膨胀节选型及安装使用注意事项

压力管道用膨胀节选型及安装注意事项1管道的柔性设计无约束型膨胀节的应用波纹管膨胀节分类及各种膨胀节的功能24约束型膨胀节的应用3特殊使用情况56膨胀节选型和管系受力计算7膨胀节安装注意事项8波纹补偿器使用与维护补偿器典型破坏原因一、管道的柔性设计管道柔性设计的目的管道柔性设计的一般方法管段补偿量的计算常用的补偿器的种类及其特点波形膨胀节的选型概述管系补偿设计程序各种支架在管系中的图形符号膨胀节在管系补偿设计中的图形符号1.1

管道柔性设计的目的管道的柔性是反应管道变形难易程度的概念，它表示管道通过自身变形吸收热胀、冷缩和其他位移变形的能力。柔性设计的目的是保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀、冷缩、端点的附加位移、管道支撑设置不当等原因造成的下列问题：1、管道的应力过大或金属疲劳引起的破坏。2、管道连接处产生泄漏。3、管道的推力或力矩过大，使与其相连的机器、设备产生过大的应力而变形，影响机器、设备的正常运行；

4、管道推力或力矩过大引起管道支吊架破坏。1.2管道柔性设计的一般方法在管道设计中，增加管道柔性的方法有：改变管道走向（增加弯头、设置门型弯等），选用波纹管膨胀节设置弹簧支吊架。在条件允许的情况下，应该首先考虑采用改变管道走向和选用弹簧支吊架的方法来增加管道的柔性。一般来讲，当两固定点位置一定时，增加管系的长度和弯头的数量可以增加管道的柔性；当管系在某一方向过于刚硬时，增加与其垂直方向的管道长度可以减小管系的刚度。当管径较大、场地受到限制且所需补偿量较大时，应采用波纹管膨胀节来增加管道柔性。1.3管道补偿量的计算管道安装完成后，由于存在于管道内的热介质的加热作用会引起管道的热伸长，在操作温度下管道的热膨胀可用以下公式计算：

L

L(t1

t2

)其中：α=管道材料的热膨胀系数，mm/m.℃△L=管道的热膨胀量（mm）L=管道两固定支架间的距离，米

t1=介质的工作温度，℃t2=管道安装时的温度，℃：1.4常用的补偿器的种类及其特点常用的补偿器有五种1、自然补偿器2、套筒补偿器3、旋转补偿器4、球形补偿器5、波纹补偿器（重点讲解）（1）、自然补偿器自然补偿器的工作原理：利用刚性较小的回折管的挠性变形来补偿两端直管部分的热伸长量。常见的自然补偿器有L型直角弯补偿器、L型自然补偿器、

Z型补偿器、T型补偿器四种。设计时，应优先考虑自然补偿，自然补偿器加工简单，只要在适当的位置上添加支座就能达到对管道起补偿的作用。但应提醒的是，正是由于要求添加轴向活动支座，它会妨碍管道作横向位移，若支座配置不当会使管道的应力增大，因此，采用自然补偿器补偿热伸长时，其隔各臂的长度不宜采用过大的数值，而其自由臂长不宜大于25米。详细的计算方法：管道补偿器的选择和计算方法（2）、套筒补偿器套筒式补偿器。套筒式补偿器又称填料式补偿器，它由套管、插管和密封填料等三部分组成，它是靠插管和套管的相对运动来补偿管道的热变形量的。套筒式补偿器按壳体的材料不同分为铸铁制和钢制两种，按套筒的结构分为单向套筒和双向套筒，按连接方式的不同分为螺纹连接，法兰连接和焊接。套筒式补偿器结构简单、紧凑、补偿能力大，占地面积小，施工安装简便，这种补偿器的轴向推力大，易渗漏，需经常维修和更换填料；当管道稍有径向位移和角向位移时，易造成套筒被卡住现象，故使用单向套筒式补偿器，应安装在固定支架附近，双向套筒式补偿器应安装在两固定支架中部，并应在补偿器前后设置导向支架。套筒补偿器安装应符合下列下列规定：套筒补偿器应与管道保持同心，不得倾斜。套筒补偿器的管路上安装的导向支架应确保补偿器运行时自由伸缩，不得偏离中心。

3）应按设计文件规定的安装长度及温度变化留有剩余的收缩余量，设计文件无规定时，剩余收缩余量应进行计算。（3）、旋转补偿器旋转式补偿器的结构它由变径管、内套管、密封座外套、柔性石墨填料、螺母螺栓压簧组合、填料压盖及压紧法兰构成；所述填料压盖法兰与压紧上法兰之间设有压簧；所述压紧上法兰和填料压盖法兰上设有纵截面为U形的槽圈，U形槽圈中以及内导管右端面两凸台间设有与变径管相配合运动的滚珠。旋转式补偿器的补偿原理，使通过成双旋转筒和L力臂形成力偶，使大小相等，方向相反的一对力，由力臂回绕着Z轴中心旋转，以达到力偶两边热管上产生的热涨量的吸收。此类补偿器的布置和球形补偿器类似，当吸收热膨胀量时，在力偶臂旋

转至时出现热管道出现最大的摆动y值。该类补偿器适应性较广，对平行路径、转角路径和直线路径及地理过渡至架空均可布置。旋转补偿器的特点补偿量大，可实现500多米的超长补偿、密封性能优越、运行安全，维护量小、设计计算方便节约成本投资，不仅节约工程建设费，运行成本也得到降低（4）、球形补偿器球形补偿器（又称球形接头），主要依靠球体的角

位移来吸收或补偿管道一个或多个方向上的横向位

移，该补偿器应成对使用，单台使用没有补偿能力，但它可作管道万向接头使用。因此具有补偿能力大，流体阻力和变形应力小，无盲板力且对固定支座的

作用力小等优点。同时在此设备上增设了可注填料

装置这一先进技术，使得该设备密封性能更加稳定

可靠。即使长时间运行出现渗漏时，也可不需停气

减压便可维护且十分方便快捷。特别对远距离热能

的输送，有明显的经济效益和社会效益。

球型补偿器是解决管道热胀冷缩的一种设备，可

广泛应用于冶金、石油、化工、电力、轻工、纺织、建筑和国防建设等行业中。1.5

波形膨胀节的选型概述一般说来每个独立的膨胀管段可能有多个补偿方案。例如长直管段可以选用外压轴向型膨胀节（减少中间固定管架的个数）；也可以通过增设П形弯，选用三铰链

型补偿；还可以通过增设中间固定管架，用多个单式轴向型膨胀节进行补偿。应从管系整体造价、空间限制、满足受力和疲劳寿命（补偿量）要求统筹考虑，对各种方案进行对比后，确定固定管架的位置和膨胀节的型式。1.6管系补偿设计程序管系布置图、膨胀节设计资料厂家膨胀节样本确定固定管架位置计算各膨胀管段热膨胀

确定膨胀节结构形式与与位置确定导向管架和支撑管架的型式与位置计算膨胀节工作位移、确定膨胀节型号计算各膨胀节管段固定管架载荷固定管架受力组合管系布置图、膨胀节设计资料图1

管系补偿设计程序1.7各种支架在管系中的图形符号1.8膨胀节在管系补偿设计中的图形符号二、膨胀节分类及各种膨胀节的功能2.1波纹管吸收的位移的基本形式轴向位移角位移横向位移轴向位移角位移横向位移2.2波纹管膨胀节的分类前面所述的是波纹管吸收位移的基本方式如果在波纹管上附加各种不同的构件，就形成了不同的膨胀节。按照膨胀节本身是否可以约束压力推力，分为两大类：无约束型膨胀节本身无约束压力推力的能力约束型膨胀节本身具有约束压力推力的能力无约束型膨胀节单式轴向型膨胀节外压轴向型膨胀节复式自由型膨胀节约束型膨胀节复式拉杆型膨胀节单式铰链型膨胀节万向铰链型膨胀节复式铰链型膨胀节复式万向铰链型膨胀节弯管压力平衡型膨胀节直管压力平衡型膨胀节（内压、外压、旁通）无约束型膨胀节单式轴向型膨胀节由一个波纹管和两个端接管组成主要用于补偿直管段轴向位移不能承受压力推力1——端管；2——导流筒；3——波纹管。无约束型膨胀节外压轴向型膨胀节承受外压的波纹管、外管、端环及进、出口管等构件组成外压轴向型膨胀节主要用于补偿长直管段的热位移不能承受压力推力1——进口端管；2——进口端环；3——导流筒；4——限位环；5——端接管；6——波纹管；7——外管；8——出口端环；9——出口端管无约束型膨胀节复式自由型膨胀节由两个波纹管及端管中间管等构件组成复式自由型膨胀节通常用于弯曲管段，补偿轴向位移、横向位移或二者的合成位移膨胀节无约束压力推力的能力1——端管；2——导流筒；3——波纹管。约束型膨胀节复式拉杆型膨胀节由一个波纹管、两个端接管、中间管及拉杆等构件组成主要用于补偿弯曲管段的横向位移膨胀节本身可以约束压力推力1——端板；

2——拉杆；

3——中间管；4——波纹管；5——球面、锥面垫圈；6——端管。约束型膨胀节单式铰链型膨胀节由一个波纹管及端管、销轴、铰链板、立板等构件组成;通常两个或三个一起配套使用，各膨胀节以角位移的方式补偿平面弯曲管段的热位移;膨胀节本身可约束压力推力.1——端管；2——导流筒；3——波纹管。约束型膨胀节单式万向铰链型膨胀节由一个波纹管及端管、销轴、铰链板、立板、万向环等构件组成通常两个万向铰链型或两个万向铰链型加一个单式铰链型一起配套使用，以角位移的方式补偿立体弯曲管段的热位移膨胀节本身可约束压力推力1——端管；

2——立板；

3——铰链板；4——销轴；5——万向环；6——波纹管。约束型膨胀节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一个平面内的横向位移

膨胀节本身可压力推力的.1——端管；2——波纹管；3——中间管；4——主铰链板；5——十字销轴；6——副铰链板；7——立板。约束型膨胀节复式万向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一个平面内的横向位移

膨胀节本身可压力推力的.1——端管；2——波纹管；3——中间管；4——主铰链板；5——十字销轴；6——副铰链板；7——立板。约束型膨胀节弯管压力平衡型膨胀节由一个工作波纹管或中间管所连的两个工作波纹管和一个平衡波纹管及端管、弯头或三通、封头、拉杆、端板、球面与锥面垫圈等构件组成。弯管压力平衡型膨胀节通常用于平面弯曲管段的弯头处，补偿轴向位移、横向位移或二者的合成位移。膨胀节本身可约束压力推力。约束型膨胀节弯管压力平衡型膨胀节1——端管；2——端板；3——中间管；4——工作波纹管；5——三通；6——平衡波纹管；7——拉杆；8——球面、锥面垫圈；9——封头。约束型膨胀节直管压力平衡型膨胀节由一个工作波纹管和一个平衡波纹管及端管等构件组成直管压力平衡型膨胀节主要用于补偿轴向位移，也可用于补偿轴向位移和横向位移的组合位移膨胀节本身可约束压力推力约束型膨胀节直管压力平衡型膨胀节内压型1——端管；2——工作波纹管；3——拉杆；4——平衡波纹管；5——端板（1）；6——导流筒；7——端板（2）。约束型膨胀节直管压力平衡型膨胀节外压型约束型膨胀节约束型膨胀节直管压力平衡型膨胀节旁通型1——端管（1）；2——端环；3——接管；4——波纹管；5——支撑环；6——封头；7——端管（2）。约束型膨胀节三、无约束型膨胀节的应用固定管架的作用与设置要求主固定管架的安装位置和载荷中间固定管架直线导向管架

直线导向管架膨胀节预变位固定管架的作用与设置要求对于安装了无约束型膨胀节的膨胀管段，其固定管架的作用是吸收管线载荷并控制位移的方向。固定点可以是主固定管架，也可以是中间固定管架。固定管架的设置应遵循下述原则：两个固定点之间应只使用一个无约束型膨胀节，保证每个膨胀节只在其设计位移范围内工作。通常固定管架之间的管段应为直管段。当管系压力极低时（压力推力不会引起管道挠曲），固定管架之间亦可为弯曲管段。固定管架应具有足够的强度和刚性。主固定管架的安装位置和载荷主固定管架的安装位置和载荷主固定管架承受的载荷如下：膨胀节长度变化引起的位移反力；压力推力（有效面积与设计压力的乘积）；管道在导向管架或托架上移动的摩擦阻力；管道方向改变处流体方向改变的冲力；管道的重量（包括内部介质、保温层的重量）；冲击载荷（如操作快动阀门或防爆膜引起的）风载；规定试验压力引起的任何附加压力推力。主固定管架的安装位置和载荷。关于压力推力：未安装波纹管之前，管道流通面积的盲板力由管道内应力平衡，竖直管段不会产生挠曲变形。安装波纹管之后，波纹管压力推力作用于弯头处，引起竖直管段挠曲变形波纹管拉伸变形。管道两端或一端为设备时，安装波纹管之后，波纹管压力推力作用于设备侧壁，增加了设备基础的作用力和力矩当管系分段打压时，临时支撑须考虑压力推力的作用，以免将临时支撑推坏。中间固定管架直线导向管架中间固定管架主要用于分配长直管段的热位移，当管架两侧均有膨胀节时，中间固定管架无压力推力的作用，作用于中间固定管架上的力主要有：管架两侧膨胀节弹性反力之差、摩擦力之差压力推力之差、管子的重量载荷及风载等。当管架两侧弹性反力、摩擦力相等时，安全的设计是管架能承受单侧管段所施加的力。考虑管线以后可能被修改、错误的试验可能产生的危险，也可以将中间固定管架设计成主固定管架。直线导向管架对于安装了轴向型膨胀节的直管段，需在全管段设置直线导向管架。直线导向管架的作用是保证管子沿其轴向方向位移，防止横向位移或角位移的发生。导向管架的设置如图2所示。为了保证导向管架的有效性，第一个导向管架与膨胀节的距离L1应不大于4倍的管子外径。第一导向管架与第二导向管架之间的距离L2应不大于14倍管子外径。其余导向管架之间的最大距离Lg按式（6‐1）计算：直线导向管架膨胀节预变位根据膨胀节工作状态的情况，预变位可以是预拉伸，也可以预压缩。一般情况下，预变位为预拉伸。膨胀节的预变位有利于降低管架的弹性反力和降低波纹管应力幅值（对提高波纹管疲劳寿命有利）。对于外压轴向型膨胀节，预变位减少波纹管拉伸变形，增加波纹管抗周向失稳能力。对于复式拉杆型、铰链型膨胀节，预变位降低了波纹管角变位，有利于提高膨胀节的柱稳定性。膨胀节预变位无约束型膨胀节的预变位可以在制造厂内进行，也可以现场预变位。当预变位在制造厂进行时，预变位用的调整杆在管道安装完毕后、系统压力试验前必须拆除。当膨胀节的位移量较小或位移量要求较精确时，预变位量的计算应考虑安装温度的影响。四、约束型膨胀节的应用固定管架的作用中间固定管架的载荷定向固定管架直线导向管架和平面导向管架膨胀节预变位固定管架的作用对于安装了约束型膨胀节的膨胀管段，由于波纹管的压力推力由膨胀节上的拉杆或铰链约束，承受内压时，这些受力结构件可以防止膨胀节沿轴向张开，因而压力推力不再作用于固定管架上。在此类膨胀管段，固定管架的作用是吸收管线载荷并控制位移的方向。中间固定管架的载荷中间固定管架应能承受与其相连的每个管段施加的力和力矩。这些载荷包括下述的某些力或所有力：膨胀节变形引起的位移反力；管道在导向管架或托架移动的摩擦阻力；管道方向改变处流体方向改变的冲力；管道的重量（包括内部介质、保温层的重量）；冲击载荷（如：操作快动阀门或防爆膜）风载；定向固定管架定向固定管架仅在一个方向上允许管道位移，在另一个或多个方向阻止管道位移。定向固定管架也可以起到导向管架的作用。为了减小管道和设备上的载荷并保证定向固定管架正确起作用，应采用摩擦系数较低的摩擦面。直线导向管架和平面导向管架安装约束型膨胀节的膨胀管段，由于拉杆、铰链板的作用，在内压的作用下，管道有伸直的趋势，因而不像安装了无约束型膨胀节的管段那样，对导向管架的数量和间距有严格的限制，仅在靠近膨胀节的位置设置至少2个直线导向管架，保证施加于膨胀节的位移方向是与最初设计相吻合。由于约束型膨胀节变形时其总长会有少量的变化，应在膨胀节的两侧的管道设置平面导向管架。为了降低成本通常在膨胀节系统的一侧设置平面导向管架另一侧设置直线导向管架，以保证管道只在一个平面内允许少量的位移。膨胀节预变位约束型膨胀节的预变位无需拉伸或压缩波纹管，通常通过将管道切短，使膨胀节将承受的总位移的一部分由预变位实现。约束型膨胀节的预变位应在现场进行。当膨胀节的位移量较小或位移量要求较精确时，预变位量的计算应考虑安装温度的影响。五、特殊使用情况导流筒超低温使用导流筒当膨胀节设置导流筒时，应注意以下几点：1)

当膨胀节存在横向位移或角位移时，导流筒直径应足够小，以便在导流筒外径和波纹管内径之间提供足够的间隙；如果导流筒内径的减小（加快流速、增加流动阻力）是不可接受的，可考虑增加波纹管的直径尺寸或通过预变位减小变形幅度。当介质为液体、蒸汽或存在冷凝的气体且流向垂直向上时，应在导流筒最低端开排液孔。当介质为高粘性流体时，不应使用导流筒，以避免导流筒与波纹之间的介质“粘接”导致波纹管失效；当高粘性介质必须使用导流筒时，建议增设蒸汽吹扫装置，防止“粘结”情况发生。超低温使用对于超低温使用场合，应在膨胀节外部设置保温层。保温材料的选用应注意其氯离子含量应低于30ppm，以免引起波纹管应力腐蚀。六、膨胀节选型和管系受力计算“

”说明直管段L

形管段平面“Z”形管段立体“Z”形管段弯曲角不等于90度的管段压力极低的弯曲管段固定管架或设备受力要求较高的场合说明1）固定管架受力计算中，仅计算使用膨胀节增加的力，即波纹管压力推力和膨胀节位移反力，未计入摩擦阻力、流体在管道方向改变处的离心冲力及风载、冲击等载荷，在进行固定管架的设计时应考虑上述载荷的作用。2）在进行膨胀节位移反力的计算中，均未考虑预变位。当对膨胀节施加预变位Δ预时，位移量应按Δ＝（Δ0－Δ预）进行位移反力的计算。说明3)

在进行管道固定管架的力与力矩的计算中，未考虑管道受力挠曲与导向管架接触后，导向管架对管道的支撑作用，对于高架管线或固定管架受力要求较严格时，应参考材料力学的方法计算导向管架和固定管架的受力。4）由于铰链型膨胀节的角变位均较小，为了简化计算，均假定cosθ=1。说明5)各典型独立管段均处于图示的坐标系中，并处于静力平衡状态。直管段的补偿设计:短直管段对于单式轴向型膨胀节可满足补偿要求的管段，应尽可能采用单式轴向型膨胀节。使用单式轴向型膨胀节应按6.2.4的要求设置直线导向管架。使用单式轴向型膨胀节的管道主固定管架须承受压力推力的作用。直管段的补偿设计:短直管段设两个固定管架之间管道热伸长为△，对应工作条件下波纹管设计的总额定轴向位移为［x］，当［x］

≥△时，膨胀节即可满足该管段的补偿要求。膨胀管段安装了单式轴向型膨胀节，轴向位移反力和波纹管压力推力分别按下式计算：Fa＝KxΔFP＝Aep直管段的补偿设计:短直管段管道的拐弯处须设置主固定支架，其必须能够承受压力推力以及管道的摩擦力和膨胀节的弹性反力。直管段的补偿设计:短直管段管道的拐弯处须设置主固定支架，其必须能够承受压力推力以及管道的摩擦力和膨胀节的弹性反力。当中间固定两端的管道直径不相等是，中间的固定支架也应考虑压力推力（差值）。直管段的补偿设计:短直管段管道的三通处须设置主固定支架，其必须能够承受压力推力以及管道的摩擦力和膨胀节的弹性反力。直管段的补偿设计:长直管段当长直管段允许加“П”形弯时，选择如下图所示的“П”形三铰链布置。当“П”形三铰链水平布置时，应在约LA/2处设置托架。当“П”形三铰链垂直布置时，应在约LA/2处设平面导向管架。直管段的补偿设计:长直管段波纹管的角变形膨胀节的角变形直管段的补偿设计:长直管段变形后的“П”形三铰链布置如上图，其中膨胀节Ⅰ、Ⅱ角位移相同，应选取同样的膨胀节，膨胀节Ⅲ角位移等于膨胀节Ⅰ、Ⅱ角位移之和。直管段的补偿设计:长直管段变形量的计算：根据假定条件：直管段的补偿设计:长直管段由力矩的平衡方程：直管段的补偿设计:长直管段变形量的计算：根据假定条件：直管段的补偿设计:长直管段“A”管架受力：“B”管架受力：直管段的补偿设计:长直管段“П”形三铰链布置各参数的选取原则：由变形量的计算式可以看出，的假设条件使得角位移的计算偏于保守，A、B取值越大，误差也越大，因而在进行“П”形三铰链设计时应尽量减小A、B值。直管段的补偿设计:长直管段当长直管段不允许加设“Π”形弯时，可选择外压单式轴向型膨胀节。由于该型膨胀节波数不受柱稳定性限制，因而可用较多的波数，以满足补偿量的要求。由于外压单式膨胀节的端环具有导向作用，故可省略第一导向管架。使用外压轴向型膨胀节时，主固定管架受力与使用单式轴向型膨胀节相同。使用该型膨胀节可通过减少中间固定管架来降低工程造价。直管段的补偿设计:长直管段注意：当约束型和无约束型膨胀节混合安装时（如上图），安装无约束膨胀节的管段靠近拐弯处的固定支架必须考虑压力推力（为主固定支架），与拐弯处是否安装约束型膨胀节无关。直管段的补偿设计:长直管段“L”形管段a)

短管腿长度较小的“L”形管段采用一个复式拉杆型膨胀节补偿，膨胀节装于短管腿。如下图所示。fus“L”形管段设该管段长管腿的热伸长为Δ1，相应工作条件下所设计的复式拉杆型膨胀节额定横向位移为〔y

〕，要求〔y

〕≥Δ1。“L”形管段横向反力：V=Ky∆管架受力:“A”管架受力：Fx=‐VFY

=

FZ

=0MX=MY=0MZ=V（L21+LA/2）“B”管架受力：Fx=‐VFY

=

FZ

=0MX=MY=0MZ=V（L21+LA/2）“L”形管段采用两个单式铰链型膨胀节或一个复式铰链型膨胀节补偿，膨胀节均装于短管腿。如下图所示。“L”形管段工作位移：通常单式铰链型膨胀节设计计算的是膨胀节相应工作条件下的额定角位移〔θ〕，已知的是长管腿的热伸长，二者无对应关系，应按下式计算膨胀节的工作角位移θ，并使〔θ〕≥θ。“L”形管段工作角位移：位移反力及力矩：M=Kθθ“A”管架受力：Fx=‐VFY

=

FZ

=0MX=MY=0MZ=V

∙

L21+M“B”管架受力：Fx=VFY

=

FZ

=0MX=MY=0MZ=V

∙

L22+M“L”形管段，b)短管腿长度较大的“L”形管段当“L”形管段中短管腿较长时必须考虑该管腿的热补偿问题，这时通常采用三个单式铰链型膨胀节补偿“L”形管段的热位移，其布置方式如图所示。“L”形管段“L”形管段膨胀节角位移的计算：根据假设条件：“L”形管段角位移反力矩：MⅠ=KθⅠθⅠMⅡ=KθⅡθⅡ位移反力：V1C=MⅡ+

MⅢV2A－V1A

=MⅠ

+

MⅢ“L”形管段“A”管架受力：Fx

=－

V1;

FY

=

－

V2;FZ=0

;

MX=MY=0;MZ=

V1

（

L2

－

B

－

C）+

M

Ⅱ“B”管架受力：Fx=V1;FY

=V2;FZ=0

;

MX=MY=0;MZ=

－

V2

（

L1

－

A）+

MⅠ“L”形管段短管腿长度的判断方法：由a）（短管腿较短）和b）（短管腿较长）不同的补偿设计方法可以看出，膨胀节的设置方式和短管腿的长度直接相关，一般说来，短管腿长度的判断按下述方法进行：膨胀节布置于短管腿上，若膨胀节变形后，其轴向缩短量与该短管腿的热伸长量相当，则可按短管腿较短处理，选择a）的补偿方式。若膨胀节变形后，其轴向缩短量远小于短管腿的热伸长量，则可按短管腿较长处理，选择b）的补偿方式。“L”形管段应用举例在图示的管段中，管系直径DN400，管段长度L1=50m，L2=5m，工作压力1.3MPa，工作温度350℃。热伸长的计算值为Δ1=232mm，要求疲劳寿命≥1000次。试进行管系补偿设计，并求作用于固定管架A、B的作用力和力矩。“L”形管段求解：a)

补偿设计图示的L形管段可有两种补偿方式，用复式拉杆型膨胀节或两铰链型膨胀节。“L”形管段当选用复式拉杆型膨胀节时，膨胀节厂家给出的数据为：［Y］=290mm，LA=2336mm，KY=18N/mm。且L21=1m，L22=1.664m。显然，［Y］>Δ1,可满足补偿要求。由于复式拉杆型膨胀节端板内（～LA）的热伸长由波纹管作为轴向位移吸收，管段L2

的热伸长Δ2’=（5‐2.336）×4.634=12.34mm；当复式拉杆型膨胀节吸收横向位移时，其轴向缩短为：，实际L2

在Y方向的热伸长应为∆2=

‐=0.79mm，可忽略不计，因而选择复式拉杆型膨胀节是可行的。“L”形管段位移反力V=Ky∆=18×232=4176N管架受力“A”管架受力：Fx=－V=－4176N=－4.2KNFY

=FZ

=0MX=MY=0MZ=V

（

L21+

LA/2）=9.1KN

∙m“B”管架受力：Fx=V=4176NFY

=

FZ

=0MX=MY=0MZ=V

（

L22+

LA/2）=11.8KN∙m平面“Z”形管段a)

短管腿长度较小的“Z”形管段对于平面“Z”形管段，若中间的短管腿较长时，可采用下图所示的布置方式进行补偿。平面“Z”形管段平面“Z”形管段b)短管腿长度较小的“Z”形管段对于平面“Z”形管段，若中间的短管腿较长时，可采用下图所示的布置方式进行补偿。平面“Z”形管段c)

短管腿长度较小的“Z”形管段对于平面“Z”形管段，若中间的短管腿非常短，可采用图13或图14所示的布置方式进行补偿。平面“Z”形管段平面“Z”形管段平面“Z”形管段的补偿设计对于平面“Z”形管段，其管腿长度的判定方法同“L”形管段。

平面“Z”形管段膨胀节工作位移、位移反力及管系管架受力的计算方法均与“L”形管段相同。立体“Z”形管段a)

中间管腿较短的立体“Z”形管段当中间管腿长度较小时，根据使用情况，可选择复式拉杆型膨胀节或两个万向铰链型膨胀节补偿管系热位移。采用复式拉杆型膨胀节补偿，膨胀节装于中间管腿上。如图15所示。工作位移按下式计算：立体“Z”形管段相应工作条件下所设计的复式拉杆型膨胀节额定横向位移〔y

〕，要求〔y

〕≥Δ。立体“Z”形管段”膨胀节分角位移θ’θ位移反力及力矩立体“Z”形管段“A”管架受力：Fx=V1FY

=0FZ

=

V2MX=

V2

L31

+

M”MX=

－

V1

L2MZ=

－V1

L31

－M’“B”管架受力：Fx=－V1FY

=

0FZ=

－

V2MX=

V2

L31

+

M”MX=

V2

L1MZ=

－V1

L32

－M’立体“Z”形管段b)中间管腿较长的立体“Z”形管段对于中间管腿较长的立体“Z”形管段，应采用三铰链型布置，其中两个为单式万向铰链型膨胀节，一个为单式铰链型膨胀节。两个单式万向铰链型膨胀节装于中间管腿上，一个为单式铰链型膨胀节装于与中间管腿相垂直的任一管腿上。立体“Z”形管段立体“Z”形管段立体“Z”形管段立体“Z”形管段位移反力及力矩：立体“Z”形管段“A”管架受力：“B”管架受力：弯曲角不等于90度的管段a）补偿设计原则当其弯曲角在80o≤α≤100o之间时，可以作为直角处理，按“L形管段”和“平面Z形管段”的布置方式进行补偿设计。当其弯曲角在60o≤α＜80o或100o＜α≤120o之间时，在进行补偿设计时，必须考虑由于弯曲角过大或过小引起的附加角位移。当其弯曲角在α＜60o或α＞120o时，应在弯曲角处设置固定管架，以使管系的热膨胀可以被有效地吸收。弯曲角不等于90度的管段b)补偿设计对于弯曲角不等于90度的“L”形管段,通常应采用三铰链布置补偿管道的热位移。α可为60o≤α≤120o范围内的任意角度。弯曲角不等于90度的管段b)补偿设计膨胀节工作角位移：弯曲角不等于90度的管段b)补偿设计位移反力及力矩：弯曲角不等于90度的管段b)

补偿设计管架受力：A管架受力：Fx=－［V1+V2sin（α－90）］FY=V2cos（α－90）Fz=0Mx=MY=

0MZ=－V2（

L1－A

）cos（α－90）＋MⅠB管架受力：Fx=［V1+V2sin（α－90）］FY=－V2cos（α－90）Fz=0Mx=MY=

0MZ=－V1（

L2

－B

－

C）cos（α－90）＋

MⅡ压力极低的弯曲管段对于管系压力极低，压力推力不能使管道产生挠曲（管道挠曲量<<膨胀节额定位移）的场合，弯曲管段的热膨胀可选用复式自由型膨胀节进行补偿。该型膨胀节补偿方式灵活，可进行轴向、横向和角向等任何方向的位移补偿，由于不用约束压力推力，膨胀节省去许多受力结构件，造价较低。固定管架或设备受力要求较高的场合a)

直管段的轴向位移当管道口径较大，内压较高且必须设置轴向型膨胀节时，波纹管压力推力可能使固定管架或设备难以承受，这时应考虑使用直管压力平衡型膨胀节。常用的直管压力平衡型膨胀节有两种，一种是常规直管压力平衡型膨胀节，另一种是旁通直管压力平衡型膨胀节。固定管架或设备受力要求较高的场合a)

直管段的轴向位移常规直管压力平衡型膨胀节由两个工作波纹管和一个平衡波纹管加上接管、端板、拉杆及导流筒等构件组成，介质由与管道内径相当的导流筒中流过，由膨胀节引起的局部阻力与轴向型膨胀节相当。固定管架或设备受力要求较高的场合固定管架或设备受力要求较高的场合旁通直管压力平衡型膨胀节由两个直径相同的波纹管和接管、封头、外管等构件组成，介质通过进口端管上开的与管道内截面积相同的孔流经波纹管与外管的环形面积，再通过出口端管上开的孔流入管道，由膨胀节引起的局部阻力相对大一些。由于旁通直管压力平衡型膨胀节仅用两个波纹管，造价要比常规直管压力平衡型膨胀节低许多，对于一些流动损失要求不太高的管系，选用旁通直管压力平衡型膨胀节进行补偿设计，可以较大幅度的降低工程造价。固定管架或设备受力要求较高的场合旁通直管压力平衡型膨胀节固定管架或设备受力要求较高的场合b)弯曲管段的组合位移设备出口处的弯曲管段，分别沿Y方向位移Δ1，沿X方向位移Δ2,且设备不能承受压力推力的作用，可选则弯管压力平衡型膨胀节补偿该管段的组合位移。固定管架或设备受力要求较高的场合1)设弯管压力平衡型膨胀节中间管热膨胀量为∆z，弯头整体热膨胀为∆R当∆2＞＞∆z

＋∆R时:工作波纹管：工作波纹管需吸收轴向和横向的组合位移，由管道轴向位移引起的工作波纹管单波轴向位移为ex1（

ex1

=∆2

/N1

），由横向位移引起的工作波纹管单波轴向位移为ey，若对应工作条件下工作波纹管单波额定位移为［e］，当［e］≥ex

＋ey时，工作波纹管可满足膨胀管段的补偿要求。平衡波纹管：平衡波纹管仅吸收轴向位移，若对应工作条件下平衡波纹管单波额定位移为［

e

］，平衡波纹管波数为N2

，当ex2（

ex2

=∆2

/N2）≤［e］时，平衡波纹管可满足膨胀管段的补偿要求。固定管架或设备受力要求较高的场合固定管架或设备受力要求较高的场合2)设弯管压力平衡型膨胀节中间管热膨胀量为∆z，弯头整体热膨胀为∆R，当∆2

与∆z

、∆R相当：工作波纹管：工作波纹管需吸收轴向和横向的组合位移。由轴向位移引起的工作波纹管单波轴向位移为：由横向位移引起的工作波纹管单波轴向位移为ey

，若对应工作条件下工作波纹管单波额定位移为［e］，当［e］≥ex1

＋ey时，工作波纹管可满足膨胀管段的补偿要求。固定管架或设备受力要求较高的场合平衡波纹管：平衡波纹管仅吸收轴向位移。若对应工作条件下平衡波纹管单波额定位移为［e］，平衡波纹管波数为N2，当ex2≤［e］时，平衡波纹管可满足膨胀管段的补偿要求。固定管架或设备受力要求较高的场合位移反力：FA

＝Kx∆2

+［

KX1

（

∆Z+3∆R

/4）－

KX2

∆R

/4］FB

＝Kx∆2V＝

KY

∆1”A设备“A

受力：FX=－FY=－VFZ=0MX

=

MY=

0MZ=F

AL1－V（R＋L0/2）“B”管架受力：FX=FBFX

=VFZ=0MX

=

MY=

0MZ=－

V（L2＋L0/2）七、膨胀节安装使用注意事项一般要求无约束型膨胀节的安装约束型膨胀节的安装压力试验要求一般要求膨胀节装有涂黄色油漆标志的运输固定装置，它们的作用是在运输期间和安装期间的膨胀节定位。膨胀节所在管段所有焊口焊接完毕且两端固定支架安装完毕，应及时拆除运输固定装置。不得将装运固定装置作为压力试验的承力件，除非设计另有要求。安装时不要使膨胀节承受扭矩。膨胀节安装过程中及安装完成后其端管线不得移动。整个安装施工过程中应防止硬物碰撞波纹管。靠近波纹管进行焊接、气割或打磨作业时，应防止焊接飞溅物、气割火星或打磨火星溅到波纹

管上，建议用湿的麻布覆盖波纹管表面。严禁焊接时在波纹管上引弧，

严禁焊接地线搭在波纹管上。膨胀节安装完毕后应清除波纹管波纹间和其它活动部件间可能影响其位移和活动的异物。膨胀节周围的物品不得妨碍膨胀节的正常位移。无约束型膨胀节的安装膨胀节装入管道时应以膨胀节实际长度为基准尺寸，使管道适应膨胀