算:

式中l-L补偿器的短臂长度（m）；

△L-L补偿器长臂的热膨胀（mm）；

D-管道外径（毫米）。

（2）Z补偿器短臂长度计算:

式中:l-Z补偿器的短臂长度（m）；

△t——计算温差（℃）；

E-弹性模量（MPa）；

d——管道外径（毫米）；

σ-容许弯曲应力（MPa）；k= L1/L2。

小结:一般来说，自然补偿管道的长臂长度不应超过25m，弯曲应力不应超过80MPa。

l形和Z形补偿器可以由管道中的弯头形成，并且易于安装。在管道设计中，应充分利用这两种补偿器进行补偿，然后再考虑采用其他补偿器。自然补偿的优点是可以省去补偿器，缺点是管道变形时会产生横向位移。只有当frame空管道中的自然补偿不能满足要求时，才能考虑其他类型的补偿器。

方形补偿器:

方形补偿器又称∪补偿器，一般采用优质无缝钢管弯曲而成，管径较大时通常采用焊接弯头。曲率半径通常为3DN-4DN。方形补偿器分为四种型号，其补偿能力为30 mm-250 mm。

表2补偿能力为50毫米的方形补偿器的相关参数

表3补偿能力为100毫米的方形补偿器相关参数

补偿能力为30毫米、75毫米、150毫米、200毫米和250毫米的方形补偿器均有相关参数表。

总结:方形补偿器的优点是制造方便、轴向推力小、补偿量大、运行可靠、密封性好、无需频繁维护。其缺点是介质流动阻力大，单侧伸臂长，占空的比例大，不适合大管径。

波纹补偿器:

波纹补偿器由先进的非破坏性波纹管和薄不锈钢板通过一步液压成形制成。波纹补偿器可以在管道中进行轴向、横向和角度补偿。

波纹补偿器有很多种，包括轴向波纹补偿器、自由复合波纹补偿器和拉杆波纹补偿器。后两种结构更复杂，很少用于输气管道。主要介绍轴向波纹补偿器。

轴向波纹补偿器由一个波纹管和两个喷嘴组成。它通过波纹管的柔性变形吸收管道的轴向位移（也有少量的侧向和角位移），一般通过法兰与管道连接。补偿器上的小拉杆主要用于运输过程中的刚性支撑或产品的预变形调整，它不是承重部件。如下图所示:

轴向波纹补偿器为了减小介质的流动阻力，加装了内套筒，大大限制了横向补偿能力，因此一般只用于吸收或补偿管道的轴向位移；

波纹补偿器的补偿能力为△ L =△ S× N。

式中:△L-补偿器的补偿能力（mm）；

N-节点号；

△s——单波纹的补偿能力（mm）；一般为15-20mm，产品说明书中有相关参数。

波纹补偿器的允许补偿容量一般按最大补偿容量的1/2-2/3计算。

单个纹波的补偿容量△s可通过以下公式计算:

式中:E——补偿器钢的弹性模量（MPa）；

σs-补偿器钢的屈服极限（MPa）；

D-管道内径（厘米）；

δ-补偿器壁厚（厘米）；

K-安全系数。当P≤0.25MPa时，k = 1.2当0.25MPa≤ P≤0.6MPa时，k = 1.3

α-波形补偿器计算系数，根据β=d/D/d值查表3。

D-波形补偿器的外径（厘米）。

表4波形补偿器的计算系数

为了使补偿器处于良好的工作位置，改善管道的应力状态，补偿器在安装前进行“预变形”

轴向补偿器的轴向预变形△X由以下公式确定:

△X = X { 1/2-（T0-Tmin）/（Tmax-Tmin）}

其中:x轴补偿；tmax——最高工作温度；

t0-安装温度℃；tmin——最低工作温度。

小结:波纹补偿器具有工作可靠、结构紧凑、重量轻、位移补偿量大、变形应力小等优点，在燃气管道补偿中应用广泛。但由于其壁薄、强度低，不能承受扭转和振动，安全性较差，因此在施工时应加以保护。

金属软管:

金属软管由不锈钢波纹管、不锈钢网套和金属软管接头组成。如下图所示:

不锈钢波纹管由极薄壁无缝不锈钢管经高精度塑性加工而成。有两种形式:一种是环形金属软管，另一种是螺旋金属软管。如下图所示:

不锈钢网套是安装在压力管道中的金属软管的主要承压部件，同时也对金属软管起到保护作用。根据管道内的压力和应用场所，可以选择一层或多层不锈钢丝或钢带按照一定的参数进行编织。压力范围一般为PN0.6-32.0Mpa，最大压力为42.0MPa

金属软管接头主要包括螺纹连接、法兰连接和快速接头连接。

常用金属软管的主要参数:

金属软管的主要尺寸:

金属软管的主要技术特性:

总结:金属软管具有柔韧性好、耐疲劳、耐高压、耐高低温、耐腐蚀等特点。它可广泛用于补偿燃气管道中的横向位移，也可用于连接燃气管道和燃气设备，以吸收设备的振动，减少振动对燃气管道的影响。

框架空管道中补偿器的选择应首先考虑自然补偿，当自然补偿不能满足要求时，应考虑方形补偿器、波纹补偿器或金属软管。

补偿器的安装:

方形补偿器由四个弯头组成:

特点:制造方便，运行可靠，补偿能力大，轴向推力小，维修方便。

缺点:占地面积大。

安装条件:①两个固定支架之间的管道已安装完毕；

②支架已按设计要求固定牢固。

吊装方法:多点绑扎法。

补偿器吊装就位后必须进行冷拉或冷压，冷压或冷压量应符合设计要求，其允许偏差应在±10mm之间。

安装技术要求:

1.在安装过程中，需要预拉伸或预压缩；

2.水平安装的补偿器应与管道保持相同的坡度；

3.补偿器两侧的第一个支架应设置在距离补偿器弯头起点0.5-1M处。支架为滑动支架，不能设置导向和固定支架。

4.补偿器的顶部装有放气阀，底部装有疏水装置。

填料功能补偿器的安装:

填料补偿器安装方便，占地面积小，流体阻力小，抗失稳性能好，补偿能力大，可在不停止加热的情况下进行检修。缺点是轴向推力大，容易漏水漏气，需要经常修理更换填料。如果管道变形并有横向位移，很容易导致填料环被卡住。这种补偿器通常只用于难以安装方形补偿器的地方。

安装前的要求:检查内部零件并检查填充物是否完整并符合技术要求。

包装:石棉绳环浸泡在机油中，并涂上石墨粉，每个环的接头应错开。

波形补偿器安装:

波纹管膨胀节的安装要求:

1.波纹管膨胀节不能承重，应单独吊装。除非波纹管膨胀节采取加固措施，否则不得在焊接后将波纹管膨胀节与管道一起吊装。

2.安装前检查波纹管膨胀节的型号和规格，管道的支架配置必须符合设计要求。

3.注意带内衬波纹管的膨胀，使内衬方向与介质流动方向一致，平面角波纹管膨胀的铰链旋转平面与位移平面一致。

4.需要冷紧固的波纹管是膨胀的，用于预变形的辅助部件应在管道系统安装后拆除。

5.除设计要求的预变形外，禁止通过使波纹管变形来调整管道的安装偏差，以免影响波纹管膨胀的正常功能，降低使用寿命并增加管道、设备和支承构件的负荷。

6.在安装过程中，不允许焊渣飞溅到波纹管的膨胀表面上并对波纹管造成其他机械损坏。

7.管道系统安装后，应立即拆除波纹管上用于安装和运输保护的辅助定位机构的紧固件，并根据设计要求将限位装置调整到指定位置。

8.波纹管膨胀节的所有活动元件不应被外部部件（或内部固体沉积物）堵塞或限制其活动部件的正常工作。9.对于带有气体介质的波纹管膨胀节及其连接管道，在进行水压试验时，需要考虑波纹管膨胀节上的连接管是否需要加临时支撑以承受充水时的荷载。

10.水压试验所用的水必须是清洁的（不能使用含有沉淀物或沉积物的污水）且无腐蚀性，奥氏体不锈钢波纹管膨胀节用水中的氯离子含量应严格控制在不超过25PPm。

11.水压试验后，应尽快排干波纹中的积水。

球形补偿器:

球形补偿器由壳体、球体和密封圈压紧法兰组成。它利用球形管接头的随机转动来补偿管道的热伸长和消除热应力，适用于三个方向的热力管道。其优点是占用空间小，节省材料，无推力；缺点是容易漏水漏汽，需要加强保养。

本文来源于网络，部分资料由吕忠良撰写。南方暖通空调学会编辑。