★膨胀节相关知识.doc

n 金属波纹管/膨胀节导流筒（内衬筒,内套筒, 导流板, 介质护罩）金属波纹管/膨胀节附件导流筒导流筒适合应用于所有的膨胀节，以下条件存在时使用导流筒：1.当压力下降到最低限度时和介质需要平静稳定的流动时。2.由于膨胀节内部介质的涡流导致逆流和流向介质流向改变时。3.当需要保护波纹管不受介质携带磨料如催化剂或者是泥浆的影响时。4.高温应用，为使波纹管不受温度影响时。因为导流筒是介质和波纹管之间的保护壁垒。5.应用于空气，蒸汽和其它煤气毒气时。6.应用于水和其它液体时。在导流筒内部，压力下降的情况是极少的，应为介质流动是临时的收缩成颈状的，然后几乎又是立即的返回管的起始部位。如果膨胀节安装时，流向是垂直向上的，导流筒可以可以使液体受到限制。辽宁天安容器有限公司所提供的所有标准件中都是带有排水孔的，以避免液体在导流筒内部滞留。n 金属波纹管/膨胀节附件拉杆、控制杆、限制杆拉杆，也称为系杆拉杆是一种经常以杆或者棒形式出现的装置，它安装组配在膨胀节上，设计用于吸收压力负荷和其它如额定负载等其他的外部作用力。当拉杆用用于单式或者万向式膨胀节上时，吸收轴向位移的能力丧失。限制杆，也称为限制条限制杆应用于由于工厂出现故障或者固定失效时而偶尔发生的位移超出设计范围时能够对波纹管起到保护的作用。正常操作的时候，限制杆不能够用于承受压力和推力。限制杆的设计用于控制由于固定失效而产生的全压力负荷和动力，从而防止波纹管过度伸展或者过度压缩。正常工作时限制杆并不起作用。控制杆，也称为控制棒控制杆是连接在膨胀节上的一个装置，其主要功能是分散万向膨胀节两个波纹管之间的位移。控制杆不起到遏制波纹管压力及推力的作用。n 金属波纹管/膨胀节附件套圈套圈，也称为接合环套圈可应用于多种膨胀节。最常见的应用是蒸汽废弃涡轮机的冷凝器的入口处。这些通常是大直径的，带有很大的管口不圆的可能性。那么套圈就给那些不是很圆的接合管提供了一个焊接端面。在一个全真空的系统中，套圈还可以作为一个加强部件。n 金属波纹管/膨胀节连接方式法兰连接与端管连接一、平板法兰, 套圈为了螺栓连接到管道系统中，任何一种类型的法兰都可以应用在波纹管上。锻钢和平板法兰可以匹配2.5Mpa到5.0Mpa的压力和温度等级，通径标准可从75mm到2000mm。特殊法兰，如活套法兰或者角向法兰尺寸可从300mm到1800mm。任何尺寸的法兰均可定制。二、搭接接头, 搭接法兰, 旋转法兰, 松套法兰Vanstone法兰连接是改进的法兰连接方式，它增加了法兰的灵活性，解决了螺栓孔对不准和表面受潮腐蚀的难题。因为东港天安容器有限公司禁止波纹管的在安装过程中的扭曲，所以这是一个非常经济的解决方案，而不用去危害波纹管本身的完整性。三、端管连接，也称为焊接端、管口或焊环任何一种管都可以连接在波纹管上并且焊在管道系统中。管的通径可从75mm到3000mm。材质可选用碳钢和10及20。可同样采用不锈钢和其它合金钢管。四、角法兰n 如何选择膨胀节用户在选择膨胀节时,应在合同中注明型号规格、介质、最高工作温度、最大工作压力、各向补偿量、连接型式及尺寸。为保证膨胀节的寿命，还应考虑膨胀节的疲劳寿命。一些厂家的资料显示，很多产品的额定补偿量是按其许可疲劳寿命1000次进行计算的.适当减小实际补偿量，可以大大延长其使用寿命。比如：如果实际补偿量为额定补偿量的74%,则寿命次数可为标准次数的34倍,当为70%以下时,可达到45倍。 在安装前,一般要考虑预拉伸(或预压缩)，经过正确的预拉伸(或预压缩)后进行安装，使补偿器能在正常的范围内工作。因为所受的应力小、变形小、弹力小，可以增强膨胀节的寿命。 当选用的补偿器的补偿量是实际最大伸缩量的数倍时，往往也会采用不预拉伸的方法进行安装，为保证固定支座受力计算的安全性,这时的应等于。n 波纹管补偿器实际应用中注意的问题波纹管补偿器之所以能够在许多行业中得到广泛应用，除具有良好的补偿能力之外，高可靠性是主要原因。其可靠性是通过设计、制造、安装、运行管理等多个环节来保证的，任何一个环节的失控都会导致补偿器寿命的降低甚至失效。经过多年统计发现，造成波纹管补偿器失效的原因：设计占10，制造厂家偷工减料占50，安装不符合设备说明要求占20，其余由运行管理不当引起的。1. 波纹管补偿器的失效类型及原因分析1.1失效类型波纹管的失效在管线试压和运行期间均有发生。管线试压时出现问题主要有三种类型：由于管系临时支撑不当，或管系固定支架设置不合理，导致支架破坏，波纹管过量变形而失效；由于波纹管设计所考虑的压力或位移安全富裕度不够，管线试压时波纹管产生失稳变形失效；补偿器制造质量问题，制造厂偷工减料，5层不锈钢私自改为3层或更少。波纹管在运行期间的失效主要表现为腐蚀泄漏和失稳变形两种形式，其中以腐蚀失效居多。从腐蚀失效波纹管的饵剖分析发现，腐蚀失效通常分点腐蚀穿孔和应力腐蚀开裂，其中氯离子应力腐蚀开裂约占整个腐蚀失效的95。波纹管失稳有强度失稳和结构失稳两种类型，强度失稳包括内外压波纹管平面失稳和外压波纹管周向失稳；结构失稳是内压波纹管补偿器的柱失稳1.2 设计疲劳寿命与稳定性及应力腐蚀的关系波纹管的设计主要考虑耐压强度、稳定性和疲劳性能等三个方面的因素。虽然国家标准和美国EJMA标准对这几方面的计算和评定都有明确的规定，但从多年的应用实践和波纹管失效分析中发现，标准中给出的关于稳定性的计算和评定方法不够全面，且疲劳寿命也仅给出了比较粗的界限范围（平均疲劳寿命在103-103适用）。有时一个完全符合标准要求的产品，在实际使用时也会出现一些问题。如内压轴向型补偿器预变位状态在压力试验时波纹管易产生平面失稳，大直径外压轴向型补偿器全位移工作状态波纹管易产生周向失稳，小直径复式拉杆型补偿器、铰链型补偿器全位移工作状态易产生柱失稳。波纹管过大的变形不仅对其稳定性造成影响，还会为应力腐蚀提供有利的环境条件。1.2.1 波纹管疲劳寿命与其综合应力波纹管的补偿量取决于其疲劳寿命，疲劳寿命越高，波纹管单波补偿量越小。为了降低成本，提高单波补偿量，有些生产厂家将波纹管的许用疲劳寿命降得很低，这样会导致由位移引起的波纹管子午向弯曲应力很大，综合应力很高，大大降低了波纹管的稳定性。1.2.2 波纹管的综合应力与其耐压强度 由标准中给出的波纹管平面稳定性和周向稳定性的计算方法和评定标准可以看出，二者反映的均为强度问题。当波纹管设计的许用寿命较低时，不仅其子午向综合应力较高，环向应力也比较高，使波纹管局部很快进入塑性变形，导致波纹管失稳。1.2.3 补偿器位移与其柱稳定性对于复式拉杆型和铰链型补偿器，横向位移是由波纹管角变位引起中间管段倾斜实现的。当波纹管产生角变位时，波纹管凸出侧承压面积大于凹陷侧承压面积，导致补偿器附加了一个横向力，较之轴向型补偿器更易产生柱失稳。显然波纹管单波位移越大，补偿器横向位移越大，越易产生柱失稳。2. 波纹管补偿器的可靠性波纹管补偿器的可靠性是由设计、制造、安装及运行管理等多个环节构成的。可靠性也应该从这几个方面进行考虑。21 可靠性设计2.1.1材料选择对用于供热管网的波纹管的选材，除应考虑工作介质、工作温度和外部环境外，还应考虑应力腐蚀的可能性、水处理剂和管道清洗剂对材料的影响等，并在此基础上结合波纹管材料的焊接、成型以及材料的性能价格比，优选出经济实用的波纹管制作材料。一般情况下，选用波纹管的材料应满足下列条件：(1)良好的塑性，便于波纹管的加工成形，且能通过随后的处理工艺(冷作硬化、热处理等)获得足够的硬度和强度。(2)高弹性极限、抗拉强度和疲劳强度，保证波纹管正常工作。(3)良好的焊接性能，满足波纹管在制作过程中的焊接工艺要求。(4)较好的耐腐蚀性能，满足波纹管在不同环境下工作要求。大多数生产厂家都采用奥氏体不锈钢，为了提高波纹管的耐蚀性，现供热管网波纹管的用材多选用316或316L，这两种材料用于热力管网应该是性能价格比较为优良的材料。对于地沟敷设的热力管网，当补偿器所处管道地势较低时，雨水或事故性污水会浸泡波纹管，应考虑选用耐蚀性更强的材料，如铁镍合金、高镍合金等。由于此类材料价格较高，在制造波纹管时，可以考虑仅在与腐蚀性介质接触的表面增加一层耐蚀合金2.1.2 疲劳寿命设计由波纹管补偿器的失效类型及原因分析可以看出，波纹管的平面稳定性、周向稳定性及耐腐蚀性能均与其位移量即疲劳寿命相关。过低的疲劳寿命将会导致波纹管稳定性及耐蚀性能下降。根据试验和使用经验，用于供热工程的波纹管疲劳寿命应不小于1000次。大多数波纹管的失效是由外部环境腐蚀造成的，因此在进行补偿器的结构设计时，可考虑隔绝外部腐蚀介质与波纹管的接触。如对于外压轴向型补偿器可在出口端环与出口管之间增加填料密封装置，其作用相当于套筒补偿器，既可抵挡外部腐蚀介质的侵入，又给波纹管补偿器增加了一道安全屏障，即使波纹管破坏，补偿器还可以起到补偿作用并避免波纹管失效。22 保证安装质量波纹管不能承重，应单独吊装；除设计要求预拉伸或冷紧的预变形量外，严禁用使波纹管变形的方法来调整管道的安装偏差；安装过程不允许焊渣飞溅到波纹管表面和受到其他机械性损伤；波纹管所有活动元件不得被外部构件卡死或限制其活动部位正常工作；水压试验用水须干净、无腐蚀性，对奥氏体不锈钢材质应严格控制水中氯离子含量不超过2510-6，并应及时排尽波纹中的积水等。3. 结束语补偿器存在的问题主要有波纹管的稳定性及腐蚀。通过合理的设计波纹管波形参数和疲劳寿命、安装正确及管系应力分析完善等措施，可以解决波纹管的稳定性问题。对于腐蚀问题，可以通过两种方式解决：(1)合理的波纹管选材和补偿器结构设计，阻断腐蚀源。(2)加强小室积水管理，从根本上解决腐蚀问题。n 波形膨胀节的综合效应在固定式列管换热器中, 当列管、壳体热膨胀差较大时, 壳体轴向应力增大。因此, 在结构设计中, 在壳体上加设波形膨胀节以降低壳体轴向应力是一个行之有效的方法。波形膨胀节由于挠性大, 易变形,其补偿作用增大了壳体方面的伸长量, 从而使管子与壳体热膨胀伸长量的差值减少, 达到降低壳体轴向应力的目的。然而, 由于壳体方面弹性伸长量增加了, 必然影响管板的挠曲变形, 而管子与管板又紧密连接在一起, 管子的应力状态也将随管板挠曲变形的变化而变化。本文通过数值计算研讨了几种不同温差状况下由管子与壳体之间膨胀差引起的管板挠曲变形、列管轴向应力、壳体轴向应力的变化状况, 研讨了波形膨胀节对固定式列管换热器重要受力构件的综合效应, 从而提出何时加膨胀节对整个设计最有利。固定式列管换热器管板变形受到多种因素的影响, 其中有管程压力与壳程压力作用, 管束支承效应, 未钻孔实心环的影响, 列管与壳体之间不同的热膨胀以及管板与壳体管箱之间的相互作用等。在固定管板列管换热器中, 加设膨胀节是为了降低管壁与壳壁温差引起的壳体轴向力。加设膨胀节后, 壳体方面弹性伸长量的增加必然影响管板的挠曲变形, 列管的轴向应力也将随管板挠曲变形的变化而变化。当管壁与壳壁温差引起的膨胀差较大时, 如果不加膨胀节, 温差轴向力的作用使管板挠曲变形大,管板受力状况不好, 对应于管板变形, 列管最大轴向应力为压缩应力, 须校核管子的稳定性。加设膨胀节后, 由于膨胀节的补偿作用降低了温差的轴向力, 管板挠曲变形变小, 管板弯矩值下降, 管板受力状况好转, 列管最大轴向应力为拉应力。当管壁与壳壁温差引起的膨胀差较小时, 没有必要加膨胀节。此时, 不加膨胀节, 由于温差轴向力小, 不仅壳体轴向应力值在许可值范围内, 而且管板挠曲变形小, 因而管板弯矩值小, 列管的轴向应力值亦低。如果这种状况下加膨胀节, 管板挠曲变形加大, 管板径向弯矩绝对值显著增大, 管板受力状况恶化, 且部分列管由压缩转为拉伸, 拉伸应力值比未加膨胀节时增大, 从而造成列管和管板内表面应力腐蚀破坏条件, 对于容易发生应力腐蚀破坏的列管换热器, 尤其要填重考虑。n 介质为煤粉的波纹管膨胀节选型及安装1. 需要计算煤粉管道, 波纹管(不锈钢波纹管)能够吸收轴向位移、波纹管任意向的横向位移、轴向补偿量以及波纹管横向补偿量，需要的波纹管(不锈钢波纹管)能满足各类机组要求，选用波纹管时应满足波纹管设计计算要求。2. 安装膨胀节,要靠近燃烧器入口处垂直安装，此时波纹管主要通过伸缩以及少量横向挠曲来吸收位移。为减少波纹管点受力，波纹管按预拉伸状态安装.3. 波纹管设置恒力吊架, 主要用于承受管道的重量以及减少波纹管变形反力矩。金属波纹管刚度小，且不会发生运动受阻。4. 从固定支架到风箱间的煤粉管道, 可按补偿要求在任意水平管段上设计波纹管。管道的重量必须有刚吊或恒力吊架支承，不允许用波纹管承受管道的重量。一个补偿段（炉与固定支架或风箱间）只允许有一个波纹管，不允许在一个波纹管段内与其它类型波纹管不锈钢波纹管混用。5. 安装、吊运及焊接施工时不应损伤、碰撞波纹管。n 金属波纹管膨胀节在管道设计中的应用膨胀节也称补偿器，是一种弹性补偿装置，主要用来补偿管道或设备因温度影响而引起的热胀冷缩位移 (有时也称热位移)。膨胀节的补偿元件是波纹管。在操作过程中，波纹管除产生位移(变形)外，往往还要承受一定的工作压力。因此，膨胀节也是一种承压的弹性补偿装置。所以，保证其安全可靠地工作是十分重要的。膨胀节除作为热位移补偿装置使用外，也常被用于隔振和降噪。膨胀节波纹管的波形较多，常用的有U形、形、S形等。在这里，主要介绍U形波纹管膨胀节的设计与应用中的有关问题。1、膨胀节结构类型U形波纹管膨胀节的结构类型U形波纹管膨胀节的结构类型较多，不同类型的膨胀节，适用的场合也各不相同。主要的类型有单式轴向型、单式和复式铰链型、复式自由型、复式拉杆型、直管和弯管压力平衡型等。为提高膨胀节的承载能力，可设计带加强环或稳定环的膨胀节。(1) 单式轴向型膨胀节由一个波纹管及结构件组成，主要用于吸收轴向位移而不能承受波纹管压力推力的膨胀节。(2) 单式铰链型膨胀节由一个波纹管及销轴、铰链板和立板等结构件组成、承受波纹管压力推力的膨胀节 。(3) 单式万向铰链型膨胀节由一个波纹管及销轴、铰链板、万向环和立板等结构组成、能在任意平面内角位移并能承受波纹管压力推力的膨胀节。(4) 复式自由型膨胀节由中间管所连接的两个波纹管(及控制杆或四连杆)等结构件组成、主要用于吸收轴向与横向组合位移而不能承受波纹管压力推力的膨胀节。(5) 复式拉杆型膨胀节由中间管所连接的两个波纹管及拉杆和端板等结构件组成、能吸收任一方向横向位移并能承受波纹管压力推力的膨胀节。(6) 复式铰链型膨胀节由中间管所连接的两个波纹管及销轴、铰链板和立板等结构件组成、只能吸收单方向横向位移并能承受波纹管压力推力的膨胀节。(7) 复式万向铰链型膨胀节由中间管所连接的两个波纹管及十字销轴、铰链板和立板等结构件组成、能吸收一方向横向位移并能承受波纹管压力推力的膨胀节。(8)弯管压力平衡型膨胀节由一个或中间管所连接的两个工作波纹管和一个平衡波纹管及弯头或三通、封头、拉杆和端板等结构件组成、主要用于吸收轴向与横向组合位移并能承受波纹管压力推力的膨胀节。(9) 直管压力平衡型膨胀节由位于两端的两个工作波纹管和位于中间的一个平衡波纹管及拉杆和端板等结构件组成、主要用于吸收轴向位移并能承受波纹管压力推力的膨胀节。(10)外压单式轴向型膨胀节由承受外压的波纹管及外管和端环等结构件组成、只用于吸收位移而不能承受波纹管压力推力的膨胀节。2 、膨胀节的应用示例不同型式的膨胀节有不同位移补偿功能，在管路设计中，可以根据管路的结构及压力与通径等参数综合考虑给予选型。2.1 轴向位移的补偿2.2 对横向位移、角位移及其组合位移的补偿在具有横向位移、角位移及其组合位移的场合，正确选择和使用膨胀节需要考虑到管道的构形、运行条件、预期的循环寿命、管道和设备的承载能力、可用于支承的结构物等多种因素。在某些情况下，可能有几种膨胀节都适合同一项应用，这时可以单纯根据经济性来考虑选择哪一种。然而，更为常见的是在各种可行的设计之中，应考虑到这一种或那一种具有独到之处，特别适合在某些特定的场合下使用。(1) 单式膨胀节(2) 万能式膨胀节万能式膨胀节特别适合吸收横向位移。此外，这种设计形式也可用于吸收轴向位移、角位移以及任意由这三种形式合成的位移。万能式膨胀节一般用法是将这种带连杆的膨胀节设置在呈90的z型管道的中间管臂内。(3) 铰链式膨胀节铰链式膨胀节一般以两、三个作为一组使用，用于吸收单平面管系中一个或多个方向的横向位移。在这种系统中每一个膨胀节被它的铰链所制约，产生纯角位移;然而，被管段分开的每对铰链式膨胀节互相配合，能够吸收横向位移。给定单个膨胀节的角位移。每对铰链式膨胀节所能吸收的横向位移与其铰链销轴之间的距离成正比，因此为了使膨胀节充分发挥效用，应尽量加大这一距离。膨胀节的铰链通常用于承受作用于膨胀节上的全部压力推力;另外，也可以用于承受管道和设备的重量、风载或类似的外力。如果单平面管系的柔性不足以吸收双铰系统的弯曲挠度，或者由弯曲而产生的载荷超过了连接设备的许用极限，则可采用具有三个铰链式膨胀节的系统。竖直管段的热膨胀将由B和C两个膨胀节的动作来吸收。于是，很明显，膨胀节B必须能吸收由A和C两个膨胀节一起形成的转动。(4) 万向铰链式膨胀节正如铰链式膨胀节在平面管系中具有很大的优越性一样，万向铰链式膨胀节在空间管系中具有类似的优越性。万向铰链式膨胀节具有吸收任意平面内的角位移的能力，常常利用这一点将它们组成一对，用来吸收横向位移。如果不可能或不打算利用管道的弯曲来吸收竖直管臂的伸长，则可采用由两个万向铰链式膨胀节和一个铰链式膨胀节组成的系统。n 金属波纹膨胀节的安装和试压注意事项1、安装前，应先检查波纹膨胀节的型号、规格及管道的支座配置必须复合设计要求。2、对带内衬筒的膨胀节，应注意使内衬筒方向与介质流动方向一致（按膨胀节的流向标志安装）。平面角向型膨胀节的铰链转动屏幕应与位移平面一致。3、需要进行“冷紧”的膨胀节，其预变形所用的辅助构件，应在膨胀节预变形后拆除。4、管系安装完毕后应立即拆除膨胀节上用作安装运输保护的辅助定位机构及紧固件，并按设计要求将限位装置调到规定的位置，使管系在环境条件得以充分的补偿。5、除设计要求预拉压或“冷紧”的预变形外，严禁使用波纹管变形的方法来调整管道的安装偏差，以免影响膨胀节的正常功能，否则会降低其使用寿命和增加管系、设备及支承构件的载荷。6、管道对中性要好，在无其它方法保证时，可采用直管敷设后切下等长管道再安装膨胀节的方法来保证。7、须注意的是，膨胀节是不吸收扭矩的，因此在安装膨胀节时，不允许膨胀节受到扭转。8、膨胀节所有的活动元件不得被外部构件卡死或限制其活动部位正常运作。9、保温层应做在膨胀节外保护套上，不得直接做在波纹管上。不得采用含氯的保温材料。10、安装过程中不允许焊渣飞溅到波纹管表面和使波纹管受到其它机械损伤。11、支架必须符合设计要求，严禁在支架未安装好之前在管线内试压，以免将膨胀节拉坏。12、膨胀节允许不超过1.5倍公称系统压力试验。13、对用于气体介质的膨胀节及其连接管道，作水压试验时，要考虑充水时是否需要对膨胀节的接管加设临时支架以承重。14、水压试验用水必须纯净，无腐蚀性，并控制水中的氯离子的含量不超过25ppm。15、水压试压结束后，应尽快排尽波纹管中的积水，并迅速将波壳的内表面吹干。16、装有膨胀节的管线在运行操作中，阀门开启和关闭要逐渐进行，以免管线内温度和压力急剧变化，造成支架或膨胀节损坏。n 膨胀节在高温管系中应用的必要性当管道输送介质或管道所处环境有温度变化时，管道由温度引起的热胀冷缩是不可避免的，如果不采取一定的方式补偿该尺寸变化，将会在管壁内产生很高的应力，通过管道传至固定管架或设备，当温差过某一范围时，温差应力大于管子可承受的应力范围，这时就必须考虑补偿问题。在管系补偿设计中，最为经济的是自然补偿，自然补偿是利用管道的自然弯曲形状所具有的柔性来补偿热位移，显然自然补偿的能力是有限的，当自然补偿不能要求时，通常应考虑设置膨胀节。管系所受载荷主要是外力载荷（管道及流动介质自重，内压，风载，地震荷载等和位移载荷，设置管架的目的在于消除外载作用在设备或管道上的作用力，且可把复杂管系分隔成形状比较简单，独立膨胀的管段，保证膨胀节的最佳使用效果。设置膨胀节的目的，在于吸收管道自身无法吸收的热变形，最大限度地减小位移载荷。n 通用型补偿器安装注意事项1.通用型补偿器的安装应按照管系施工图及补偿器安装说明书要求进行。2.安装通用型补偿器补偿器的管道必须恰当的加以导向和固定才能使补偿器发挥作用，因此导向和固定支架的设置必须严格按设计部门的有关技术资料进行。3.通用型补偿器用的波纹管是用薄壁不锈钢板成型的，因此在运输、吊装、和焊接期间要注意不要敲击、划伤、引弧、焊接飞溅等原因使波纹管损坏。4.通用型补偿器安装前应清楚波纹管及管道内异物，保证波纹管正常运动。5.对有流向要求的通用型补偿器应按介质流向箭头的要求进行安装。6.为了使波纹管处于良好的工作状态，安装时不能用补偿器的变形，包括轴向、横向、扭转等变形来调正管系位置安装误差。7.通用型补偿器补偿器安装完毕后，在系统运行前要拆除所有涂黄色的运输固定螺杆。如何选用和安装波纹膨胀节 波纹膨胀节在石化、冶金、电力、城建等工业的应用日益广泛，取得了很好的经济效益，但同时我们也应该看到，也有很多工程因选型不当或者安装施工错误或者不当等方面的原因，使膨胀节未到预定的使用寿命便实效或者损毁。鉴于以上原因，邦盛公司特从膨胀节结构特点出发对膨胀节的选用和安装方面问题提出一些自己的观点和建议，供大家参考。一、膨胀节补偿量的确定E=L（Tmax-Tmin）（mm）式中E管道热膨胀量mm管线膨胀系数mm/mL管道长度mTmax管道最高工作温度Tmin管道最低工作温度根据管线的热膨胀量确定波纹膨胀节的补偿量，过大地考虑安全裕度会使波纹管波数增多，从而使膨胀节容易失稳，影响使用并使工程造价增加。二、膨胀节的选用1.轴向型波纹膨胀节普通轴向型膨胀节是由波纹管组件和两端连接接管及其它一些附件组成的，刚性小，稳定性差，用于存在轴向位移的直管段和弯头部分设置固定支架的弯管道上，需加辅助设施来保证它正确地吸收轴向位移，使用时一端靠近固定支架，另一端距第一个导向支架距离4D（D-管线外径），第二导向支架距第一导向支架距离14D，其余导向支架之间最大距离由下式计算而得：L导max=0.0131EI/（PAbfbe）1/2（m）式中E管道材料的弹性模量MPaI管道截面惯性矩cm4P管道内工作压力MPaAb膨胀节波纹管的有效面积mm2fb波纹管单波刚度N/mme单波轴向位移mm直埋式波纹膨胀节和抗弯式波纹膨胀节是在普通轴向型的基础上，在波纹管外面加有一厚壁管，此管与波纹管的一端刚性连接，与另一端滑动配合，从而迫使波纹管伸缩时两端接管轴线一致。这两种膨胀节的共同特点是具有良好的抗弯性能，这里所说的抗弯性能，主要是指膨胀节在内压作用下的抗失稳能力。在计算膨胀节临界压力时，通常的作法是将波纹管用一等刚度的杆来替代，根据柱失稳压力计算公式可得：P临=2K/Ab（l）2式中P临膨胀节不失稳的临界压力MPaK与波纹管尺寸参数和材料性能参数有关的弯曲刚度Nmm2长度系数l杆长度mm对普通轴向型膨胀节来说，它的等效杆两端支承情况相当一悬臂梁，一端固定，另一端自由，此时“杆”的长度系数=2，其临界压力P临1=2K/4Abl2；直埋式和抗弯式膨胀节的等效杆支承情况是一端固定，另一端铰支，其值为0.7，设其通径、补偿量与前者相同，则P临2=2K/0.49Abl2。可以看出，P临2/P临1=8，即在同等条件下，直埋式或抗弯式波纹膨胀节不失稳时所能承受的最大压力比普通轴向型波纹膨胀节的要高八倍，反过来说，在相同内压下前者比后者更不易失稳。直埋式波纹膨胀节适用于直埋管道的热补偿，从结构上可分成一次直埋式和自由补偿直埋式。前者不常使用，后者在敷设时有两种方法。一种是无固定点方式，即先校核每个直管段长度L是否超过最大安装长度Lmax的两倍，如果L2Lmax，则需校核直管段两自由末端的自然弯管是否能吸收直管段的实际热伸长长度；如果直管段长度L2Lmax，则需在L管线上设置补偿器，直至所有不带补偿器的直管段长度均不超过2Lmax为止。另一种是有固定点方式，在补偿器两侧设置固定点，波纹膨胀节至固定点的距离不超过管道最大安装长度，固定点所受的力为土壤摩擦力。设计时考虑由于土壤条件变化、管道埋深变化对移动的影响。最大安装长度计算方法如下：Lmax=A/f（m）式中管材的许用应力N/mm2A管线截面面积mm2f管道单位长度摩擦力N/m若直埋管道设置检查井，所用补偿器可选普通轴向型波纹膨胀节，若选用自由补偿直埋式波纹膨胀节，可使之如同一段管道连接于管线上。当管道空间位置不够，不能设置安装普通型轴向膨胀节所需的各种导向支架时，可选用抗弯式波纹膨胀节，它能作为管线的一部分直接焊接于管线上，而不必再设导向支架，固定支架的安装只需按一般管线设计规范布置即可。一般，轴向波纹膨胀节在出厂前要进行预拉伸，使之处于最大拉伸状态，在现场施工时，要对膨胀节长度进行调节，调节量按下式计算：L=（Tinst-Tmin/Tmax-Tmin）E（mm）式中E膨胀节额定补偿量mmTinst安装现场温度直管压力平衡式波纹膨胀节适用于管道内径、压力都很大，需要消除由此产生的对管线两端固定支架过大推力的场合，采用此种膨胀节，可使固定支架受力减小，但应注意的是这种管道此时只能用一种膨胀节来补偿热位移，而不能既用一般轴向型膨胀节又用压力平衡式波纹膨胀节。2.角向型波纹膨胀节角向型波纹膨胀节的结构是在一波纹管两端装有一对铰链板，使波纹管只能在一平面内转动，适用于弯头处于单一平面内大长度弯曲管道，以吸收管道热膨胀时产生的角位移。一般成对或三个一组使用。当两膨胀节互相配合使用时，能够吸收与轴线方向垂直的横向位移，单个膨胀节角位移确定后，每对膨胀节所能吸收的横向位移与两膨胀节中心距离成正比，故两膨胀节之间的距离要尽可能大些，弯管和膨胀节之间的距离要尽可能小些（因这与补偿能力无关）。角位移的确定方法应根据具体管道布置情况决定。例如-Z形管线，两固定点之间距离为L1、L2，中间管线长为H，热膨胀量E=（Tmax-Tmin）（L1+L2），则每一膨胀节的角位移可确定为=artsin（E/H），对于三铰链管系角位移的确定方法参见文献1角向膨胀节产生的推力比轴向型的小，因此安装时对两端固定支架无特殊要求，而且可采用弹簧悬架作中间活动支架。若管道弯曲部分分布在不同平面上，则可采用万向角向膨胀节，这样安装时可以很方便且结构紧凑，补偿量的确定可用矢量求和的方法。3.横向波纹膨胀节横向波纹膨胀节与上述成对安装的角向膨胀节的使用类似，只是中间接管作为膨胀节的一个组成部分，它安装在平面管道上，用于补偿垂直于膨胀节轴线方向的位移，两波纹管之间的中间接管越长，所能补偿的横向位移就越大。若两弯头管道不在同一平面内可选用万向横向膨胀节，同样补偿量的选择用矢量求和方法。弯管压力平衡式波纹补偿节适用于长管道的拐弯处，通常是安装在离固定支架或设备很近的地方，除吸收轴向位移和横向位移外，还能使系统避免承受过大的内压载荷。当管线部分同时有各个方向的热位移时，要根据实际情况选用合适的膨胀节。例如某低压蒸汽管线某处同时承受三个方向的位移且该点处于离设备很近的地方，这时可选用压力平衡式波纹膨胀节。三、波纹膨胀节的安装与一般的管道元件相比，作为膨胀节核心元件的波纹管是用薄壁的材料制作的，具有很好的伸缩性，正因为如此它也是管系中的薄弱环节，膨胀节除了在结构上设计成具有保护作用的各种拉杆、保护套外，在制造、包装和运输上的要求也分外严格。制造时要求波纹管表面避免因撞击、机械划伤、引弧、焊液飞溅等原因造成的损害；包装时，包装箱内装有衬衣、纸板垫等以防膨胀节移动；运输时箱上印有“不许抛扔”、“小心轻放”等字样，并在储存时作好防腐工作，以确保膨胀节的完好性。轴向型波纹膨胀节安装时，其固定支架、导向支架、支架等应严格按管道系统图设置，按使用说明书规定的位移量调整长度，并避免其承受设计要求补偿量以外的位移，及防止膨胀节受扭。角向型波纹膨胀节安装时要严格与铰链轴和管道弯曲平面垂直，以免其承受不必要的载荷。膨胀节安装好以后还应检查管道是否偏离设计规定，并对焊接接头、膨胀节波纹管和铰链、支架等作外观检查，看辅助夹具及膨胀节上用于安装，运输而设的各种杆件是否撤掉，然后才能对管线进行预压试验，只有这样，才能保证波纹膨胀节的安全使用。波纹膨胀节的选型1波纹膨胀节型号表示方法目前，我国在膨胀节型号的表示方法上尚无统一标准，各生产企业习惯于按各自的模式来表示。但型号所表示的内容却大致相同，有结构型式、公称通径、工作压力、补偿量或波数，连接方式等。2波纹膨胀节公称压力产品样本中所列的公称压力一般为设计温度300时的压力，分为0.25MPa、0.6MPa、1.0MPa、1.6MPa、2.5MPa及4.0MPa等几个压力等级。当使用温度低于或高于300时，膨胀节的压力等级需要进行适当的修正。3波纹膨胀节公称通径波纹膨胀节公称通径与管道的公称通径相同。4波纹膨胀节补偿量与循环次数波纹膨胀节的循环次数与补偿量有直接的联系，一般在产品样本所列的补偿量是保证循环次数为1000 次的值。若实际循环次数高于或低于1000次，可根据补偿量修正系数对补偿量进行修正。5波纹膨胀节材料波纹膨胀节的波纹管一般采用奥氏体不锈钢（1Cr18Ni9Ti，SUS304，SUS316， SUS321等），也可以根据使用工况采用碳钢和复合层（即内外层为不锈钢材料，中间夹层采用伸长率较大的碳钢）。法兰和端管及其它附件采用碳铜，其中焊接零件采用低碳钢。也可以根据用户的要求及使用工况采用不锈钢和低合金结构钢。波纹膨胀节的选用程序波纹膨胀节的选用按以下程序：1. 对管线进行合理设计与分段，确定各段采用波纹膨胀节的形式与数量2. 确定工作压力等级3. 计算管线各分段需要的补偿量，确定各波纹膨胀节的额定补偿量4. 根据通径、压力等级及补偿量选择波纹膨胀节的型号下面对这一过程进行说明：1 管线的分段与波纹膨胀节型式、数量的确定不论多么复杂的管线，均可以通过架设管架的方法将管线简化为一定数量的、形状比较简单的典型管段，如直线管段、L 形管段、Z 形管段等。这些管段的位移均可用不同类型的波纹膨胀节来补偿。一般直线管段采用轴向膨胀节；L 形管段、Z形管段采用横向型或由角向型组成的复式铰链型（或三铰链系统）膨胀节；而空间Z形管段则采用大拉杆式或由万向角向型组成的万向横向型（或万向三铰链系统）膨胀节。在城市管网中，大部分管段为直线段。因此，城市管网大都采用轴向型膨胀节。轴向型波纹膨胀节一般不能用来做横向位移补偿，但允许用于有少量弯曲的管线中做直线位移补偿，此时十应尽量避免将膨胀节设于折弯处，最好在折弯处设固定支架。在管网中，若将L形管段和Z形管段再细化分解，也可以变成几个直线管段，那么只选用轴向型膨胀节就可以了。整个管线全部划分为直线管段，这样的设计虽然也能解决管线的补偿问题，也不是错误的设计，但并不是最佳的、合理的设计。将L形管段和Z形管段分解为直线管段需要通过增设固定支架来实现分段，每管段又要轴向型膨胀节来补偿，这样支架和膨胀节的数量都要增多，使得工程造价增加。因此在L形管段和Z形管段中广泛地采用横向型膨胀节。另外由于横向型膨胀节补偿量大，故在有弯头的管线（L形管段和Z形管段）中，人们常常用一个横向型波纹膨胀节取代多个轴向型波纹膨胀节。2 确定工作压力等级一般可以根据管道的设计压力直接确定膨胀节公称压力。产品的公称压力等级有 0.1；0.25；0.6；1.0；1.6；2.5；4.0（MPa）。必要时，可以精确确定公称压力等级，一般产品样本中的压力系列是在设计温度为300 时的数值。如果管道使用温度不等