為(wei)了(le)防止管(guan)道(dao)(dao)熱(re)膨(peng)脹產生的(de)破壞作用，在管(guan)道(dao)(dao)設(she)計(ji)中，應當對高(gao)溫管(guan)道(dao)(dao)進行(xing)熱(re)補償(chang)設(she)計(ji)。管(guan)道(dao)(dao)的(de)熱(re)補償(chang)方(fang)法(fa)有兩種：一種是(shi)利用管(guan)道(dao)(dao)自身的(de)柔性吸收其位(wei)移變形的(de)自然補償(chang)法(fa)；另(ling)一種是(shi)利用在管(guan)道(dao)(dao)中設(she)置適當形式的(de)補償(chang)器對管(guan)道(dao)(dao)進行(xing)補償(chang)的(de)方(fang)法(fa)。
管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)在(zai)現場的(de)(de)(de)(de)走向是根據工藝設備的(de)(de)(de)(de)布置(zhi)情況決(jue)定的(de)(de)(de)(de)。利用改(gai)變管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)走向、調整支(zhi)撐(cheng)點的(de)(de)(de)(de)位置(zhi)或改(gai)變支(zhi)吊架的(de)(de)(de)(de)形(xing)式(shi)，增(zeng)加管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)自身的(de)(de)(de)(de)柔(rou)性，以補(bu)償其熱膨脹和端點附加位移的(de)(de)(de)(de)辦(ban)法(fa)稱(cheng)為管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)自然補(bu)償。例如在(zai)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)中布置(zhi)適當的(de)(de)(de)(de)L形(xing)、Z形(xing)或I形(xing)管(guan)(guan)段(duan)，即可有效(xiao)地增(zeng)加管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)柔(rou)性。這種補(bu)償辦(ban)法(fa)結構簡單、運(yun)行(xing)可靠(kao)、投資少，所以被廣泛采用。
1. 金(jin)屬波紋管膨(peng)脹(zhang)節
隨著大直(zhi)徑高溫管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)的(de)增多和金屬波(bo)(bo)紋管(guan)(guan)膨脹節制(zhi)造(zao)技(ji)術的(de)提高，近年來金屬波(bo)(bo)紋管(guan)(guan)膨脹節在(zai)壓力管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)中(zhong)得到了廣泛應用。此種補償器制(zhi)造(zao)技(ji)術較為復(fu)雜，價格高。一般采用0.5~3mm薄不銹(xiu)鋼板(ban)制(zhi)造(zao)，耐壓低，補償能力大，適用于(yu)低壓大直(zhi)徑高溫管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)。但應當指出，在(zai)強度上(shang)它是(shi)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)中(zhong)的(de)薄弱環節，與自(zi)然補償比較可(ke)靠性差(cha)，應正確選用與安(an)裝。目前此種補償器尚無國家標(biao)準(zhun)，各企業(ye)標(biao)準(zhun)的(de)波(bo)(bo)紋管(guan)(guan)參(can)數尚不統一，但其制(zhi)造(zao)技(ji)術條件(jian)已有(you)國家標(biao)準(zhun)GB/T 12777《金屬波(bo)(bo)紋管(guan)(guan)膨脹節制(zhi)造(zao)技(ji)術條件(jian)》。
根據(ju)金屬波紋(wen)管膨脹(zhang)節的結構(gou)和(he)功能(neng)，其基(ji)本形式可(ke)分十大類。如(ru)表3-16所示。
壓力(li)管道常用的金屬波紋管膨脹節主要有單(dan)式軸(zhou)向型、復式拉桿型、單(dan)式鉸鏈型及彎管壓力(li)平衡型等幾種。
①. 單式軸向(xiang)型膨脹節
單(dan)式軸向(xiang)型(xing)膨脹(zhang)節結構簡(jian)單(dan)、價(jia)格低(di)，主(zhu)要用(yong)于(yu)吸(xi)收軸向(xiang)位(wei)移(yi)，在一定條(tiao)件下可(ke)吸(xi)收少量角(jiao)位(wei)移(yi)和軸向(xiang)位(wei)移(yi)。用(yong)于(yu)吸(xi)收軸向(xiang)位(wei)移(yi)的單(dan)式軸向(xiang)型(xing)膨脹(zhang)節的典型(xing)布置(zhi)如(ru)圖(tu) 3-15 所(suo)示(shi)。
單(dan)式軸向(xiang)型膨脹(zhang)節(jie)屬(shu)于無約束(shu)型波紋膨脹(zhang)節(jie)，不能承受波紋管壓力推力。選用(yong)時應注意下列問題。
a. 兩固定(ding)支座之間的(de)管道上只能布置一(yi)個該型膨脹節。
b. 固定支(zhi)座必(bi)須有足夠的強度，以承受波紋管壓(ya)力(li)推力(li)。
c. 對管道必須進行(xing)嚴格保(bao)護，尤其是靠近波紋管膨(peng)(peng)脹節的部位應設置導向(xiang)(xiang)架(jia)，第一個(ge)(ge)(ge)導向(xiang)(xiang)支架(jia)與膨(peng)(peng)脹節的距離(li)應小于4DN,第二個(ge)(ge)(ge)導向(xiang)(xiang)支架(jia)與第一個(ge)(ge)(ge)導向(xiang)(xiang)支架(jia)的距離(li)應不大(da)于14DN,以(yi)防止(zhi)管道有彎曲或徑(jing)向(xiang)(xiang)偏移造成膨(peng)(peng)脹節破壞。
②. 復式拉(la)桿型(xing)膨(peng)脹(zhang)節
復式拉(la)桿型膨(peng)(peng)脹節(jie)的(de)安裝示(shi)意圖(tu)如圖(tu)3-16所示(shi)。管道(dao)呈Z形，補償器可吸收拉(la)桿之間管道(dao)的(de)軸(zhou)向(xiang)膨(peng)(peng)脹量，拉(la)桿承受內壓(ya)推力(li)，兩側(ce)管道(dao)的(de)膨(peng)(peng)脹使補償器產生橫向(xiang)位移，兩個膨(peng)(peng)脹節(jie)均產生角位移。
③. 單式鉸鏈型(xing)膨脹節
一(yi)般將(jiang)兩個(ge)或三(san)個(ge)單式鉸鏈型膨脹(zhang)(zhang)節布置在一(yi)個(ge)平(ping)面內，如圖3-17所示。工作時利用每個(ge)膨脹(zhang)(zhang)節產生的(de)角位移(yi)來(lai)吸收(shou)管道的(de)熱膨脹(zhang)(zhang)。這(zhe)種布置方(fang)法可吸收(shou)較大的(de)膨脹(zhang)(zhang)量(liang)。
④. 彎管壓力平衡型(xing)膨脹節(jie)
能平(ping)衡(heng)膨(peng)脹(zhang)節的壓力推力，可避免壓力推力作用在(zai)與(yu)其(qi)連(lian)接(jie)的機(ji)器(qi)管嘴上(shang)，所以(yi)在(zai)與(yu)汽輪(lun)機(ji)、離心(xin)壓縮機(ji)等敏(min)感設備連(lian)接(jie)的管道上(shang)應用較(jiao)多(duo)。安裝示意圖如圖3-18所示。
2. 球形補償器
①. 結構及(ji)工(gong)作原理
球(qiu)(qiu)形(xing)補(bu)償(chang)器(qi)的(de)(de)結構如圖(tu)3-19所(suo)示，其(qi)工作原理(li)如圖(tu)3-20(a)所(suo)示，球(qiu)(qiu)體可(ke)(ke)以繞本身(shen)軸線旋轉(zhuan)［見圖(tu)3-20(b)],還可(ke)(ke)以向(xiang)任意方(fang)向(xiang)做折(zhe)曲運動［見圖(tu)3-20(c)].利(li)用(yong)球(qiu)(qiu)形(xing)補(bu)償(chang)器(qi)的(de)(de)這些特(te)點，可(ke)(ke)將(jiang)其(qi)角度(du)位移(yi)轉(zhuan)變為(wei)管道(dao)的(de)(de)直線位移(yi)來(lai)吸收管道(dao)的(de)(de)熱膨脹(zhang)量(liang)，在轉(zhuan)變過程中，為(wei)保(bao)證管道(dao)的(de)(de)直線性，球(qiu)(qiu)形(xing)補(bu)償(chang)器(qi)本身(shen)的(de)(de)角度(du)也需要給予補(bu)償(chang)，因此(ci)，必須要兩個(ge)或三(san)個(ge)組成(cheng)一組來(lai)使用(yong)，單個(ge)球(qiu)(qiu)形(xing)補(bu)償(chang)器(qi)是不能(neng)吸收直線位移(yi)的(de)(de)［見圖(tu)3-20(d)]。
球形(xing)補償器的三個重要參(can)數指標(biao)是：球心距R、折(zhe)曲角0和位移(yi)量Δ.θ的大小由制造廠提供，與結構(gou)尺(chi)寸(cun)有(you)關，國內產(chan)品一般(ban)為30°,國外產(chan)品有(you)30°、15°等多種形(xing)式，其余兩項(xiang)R和Δ由設計確定。
②. 使用場合
a. 適用范圍 公稱壓力PN≤1.6MPa;設計溫度T≤350℃;公稱尺寸DN50~600mm.
b. 適用于輸送非易(yi)燃和無(wu)毒(du)的熱(re)介質管(guan)道(dao)，如蒸(zheng)汽、熱(re)水(shui)、凝結水(shui)、熱(re)油、熱(re)空氣等管(guan)道(dao)。有腐蝕性熱(re)介質的管(guan)道(dao)不宜使(shi)用。
c. 球(qiu)形補償器(qi)的(de)補償量大(da)，最適合(he)在(zai)(zai)廠(chang)際(ji)之間或區(qu)域性的(de)較長(chang)距離的(de)熱管(guan)道(dao)上使(shi)用(yong)。由于采用(yong)球(qiu)形補償器(qi)比U形膨(peng)脹彎(wan)(wan)管(guan)少(shao)用(yong)很多彎(wan)(wan)頭，故也適用(yong)于對壓力降有要求的(de)熱管(guan)道(dao)。另外，還可以使(shi)用(yong)在(zai)(zai)對接(jie)管(guan)載(zai)荷有限制的(de)設(she)備進出口管(guan)道(dao)上。
d. 球形補償器可吸(xi)收布(bu)置在建筑(zhu)物或(huo)儲罐之間(jian)的(de)(de)管道因基礎下沉而(er)引起的(de)(de)相對位(wei)移。
e. 球形補償(chang)器可以緩解或(huo)消除管道系統因地震(zhen)而產生(sheng)的超載應力(li)。
③. 布置方(fang)式(shi)和補(bu)償量計算
a. 直線管道固定支架間 距如表3-17所示。
b. 水(shui)平(ping)Z形布置 有(you)單(dan)向式、雙向式和三球式三種布置方(fang)式。
· 單向(xiang)式
單向(xiang)式(shi)包括單向(xiang)A式(shi)和單向(xiang)B式(shi)2種，如(ru)圖3-21所示。
單向A式(shi)的主要特(te)征是球(qiu)形(xing)補償器設在兩(liang)個(ge)固(gu)定(ding)支(zhi)架之間，離(li)其中一(yi)個(ge)固(gu)定(ding)支(zhi)架（A點）很近，離(li)另一(yi)個(ge)固(gu)定(ding)支(zhi)架（B點）較遠(yuan)，這(zhe)種(zhong)布(bu)置只吸收一(yi)個(ge)方向的位(wei)移。一(yi)般受到地形(xing)位(wei)置限制時(shi)用此布(bu)置方式(shi)。
單(dan)向B式(shi)(shi)的特征與單(dan)向A式(shi)(shi)相同，用在無位置限制的條件下，與單(dan)向A式(shi)(shi)不同之處是熱脹終止位置不同，以(yi)及固(gu)定(ding)(ding)支架(jia)(jia)1與②承受推力大小(xiao)不同，如固(gu)定(ding)(ding)支架(jia)(jia)②與支架(jia)(jia)1相比，需(xu)要考(kao)(kao)慮(lv)管道載荷(he)的摩擦力，而固(gu)定(ding)(ding)支架(jia)(jia)1與支架(jia)(jia)②相比，需(xu)要考(kao)(kao)慮(lv)球形補償器動作時的側向力。
單(dan)向(xiang)式(shi)的位移量Δ、折曲角0、球心(xin)距R間關(guan)系(xi)為(wei)： 單(dan)向(xiang)A式(shi) Δ=Rsin (0/2) （3-1) 、 單(dan)向(xiang)B式(shi)Δ=2Rsin(0/2) （3-2)
· 雙向式
球形(xing)補償器設(she)在(zai)兩(liang)固定(ding)支架中間，而且離兩(liang)支架距離都(dou)較遠時(shi)，能吸(xi)收兩(liang)個方向(xiang)的位移（見圖3-22),位移量(liang)Δ=Δ1+Δ2.布置時(shi)盡量(liang)使(shi)兩(liang)邊管段（A段、B段）相等(deng)，其Δ、R、0的關(guan)系式為： Δ1+Δ2=2Rsin(0/2)（3-3)
· 三(san)球式
當整條管道不能吸收(shou)橫向位(wei)移(yi)時(shi)，應(ying)采用此種形式(shi)，用第三個球(qiu)吸收(shou)管道的(de)(de)橫向位(wei)移(yi)（見圖3-23).位(wei)移(yi)Δ、球(qiu)心距R、折曲角0的(de)(de)關系式(shi)為(wei)Δ=2Rsin(0/2)（3-4)
圖3-23中R1、β和橫向位移Δ:的(de)關(guan)系式為 Δ=Risinβ（3-5)式中，β不能(neng)大于(yu)球形(xing)補償器全折曲(qu)角8的(de)一半。
c. 水(shui)平L形布置
水(shui)平L形布置可吸收兩(liang)段相互垂直管道的(de)位移(yi)（見圖3-24)。
確定兩球中(zhong)(zhong)心(xin)間距(ju)R1、R2時，先用(yong)直線(xian)段L1、L2按(an)式(shi)（3-6)計算(suan)位移(yi)量Δ1、Δ2,兩者中(zhong)(zhong)的(de)較大值Δ,并(bing)按(an)式(shi)（3-1)計算(suan)出(chu)中(zhong)(zhong)心(xin)距(ju)，而后將(jiang)求出(chu)的(de)數值乘(cheng)以1.5,作為＝R2的(de)數值，然(ran)后用(yong)R1、R2按(an)式(shi)（3-7)及(ji)實際的(de)Δ1及(ji)Δ2重(zhong)新(xin)求出(chu)01和02.檢查01＋02=0:是否超過制造廠規(gui)定的(de)折(zhe)曲角（03<30°),如果超過則需加(jia)長球心(xin)距(ju)，然(ran)后重(zhong)計算(suan)。
Δ=αtL(t1-to)（3-6)
中Δ 熱(re)膨脹(zhang)量(liang)，mm;
L-管道直線(xian)長度，mm;
r1-管道(dao)工作溫度，℃;
t0-管道安裝溫度，℃;
Q:-管材在(zai)工作溫度下的線脹系數，1/℃.
必須注(zhu)意，實際R1、R2值要比計算值大，以保(bao)證留有余量。
d. 垂直面布(bu)置
· 垂(chui)直Z形(xing)布(bu)置的(de)原(yuan)理及(ji)計算(suan)式與水(shui)平Z形(xing)布(bu)置相同（見(jian)圖3-25).
· 兩(liang)組(zu)球形補償器組(zu)合(he)垂直布(bu)置 利用(yong)球形補償器的工作原理，在實際(ji)應用(yong)中(zhong)，將訴組(zu)布(bu)置在一(yi)起，既方(fang)便支架的布(bu)置，又整(zheng)齊美觀。但要(yao)注(zhu)意，兩(liang)組(zu)中(zhong)間一(yi)定(ding)要(yao)用(yong)固定(ding)支架（見圖3-26).
e. 球形補(bu)償器(qi)附近的彎(wan)頭至第一個導(dao)向支架的距(ju)離(li)
例如(ru)圖(tu)3-21(a)及圖(tu)3-25中(zhong)(zhong)彎頭(tou)E點(dian)(dian)至導(dao)向支(zhi)(zhi)架G點(dian)(dian)的距離，應(ying)滿足柔性的要求(qiu)。球形(xing)(xing)補(bu)(bu)償(chang)器(qi)前后兩個彎頭(tou)之間的管長的熱膨脹量設為Δ,可作(zuo)為EG段(duan)柔性計算依據，但由于(yu)球形(xing)(xing)補(bu)(bu)償(chang)器(qi)在(zai)位移(yi)過(guo)程中(zhong)(zhong)，其軌跡是(shi)弧線(xian)，所以(yi)在(zai)球形(xing)(xing)補(bu)(bu)償(chang)器(qi)附近將產生偏移(yi)量y,當(dang)球形(xing)(xing)補(bu)(bu)償(chang)器(qi)從(cong)中(zhong)(zhong)心線(xian)向一個方向擺動時,對于(yu)垂直Z形(xing)(xing)布置(zhi)的管道（見圖(tu)3-25),如(ru)有特殊(shu)要求(qiu)，必須(xu)在(zai)彎頭(tou)E點(dian)(dian)附近設置(zhi)支(zhi)(zhi)架時，應(ying)采(cai)用彈簧支(zhi)(zhi)架。
f. 在(zai)分(fen)支管上布置球形補償器
當(dang)(dang)主管(guan)與分支管(guan)在同一(yi)平面時，可(ke)按圖(tu)3-27所(suo)示方(fang)式布置(zhi)。當(dang)(dang)主管(guan)有較大位移(yi)時，可(ke)按圖(tu)3-27(a)布置(zhi)。帶球(qiu)(qiu)形補(bu)償(chang)器的(de)分支管(guan)的(de)x長度應滿足前面第e點所(suo)述位移(yi)ΔR的(de)要求。當(dang)(dang)不能布置(zhi)成吸收段“x”時，可(ke)采用三(san)球(qiu)(qiu)布置(zhi)方(fang)式，見圖(tu)3-27(b),其計算方(fang)法與L形布置(zhi)計算相同。
④. 反作用(yong)力(li)計算(suan)
球形補償器轉動力(li)矩M引起的(de)反作用力(li)F1可按(an)下(xia)式計(ji)算
F1=2M/R1（3-12)
式中 F1-轉動力(li)矩而(er)引起(qi)的反作用力(li)，N;
M-球形補償器轉動力矩(ju)（由(you)制造廠(chang)提供），N·m;
R1-球心距在(zai)作用面(mian)上的投影長度，m,R1=Rcos(0/2)(當0小于30°時，可取R1~R).
3. 套筒(tong)式補償器（填(tian)料(liao)函式管道伸縮節(jie)）
①. 主(zhu)要結構類型
a. 重載套(tao)筒式(shi)補償(chang)器
其內(nei)部(bu)(bu)沒有內(nei)壓平衡(heng)結構，端部(bu)(bu)固定點需承受彎管(guan)或(huo)閥門、盲板的(de)內(nei)壓推力（見圖(tu)3-28).
b. 減載(zai)套筒式補償器
其內(nei)部(bu)有(you)內(nei)壓平衡(heng)結構，端部(bu)的(de)彎管或(huo)閥門、盲板(ban)的(de)內(nei)壓推(tui)力與補償器內(nei)部(bu)構件的(de)軸向承壓面所受的(de)內(nei)壓推(tui)力平衡(heng)，所以固定(ding)支架可以不考慮(lv)內(nei)壓推(tui)力的(de)作用(yong)，但目(mu)前尚無定(ding)型(xing)產品和標準(zhun)，選用(yong)時(shi)要(yao)慎重(zhong)。
②. 使用場合
a. 適用范圍。公稱壓力：PN≤2.5MPa;工(gong)作溫度(du)≤200℃;公稱尺(chi)寸：DN50~600mm;輸(shu)送(song)介質：蒸汽、水。
b. 這種(zhong)補償(chang)(chang)器有易泄漏(lou)和(he)軸向推力較大的缺(que)點，一般很少選(xuan)用，尤其在(zai)裝置(zhi)內(nei)或(huo)寒冷地區更不能選(xuan)用這種(zhong)補償(chang)(chang)器。在(zai)裝置(zhi)外(wai)、廠區內(nei)或(huo)廠際之間的熱管道上，在(zai)布(bu)置(zhi)U形膨脹彎管受空間位置(zhi)限制時可以選(xuan)用，但盡量少用。
③. 布(bu)置方式
套筒(tong)式(shi)補償器只能(neng)用(yong)于直線(xian)熱管道(dao)上吸收(shou)熱伸(shen)長(chang)，不能(neng)用(yong)于彎(wan)管和空間(jian)管系。
套筒式補償器兩邊直管端點(dian)（根據補償器的(de)補償能(neng)力計算固定點(dian)的(de)位置(zhi)），必(bi)須設(she)置(zhi)固定架。導向支架布(bu)置(zhi)要求和波(bo)紋管膨(peng)脹節的(de)布(bu)置(zhi)要求相同。
