Ω膨胀节设计计算
Ω膨胀节设计计算
Ω膨胀节设计计算膨胀节又称为伸缩节，是一种能够在温度变化引起的热胀冷缩或者其他变形情况下进行变形和补偿的密封元件。
它主要由金属或者橡胶等材料制成，广泛应用于管道、容器、泵阀等工业领域。
本文将讨论膨胀节设计与计算的相关问题。
首先，膨胀节的设计需要考虑以下几个主要因素：1.压力等级：根据所在系统的工作压力，确定膨胀节的材质和厚度。
一般来说，高压系统需要采用厚度较大的金属材料，而低压系统可以选择薄壁金属或橡胶材料。
2.温度范围：根据所在系统的工作温度，确认膨胀节所需的材质和形状。
不同温度下金属的热胀冷缩系数不同，因此需要根据工作温度范围来选择相应的金属材料或者橡胶材料。
3.变形量：根据管道或容器在工作温度变化下的变形量计算出膨胀节的伸长量或压缩量。
一般来说，膨胀节应能够吸收管道或容器在温度变化下的变形量的60%-80%。
4.材料选择：根据工作条件、介质性质等要求，选择合适的金属材料或者橡胶材料。
金属材料有不锈钢、铜、铝等可以选择，而橡胶材料则根据介质的酸碱性、温度等进行选择。
以上是膨胀节设计需要考虑的主要因素，接下来将介绍膨胀节的计算方法。
1. 线性膨胀节的计算方法：假设膨胀节工作温度范围内的膨胀系数为α（单位为mm/℃），管道或容器的长度变化量为ΔL（单位为mm），则膨胀节的长度变化量为ΔL/α。
2. 橡胶膨胀节的计算方法：橡胶膨胀节一般以其横向变形量（压缩量或伸长量）为设计依据。
假设橡胶膨胀节在工作温度范围内的纵向变形量为ΔL（单位为mm），则膨胀节的横向变形量为0.6ΔL。
3.膨胀节的弹簧刚度计算：膨胀节的弹簧刚度定义为单位位移所需的力。
根据膨胀节的设计工况和材料特性，计算出弹簧刚度，以保证膨胀节在工作条件下能够正确地进行变形和补偿。
综上所述，膨胀节的设计与计算需要综合考虑压力等级、温度范围、变形量以及材料特性等因素。
根据工程要求和实际应用情况，选择合适的设计参数和计算方法，确保膨胀节能够正常工作并具有所需的补偿和变形能力。
波纹管膨胀节详解
膨胀节的类型和构造一、波纹膨胀节的类型波纹管配备相应的构件，形成具有各种不同补偿功能的波纹膨胀节。
按补偿形式分为轴向型、横向型、角向型及压力平衡型。
轴向型：普通轴向型、抗弯型、外压型、直埋型、直管力平衡型、一次性直埋型。
横向型：单向横向型、万向铰链横向型、大拉杆横向型、小拉杆横向型。
角向型：单向角向型、万向角向型。
以上是基本分类，每类都具备共同的功能。
在一些特定情况还可以有特殊功能，如耐腐蚀型、耐高温型。
按特定场合的不同，分为催化裂化装置用、高炉烟道用。
按用于不同介质分为：热风用、烟气用、蒸汽用等。
二、波纹膨胀节的结构1、轴向型波纹膨胀节（1）普通抽向型：是最基本的轴向膨胀节结构。
其中支撑螺母和预拉杆的作用是支撑膨胀节达到最大额定拉伸长度和到现场安装时调整安装长度（冷紧）。
如果补偿量较大，可用两节，甚至三节波纹管。
使用多节时，要增加抗失稳的导向限位杆。
（2）抗弯型：增加了外抗弯套筒，使整体具有抗弯能力。
这样可以不受支座的设置必须受4D、14D的约束，支架的设置可以将这段按刚性管道考虑。
（3）外压型：这种结构使波纹管外部受压，内部通大气。
外壳必须是密闭的容器，它的特点是：1）波纹管受外压不发生柱失稳，可以用多波，实现大补偿量。
2）波纹内不含杂污物及水，停气时冷凝水不存波纹内可从排污阀排掉不怕冷冻。
3）结构稍改进也具有抗弯能力。
（4）直埋型：它的外壳起到井的作用，把膨胀节保护起来．密封结构防止土及水进入。
实际产品分防土型和防土防水型。
对膨胀节的特殊要求是必须与管道同寿命。
（5）一次性直理型：它的使用是装在管线上后整个管线加热升温到管线的设计温度范围的中间温度，管线伸长，波纹管被压缩，两个套筒滑动靠近，然后把它们焊死，再由检压孔打压检验焊缝不漏即可。
它的特点是：1）焊死后波纹管再不起作用，它的寿命一次就够。
2）波纹管的设计压力按施工加热的压力设计。
材质用普通碳钢。
2、横向型波纹膨胀节（1）单向横向型：它只能在垂直于铰链轴的平面内弯曲变形。
金属膨胀节波纹数量和膨胀量
金属膨胀节波纹数量和膨胀量1. 引言金属膨胀节是一种用于管道系统中的重要元件，用来吸收由于温度变化引起的管道伸缩。
在设计和选择金属膨胀节时，波纹数量和膨胀量是两个关键参数。
本文将详细介绍金属膨胀节波纹数量和膨胀量对其性能的影响，并给出相关的计算方法和选择建议。
2. 金属膨胀节波纹数量金属膨胀节的波纹数量直接影响其伸缩能力和柔性。
波纹越多，金属膨胀节的伸缩能力越大，柔性越好。
通常情况下，波纹数量越多，金属膨胀节的价格也会相应增加。
2.1 波纹结构金属膨胀节的波纹结构通常采用环状或者曲线形状。
环状结构由一系列相互连接的圆环组成，而曲线形状则由连续变化的曲线段组成。
不同结构对应不同数量的波纹。
2.2 波纹数量选择波纹数量的选择应根据具体的工程需求来确定。
一般情况下，大型管道系统或者需要较大伸缩能力的系统会选择波纹数量较多的金属膨胀节。
而对于小型管道或者伸缩要求不高的系统，波纹数量可以相对较少。
3. 金属膨胀节膨胀量金属膨胀节的膨胀量是指在温度变化下，金属膨胀节能够承受的最大位移。
膨胀量与波纹数量、波纹结构、材料性质等因素有关。
3.1 膨胀量计算方法金属膨胀节的膨胀量可以通过以下公式来计算：ΔL = α * L * ΔT其中，ΔL为金属膨胀节的膨胀量，α为材料的线性热膨胀系数，L为金属膨胀节长度，ΔT为温度变化值。
3.2 膨胀量与波纹数量关系一般情况下，金属膨胀节的膨胀量与其波纹数量成正比。
波纹数量越多，金属膨胀节的膨胀量也会相应增加。
因此，在设计金属膨胀节时，需要根据系统的温度变化范围和伸缩要求来选择合适的波纹数量。
3.3 膨胀量与波纹结构关系金属膨胀节的波纹结构也会对其膨胀量产生影响。
一般来说，环状结构的金属膨胀节由于具有更多的接触面积，其膨胀量会相对较大。
而曲线形状的金属膨胀节由于曲线段之间的连接点较少，其膨胀量相对较小。
4. 选择建议在选择金属膨胀节时，应综合考虑波纹数量和膨胀量两个参数，并根据具体工程需求进行选择。
橡胶膨胀节 伸长量 计算
橡胶膨胀节伸长量计算橡胶膨胀节是一种常见的管道连接元件，它具有一定的伸长量。
本文将从橡胶膨胀节的定义、伸长量的计算方法以及应用领域等方面进行介绍。
一、橡胶膨胀节的定义橡胶膨胀节是一种用来吸收管道系统因温度变化、振动或其他因素引起的热胀冷缩、位移和振动的变形元件。
它由橡胶和金属组成，外形呈波纹状或球形，具有一定的伸缩性能。
橡胶膨胀节能够在一定范围内吸收管道系统的变形，保护管道系统的正常运行。
二、伸长量的计算方法橡胶膨胀节的伸长量是指在一定的工作条件下，橡胶膨胀节能够承受的最大伸长量。
伸长量的计算方法主要受到以下几个因素的影响：1. 材料特性：橡胶膨胀节的伸长量与其材料的特性有关。
一般来说，橡胶的伸长性能较好，能够承受较大的伸长量。
2. 设计参数：橡胶膨胀节的伸长量还与其设计参数有关。
设计参数包括橡胶膨胀节的长度、波纹的高度、波纹的数量等。
一般来说，橡胶膨胀节的长度越长，波纹的高度越大，伸长量也会相应增加。
3. 工作条件：橡胶膨胀节的伸长量还与其工作条件有关。
工作条件包括橡胶膨胀节所处的温度、压力等。
一般来说，温度越高，压力越大，橡胶膨胀节的伸长量也会相应增加。
伸长量的计算方法一般通过实验确定。
在实验中，通过给橡胶膨胀节施加一定的拉力，测量其伸长量，然后可以得到伸长量与拉力之间的关系曲线。
根据该关系曲线，可以计算出橡胶膨胀节在不同工作条件下的伸长量。
三、橡胶膨胀节的应用领域橡胶膨胀节广泛应用于各种管道系统中，特别是在液体输送和热力系统中。
其主要应用领域包括以下几个方面：1. 石油化工行业：橡胶膨胀节常用于石油化工行业的管道系统中，用于吸收管道系统因温度变化、振动等引起的热胀冷缩和位移。
2. 钢铁行业：钢铁行业中的高炉、炼钢等设备需要使用大量的管道系统，橡胶膨胀节可以有效地减少管道系统的振动和位移，保护管道系统的正常运行。
3. 电力行业：电力行业中的发电设备、输电线路等都需要使用大量的管道系统，橡胶膨胀节可以有效地吸收因温度变化和振动引起的管道变形，保证电力系统的安全稳定运行。
膨胀节长度计算
膨胀节长度计算
膨胀节长度是指膨胀节在正常工作状态下的长度，它是膨胀节设计和使用中一个非常重要的参数。
膨胀节是一种用于补偿管道或容器由于温度变化而引起的热胀冷缩的变形元件。
当管道或容器受热膨胀时，膨胀节可以吸收这种变形，并通过伸缩来保持管道或容器的正常运行。
膨胀节长度的计算是膨胀节设计中的一个关键步骤。
首先，需要确定管道或容器的工作温度范围，以及其在最高和最低温度下的长度差。
然后，根据膨胀节的材料和结构特性，计算出膨胀节的伸长量或收缩量。
最后，通过膨胀节的伸缩量与长度差之间的关系，计算出膨胀节的长度。
在计算膨胀节长度时，需要考虑到膨胀节的工作条件和使用环境。
例如，如果膨胀节处于高温环境中，需要选择耐高温的材料，并考虑到材料的热膨胀系数。
另外，还需要考虑到膨胀节的使用寿命和可靠性要求，以确保膨胀节能够长期稳定地工作。
膨胀节长度的计算对于膨胀节的设计和选择非常重要。
正确计算膨胀节长度可以保证膨胀节能够有效地补偿管道或容器的热胀冷缩变形，保证系统的正常运行。
因此，在进行膨胀节设计时，需要仔细计算膨胀节长度，并根据实际情况进行调整和优化，以确保膨胀节的性能和可靠性。
压力管道金属波纹膨胀节设计计算要求
压力管道金属波纹膨胀节设计计算要求1 基本要求本文件规定了压力管道中的膨胀节设计、制造和安装的一般要求和设计计算的标准。
膨胀节所有元件的详细设计应由制造商负责。
2 对管道设计者的要求2.1 总贝管道设计者应提供膨胀节详细设计的设计工况以及对设置膨胀节的管道设计要求。
设计者应结合合金元素的含量、制造方法和最终热处理条件来确定材料产生应力腐蚀裂纹的敏感性。
除膨胀节中流动介质的性能外，设计者还应确定其外部环境和由千波纹管在低温下操作，可能在其外壁产生冷凝或结冰。
宜给出波纹管的单层最小厚度。
应确认膨胀节检修维护的可达性。
需要从膨胀节制造商处获得的数据至少包括：a）有效的承受轴向内压的面积；b）横向、轴向和扭转刚度；c）特定设计条件下的设计疲劳寿命；d）安装长度和质量；e）在管道上附加支撑或约束的要求；f）材料合格证明；g）最大实验压力；h）设计计算书；i）总装配图。
2.2 膨胀节设计条件管道设计提出的膨胀节设计条件应包括：a）静态设计条件本条件应包括正常操作状态下的压力、温度以及可能出现的压力、温度的波动上、下限。
如果所给出的膨胀节组件设计温度不是介质温度，则该温度应通过适当的换热计算方法或试验的方法来核实，或通过对在同样条件下服役的相同设备的测量来获得。
b）循环设计条件本条件应包括操作期内同时作用的压力、温度、所施加的端点位移、膨胀节本身的热膨胀所对应的循环数。
由短时工况引起的循环数(如开车、停车和非正常操作）应单独说明，并应叠加累积疲劳效应。
c）其他荷载除以上条件之外的其他荷载也需说明，包括动力荷载(如风荷载、地震荷载、热冲击、振动等）和重力荷载(如绝热材料、雪、冰等产生的重力荷载）。
d）流体特性同设计要求相关的流体介质特性应在设计条件中指定，如业主指定的介质类型、流体速率和方向、内部衬里等。
e）其他设计条件影响膨胀节设计的其他条件应在设计条件中说明，如保护套的使用，内、外隔热层，限位装置，其他约束，膨胀节上的外加接管(如排气和排液管）等。
标准膨胀节设计计算
4.2 内压在膨胀节中所产生的周向和经向薄膜应力
内压在 膨胀节 中产生 内压在 膨胀节 中产生
2
pr 2nt p
3
pr nt p
dp r d的经向薄膜应力和弯曲应力
起的膨 胀节中
5
Eb20t 2pe 10.92 r3
B1
位移引
起的膨
胀节中 组合应
6
Eb20t pe 1.82 r2
B2
力——
R 3 3 5 6
失效循4.4 疲劳寿命校合
环次数 ——
NC
15847.8 Tf R 288
3.25
许用循 环次数
N NC
nc
一个波4.5 膨胀节刚度计算
的理论
轴向弹
fi
d
p
Ebt t
3 p
n
10.92r 3
B3
基于柱4.6 柱状失稳压力校合（两端固定）
状失稳 的限制
13.950751 Mpa
ok!
设计安全系数—— nc
疲劳寿命温度修正系数—— Tf 4.应力和疲劳寿命校合
20 b
20 b
t b
4.1 内压引起的直边段和加强环中的周向薄膜应力 内压引
起直边 段中周
1 2
Pdb2 Ebt ntdb Ebt dc Ecttc
内压引
起加强 环中周
' 1
2
Pdc2 Ect ntdb Ebt dc Ecttc
2 1175 mm 1124 mm
11 Mpa 1.77E+05 Mpa 1.93E+05 Mpa 1.79E+05 Mpa
0.9 0.9 161 Mpa 120 Mpa 586 Mpa 582.6 Mpa 5000 8.03 mm
EJMA标准膨胀节设计计算
1. 形膨胀节直边段外直径——膨胀节层数——膨胀节一层的名义厚度——加强环的厚度——形圆环的内半径——形圆环中心线直径——考虑到成型减薄后膨胀节单层的实际厚度——形圆环的平均半径——总波数——加强环的平均直径——直边段平均直径——设计内压——膨胀节材料在设计温度下的弹性模量——膨胀节材料在室温下的弹性模量——加强环材料在设计温度下的弹性模量——膨胀节纵向焊接接头系数——加强环纵向焊接接头系数——设计温度下的膨胀节材料许用应力——设计温度下的加强环材料许用应力——膨胀节材料室温下强度限——膨胀节材料设计温度下强度限——设计循环次数一个波的轴向位移——膨胀节的形状因子——随形状因子变化的系数——随形状因子变化的系数——随形状因子变化的系数——膨胀节设计计算2.设计参数输入3.系数计算ΩΩΩΩΩNPtbE 20b E ︒tc E 1B 2B 3B e tb σ⎡⎤⎣⎦tc σ⎡⎤⎣⎦p t t =0.5i pr r nt =+c c d d t =+b d d nt=-26.61p p r d t μ=20b σtbσd nt ct i r p d b ϕcϕ设计安全系数——疲劳寿命温度修正系数——4.1内压引起直边段中周内压引起加强环中周4.2内压在膨胀节中产生内压在膨胀节中产生4.3位移引起的膨胀节中位移引起的膨胀节中组合应力——4.4失效循环次数——许用循环次数4.5一个波的理论轴向弹4.6基于柱状失稳的限制柱状失稳压力校合（两端固定）内压引起的直边段和加强环中的周向薄膜应力内压在膨胀节中所产生的周向和经向薄膜应力位移在膨胀节中产生的经向薄膜应力和弯曲应力疲劳寿命校合4.应力和疲劳寿命校合膨胀节刚度计算3B cn 2020tb bf b T σσσ+=()2'12tc c tt b b c c c Pd E ntd E d E t σ=+22ppr nt σ=()()32p p p pr d r nt d r σ-=-20251310.92b p E t e B r σπ=206221.82b p E t e B r σπ=3563R σσσσ=++ 3.2515847.8288C f R N T σ⎛⎫= ⎪ ⎪-⎝⎭[]Cc N N n =33310.92t p b p i d E t nf B r=20.15i s f P N rπ=()212tb b t t b bc c cPd E ntd E d E t σ=+。
设置膨胀节管系支架的设计及受力计算
设置膨胀节管系支架的设计及受力计算波形膨胀节具有优良的柔性，用于吸收管道热膨胀产生的位移和吸收机器产生的振动时，具有优良的性能。
但是正因为具有优良的柔性，如果安装不当，不仅不能发挥其优良的性能，而且容易发生破坏，所以对设置膨胀节的管路，正确地进行支架设计和受力计算是很重要的。
符号说明：X--X向位移，mm;φ--角位移，度;Y--Y向位移，mm;Y′--侧向位移，mm;Y′=Y2+Z2Z--Z向位移，mm;△x--轴向位移，mm;△y--侧向位移产生的当量轴向位移，mm;△φ--角位移严生的当量轴向位移，△--总位移，mm;△=△x+△y+△φ△额定--膨胀节的设计额定总位移，mm;△L--管道或设备受热的伸长量，mm;△L=α•△t•LGα--材料的线膨胀系数，mm/mm℃;△t--操作温度芍安装温度之差，℃;E--管子材料的弹性模量，Mpa;I--管子惯性矩，mm4;A--波纹管的平均截面积，mm2;P--设计压力，Mpa;KL--确定侧向位移产生的当量轴向位移的系数:KL=[3L(L+Lb)]/(3L2+Lb2)Lb--一个膨胀节的有效长度，mm;L--复式膨胀节两组波纹管中心之间的距离，mm;Dm--波纹管平均直径，mm;F--固定管架所受的合力，N;dt--管道外径，mm；G--管道(包括介质保温材料)的重量，N;Kx--膨胀节轴向工作刚度，N/mm;Fp--内压产生的推力，N;LG--两个固定管架之间的长度，mm;F△--位移产生的反力，N;Fτ--侧向位移产生的反力，N;Ff--摩擦力，N;Fρ--流动产生的离心力，N;F△x--轴向位移产生的反力，N;θ--弯曲角度，度;ρ--摩擦系数:Ai--管内截面积，mm2;Ai=πdi2/4di--配管内径，mm;Fx--X方向所受的力，N;Mx--坐标系中YOZ平面所受的力矩，N-mm;Fy--Y方向所受的力，N;My--坐标系中XOZ平面所受的力矩，N-mm;Fz--Z方向所受的力，N；Mz--坐标系中XOY平面所受的力矩，N-mm:Lx、Ly、Lz--为力作用点的坐标。
EJMA标准膨胀节设计计算
20 b
膨胀节材料设计温度下强度限——
t b
设计循环次数
一个波的轴向位移—— e
3.系数计算 膨胀节的形状因子——
6.61 r2 d ptp
随形状因子变化的系数—— B1
随形状因子变化的系数—— B2 随形状因子变化的系数—— B3
1130 mm 3 2 mm
45 mm 65 mm 1290 mm 1.8718643 mm 67.807796 mm
Ps
0.15 N 2r
fi
15 0.997099
115.33732 Mpa
ok!
127.53503 Mpa
no ok!
66.412022 Mpa
ok!
140.62604 Mpa
ok!
6.2558126 Mpa
216.17702 Mpa 644.31096 Mpa
231141
15409
ok!
8029.6469 N/mm
4.2 内压在膨胀节中所产生的周向和经向薄膜应力
内压在 膨胀节 中产生 内压在 膨胀节 中产生
2
pr 2nt p
3
pr nt p
dp r d p 2r
位移引4.3 位移在膨胀节中产生的经向薄膜应力和弯曲应力
起的膨 胀节中
5
Eb20t 2pe 10.92 r3
B1
位移引
起的膨
胀节中 组合应
6
Eb20t pe 1.82 r2
13.950751 Mpa
ok!
B2
力——
R 3 3 5 6
失效循4.4 疲劳寿命校合
环次数 ——
NC
15847.8 Tf R 288
关于Ω型膨胀节设计与计算理论说明..
关于Ω型膨胀节设计与计算理论说明及软件说明按GB 16749 《压力容器波形膨胀节》的规定，波形膨胀节的设计计算应包括————应力计算及其校核；————轴向刚度和轴向位移计算；————平面失稳压力计算；————疲劳寿命校核；————外压校核；第一部分Ω型膨胀节的设计与计算理论设计参数（运行工艺参数）：——设计压力P，MPa；——设计温度T，℃；；——失效循环次数Nc——所需要的补偿量，mm；，mm；——筒体内径DbΩ型膨胀节的各参数及含义如下：1、D b——Ω型膨胀节的直边段内直径(等于筒体内径),mm ；2、R——Ω型膨胀节的内半径, mm；（R应小于10%D b）3、t——每层膨胀节名义厚度, mm；4、n——Ω型膨胀节的层数；5、D m——Ω型膨胀节波纹管的平均直径, mm ；（由结构图经计算可的）6、L k——Ω型膨胀节的开口量, mm；（膨胀节的开口量应小于R/2）7、L bt——波距（膨胀节相邻两个波中心的距离），mm；（波距一般取2.8R）8、L b——Ω型膨胀节直边段到第一个波中心的距离，mm；9、C wb——波纹管材料的纵向焊缝系数，可以取0.9或1；10、C wc——增强套箍材料的纵向焊缝系数，可以取0.9或1；11、L w——Ω型膨胀节两端连接焊缝的间距，一般Lw=2L b+(n-1)L bt；12、E b——波纹管材料在设计温度下的弹性模量，MPa；13、E b20——波纹管材料在室温下的弹性模量，MPa；14、E c —— 增强套箍材料在设计温度下的弹性模量，MPa ； 15、E c 20—— 增强套箍材料在室温下的弹性模量，MPa ； 16、D c —— 波纹管直边段增强套箍的平均直径，mm ； 17、r d —— 膨胀节倒角小波的内半径，mm ； 18、Lb c —— 相邻两个外侧加强环中心线的距离；19、L bc —— 外侧加强环中心线与相邻的膨胀节波中心的距离，mm ；20、A t —— 波纹管所有增强套箍横截面的金属面积；（注：该截面与管道轴线平行）22、t c —— 直边段增强套箍的厚度，mm ；23、S ab —— 波纹管在设计温度下的许用应力，MPa ； 24、S ac —— 增强套箍在设计温度下的许用应力，MPa ； 25、t p —— 考虑到成型减薄后膨胀节单层的实际厚度，mbp D D t t =，mm ； 26、e —— 一个波的轴向位移，mm ；27、B 1，B 2，B 3—— 随形状变化因子（查形状因子系数曲线可获得）；28、μ—— 膨胀节形状变化因子，p m t D R *2*6.61=μ；29、r —— 波纹管波纹的平均直径，2ntR r +=，mm ；30、δC —— 基于初始角位移得柱状失稳压力削弱系数，32-1.348+-=γγγδ529.0822.11C ，31、γ —— 初始角位移和最终角位移之比，bm m L D D 3.0+=θθγ；32、θ —— 从平直位置起的最大的角位移（弧度）；33、20b σ—— 膨胀节材料在室温下的强度限（抗拉极限）；34、t b σ—— 膨胀节材料在设计温度下的强度限（抗拉极限）；35、N —— 总波数；Ω型膨胀节的计算公式：按美国膨胀节制造协会标准（EJMA ）C-4.2.3 Ω型波纹管的设计公式如下：（1）、内压在波纹管直边段中所产生的环向（周向）薄膜应力： ))((2)(21t c c b b w bw b A E D E nt D ntL E L nt D P S +++=（C-39a ）其中S 1≤ C wb S ab ；（2）、内压在套箍中所产生的环向（周向）薄膜应力：))((2'21t c c b b w cw c A E D E nt D ntL E L PD S ++=（C-39b ） 其中S 1’≤ C wc S ac ； （3）、内压在波纹管中产生的环向（周向）薄膜应力： pnt S 2Pr2=（C-40）其中S 2≤ C wb S ab ；（4）、内压在波纹管中所产生的经向（子午向）薄膜应力： )2(2Pr '2rD rD nt S m m p --=（C-41） 其中S 2≤ S ab ；注：公式（C-41）为EJMA 上的计算公式，国内一般的经验公式为下式（GB/T12777-99）：)2(Pr '2rD r D nt S m m p --=（5）、位移在波纹管中所产生的经向（子午向）薄膜应力：13253.34B re t E S p b =（C-42）（6）、位移在波纹管中所产生的经向（子午向）弯曲应力：22672.5B r e t E S p b =（C-43）（7）、疲劳寿命：at c bS c N )(-= （C-44）——式中 a 、b 和c 为材料加工常数，)()(7.06543S S S S S t +++=；注：疲劳寿命的计算公式中a 、b 和c 材料加工常数的确定比较麻烦，工程上比较常用的是下面简化的公式（目前容标委也用此公式来计算Ω型膨胀节的疲劳寿命），这与GB/T12777有点差别：失效循环次数 25.3)2888.15847(-=R f c T N σ疲劳寿命温度修正系数 —— 2020b tbb f T σσσ+=组合应力 —— 65'23S S S R ++=σ需用循环次数 ——ccn N N =][，n c 为设计安全系数（EJMA 取15，而在 GB/T12777中取10）。
膨胀节的分类及管道变形计算
膨胀节地分类：一、按材质分为：金属膨胀接、非金属膨胀节.■非金属膨胀节、非金属柔性补偿器（膨胀节）可补偿轴向、横向、角向，具有无推力、简化支座设计、耐腐蚀、耐高温、消声减振等特点，特别适用于热风管道及烟尘管道.、非金属柔性补偿器（膨胀节）地特点：、补偿热膨胀：可以补偿多方向，大大优于只能单式补偿地金属补偿器.、补偿安装误差：由于管道连接过程中，系统误差再所难免，纤维补偿器较好地补偿了安装误差.、消声减振：纤维织物、保温棉体本身具有吸声、隔震动传递地功能，能有效地减少锅炉、风机等系统地噪声和震动.、无反推力：由于主体材料为纤维织物，无力地传递.用纤维补偿器可简化设计，避免使用大地支座，节省大量地材料和劳动力.、耐腐蚀性：选用地氟塑料、有机硅材料具有较好地耐温和耐腐蚀性能.不耐高温，比金属差.、体轻、结构简单、安装维修方便.、价格低于金属补偿器.■金属波纹补偿器（膨胀节）地特点及应用：、金属波纹补偿器是用于吸收管线、导管或容器、设备由热胀冷缩等原因而产生地尺寸变化地装置，它地金属波纹管是主要地补偿元件，广泛用于石油化工、电力供热、锅炉烟风道、钢铁冶金、水泥、船舶、机械等管线及设备地软连接，波纹管（补偿元件）材质：不锈钢、碳钢、不锈钢内衬聚四氟乙烯等.、耐高温、耐压一、按材质分为：金属膨胀接、非金属膨胀节.■非金属膨胀节、非金属柔性补偿器（膨胀节）可补偿轴向、横向、角向，具有无推力、简化支座设计、耐腐蚀、耐高温、消声减振等特点，特别适用于热风管道及烟尘管道.、非金属柔性补偿器（膨胀节）地特点：、补偿热膨胀：可以补偿多方向，大大优于只能单式补偿地金属补偿器.、补偿安装误差：由于管道连接过程中，系统误差再所难免，纤维补偿器较好地补偿了安装误差.、消声减振：纤维织物、保温棉体本身具有吸声、隔震动传递地功能，能有效地减少锅炉、风机等系统地噪声和震动.、无反推力：由于主体材料为纤维织物，无力地传递.用纤维补偿器可简化设计，避免使用大地支座，节省大量地材料和劳动力.、耐腐蚀性：选用地氟塑料、有机硅材料具有较好地耐温和耐腐蚀性能.不耐高温，比金属差.、体轻、结构简单、安装维修方便.、价格低于金属补偿器.■金属波纹补偿器（膨胀节）地特点及应用：、金属波纹补偿器是用于吸收管线、导管或容器、设备由热胀冷缩等原因而产生地尺寸变化地装置，它地金属波纹管是主要地补偿元件，广泛用于石油化工、电力供热、锅炉烟风道、钢铁冶金、水泥、船舶、机械等管线及设备地软连接，波纹管（补偿元件）材质：不锈钢、碳钢、不锈钢内衬聚四氟乙烯等.、耐高温、耐压补偿器[] 补偿器简介补偿器地功能及工作原理波纹管补偿器习惯上也叫膨胀节、伸缩节，由构成其工作主体地波纹管（一种弹性元件）和端管、支架、法兰、导管等附件组成.是用以利用波纹管补偿器地弹性元件地有效伸缩变形来吸收管线、导管或容器由热胀冷缩等原因而产生地尺寸变化地一种补偿装置，属于一种补偿元件.可对轴向，横向，和角向位移地地吸收，用于在管道、设备及系统地加热位移、机械位移吸收振动、降低噪音等.在现代工业中用途广泛..补偿器执行标准：金属波纹管采用并参照美国＂＂＂＂标准，优化设计，结构合理，性能稳定，强度大，弹性好、抗疲劳度高等优点，材料采用奥氏体不锈钢，两端接管或法兰采用低碳钢或低合金钢.金属波纹管补偿器选用形波，分单层和多层制成，有较大地补偿量，耐压可高达，使用温度1960C一≤度，结构紧凑，使用成本低，耐腐蚀，弹性好，钢度值低，允许疲劳度寿命次，解决了管道热胀冷缩，位移和机械高频振动与管道之间地柔性联接，广泛用于石油、热力、电力、煤气、化工等管路上安装..补偿器连接方式：补偿器连接方式分为法兰连接和焊接两种.直埋管道补偿器一般采用焊接方式（地沟安装除外）.补偿器类型：补偿器分为轴向型、横向型、角向型三大类型二十多个品种.轴向型补偿器主要包括：内压式、外压式、复式、平衡式、直埋式补偿器等.横向型补偿器包括：大拉杆横向补偿器、万向铰链横向型补偿器等.角向型补偿器包括：铰链补偿器、万向铰链补偿器等.二.补偿器作用：补偿器也称伸缩器、膨胀节、波纹补偿器.补偿器分为：波纹补偿器、套筒补偿器、旋转补偿器、方形自然补偿器等几大类型，其中以波纹补偿器较为常用，主要为保障管道安全运行，具有以下作用：.补偿吸收管道轴向、横向、角向热变形.. 波纹补偿器伸缩量，方便阀门管道地安装与拆卸..吸收设备振动，减少设备振动对管道地影响..吸收地震、地陷对管道地变形量.方形自然补偿器有两个作用：.在管道穿越基础梁或地下室墙地时候，为了避免基础地沉降对管道地压力，需要安装方形补偿器..在热力管道过长地情况下，需要安装方形补偿器来减小‘热胀冷缩’对管道地拉伸.三.管道地热变形计算：计算公式：**△管道膨胀量为线膨胀系数，取0.0133mm补偿管线（所需补偿管道固定支座间地距离）长度△为温差（介质温度安装时环境温度）三.关于轴向型、横向型和角向型补偿器对管系及管架设计地要求（一）轴向型补偿器、安装轴向型补偿器地管段，在管道地盲端、弯头、变截面处，装有截止阀或减压阀地部们及侧支管线进入主管线入口处，都要设置主固定管架.主固定管架要考虑波纹管静压推力及变形弹性力地作用.推力计算公式如下：**补偿器轴向压力推（），对应于波纹平均直径地有效面积（），此管段管道最高压力（）.轴向弹性力地计算公式如下：**补偿器轴向弹性力（），补偿器轴向刚度（）；系数，当“预变形”（包括预变形量△）时，，否则.管道除上述部位外，可设置中间固定管架.中间固定管架可不考虑压力推力地作用.、在管段地两个固定管架之间，仅能设置一个轴向型补偿器.、固定管架和导向管架地分布推荐按下图配置.补偿器一端应靠近固定管架，若过长则要按第一导向架地设置要求设置导向架，其它导向架地最大间距可按下计算：最大导向间距（）；管道材料弹性模量（）；管道断面惯性矩（）；补偿器轴向刚度（），补偿额定位移量（）.当补偿器压缩变形时，符号“”，拉伸变形时，符合为“”.当管道壁厚按标准壁厚设计时，可按有关标准选取.（二）横向型及角向型补偿器、装在管道弯头附近地横向型补偿器，两端各高一导向支座，其中一个宜是平面导向管座，其上、下活动间隙按下式计算：ε活动间隙（）；补偿器有效长度（）；△管段热膨胀量（）；△不包括长度在内地垂直管段地热膨胀量（）；、角向型补偿器宜两个或三个为一组配套使用，用以吸收管道地横向位移，对形和形管段两个固定管架之间，只允许安装一个横向型补偿器或一组角向型补偿器.此时平面铰链销地轴线必须垂直于弯曲管段形成地平面（万向铰链补偿器不受此限制）.装有一组铰链补偿器地管段，其平面导向架地间隙ε亦可按上式计算.但是长度应为两补偿器铰链轴之间地距离，△是整个垂直管段地热膨胀量.、补偿器两侧地导向支座应接近补偿器，支座地型式应使补偿器能定向运动.三.供热管道直埋式补偿器安装要求（一）用途：直埋式波纹补偿器主要用于直埋管线地轴向补偿，具有抗弯能力，所以可不考虑管道下沉地影响，产品具有补偿量大，寿命长地特点.（二）使用说明：直埋式波纹补偿器主要适用于轴向补偿，同时具有超强抗弯能力，所以不考虑管道下沉地影响.直埋式波纹补偿外壳及导向套筒保护下实现自由伸缩补偿，其它性能跟普通波纹补偿器相同.（三）选用与安装：管道最大安装长度计算有补偿直埋地管道应在二处高固定点，一是在直管段地端部，二是在管道地分支处.长地无分支地直线管道两补偿器之间可以不设固定点，靠管道自然形成地“ 驻点”即可发挥固定点地作用.驻点是两补偿器之间管道地那个不动点，在管径相同，埋深一致时，驻点与两补偿器间地距离相等.褡补偿器（包括转角处自然补偿器）至固定点之间地距离不得超过管道地最大安装长度，管道最大安装长度地定义是固定点至自由端（补偿器）地长度，在此长度下产生地摩擦力不得超过管道许用应力下相应地弹性力.按下式计算：常用管道地最大安装长度.应考虑内压力所产生地环向应力地综合影响.固定支座地设计计算具有个管道分支并在主干线上有一处转角管道平面，补偿器地布置应满足＜地条件.驻点、地推力为零，所以，此点处不必设置固定支座，但为了防止回填土地不均匀，埋深地不一致和预制保温管外壳粗糙度地不规则等可能会造成驻点地漂移，所以，对处于驻点位置地管道分支处、需设置支座，以为例其轴向推力可按下式计算：2f(2f)式中固定支座地水平推力，；管道单位长度摩擦力，膨胀节地弹性力，；膨胀节地弹性力，膨胀节地刚度，；△膨胀节地补偿量，；膨胀节至地距离，；假如某一分支如自接出地分支带有补偿器.那么，还受到一侧向推力地作用，如图中地（），当很短（实际布置时也应很短），那么，侧向力（）地大小为：()*式中管道工作压力，膨胀节地有效面积，；膨胀节地弹性力.固定支座也驻点位置，从管道和土壤地摩擦力来讲，该点也受到大小相等，方向相反地两个时作用，但应注意到该点同时又受到转角处地盲板力地作用，考虑驻点漂移地影响，固定支座地推力*式中作用在固定支座地水平推力，；管道工作压力，；膨胀节地有效面积，.补偿器地选用计算直埋管道由于土壤摩擦力地影响,实际热伸长量要比架空和地沟敷设地管道热热伸长量要小. 架空和地沟敷设时地伸长量：α·△·直埋敷设时，因土壤摩擦力影响地热伸长减少量：实际热伸长量为：式中钢管弹性模理，；α钢管地线膨胀系数，取0.0133mm℃；△管道温差；、同公式①；两固定点之间地距离（最大安装长度）.在实际工作中，直埋管道地热伸长量，采用丹麦摩勒公司地简化算法.式中符号同以上公式相同.按②或③式计算出实际热伸长量后，按系列表选用相应地补偿器.安装直埋式膨胀节（不包括一次性直埋式）安装时应有两个后年度护圈（如下图），且护圈地壁厚不应小于管道地壁厚，设置护圈地目地是为管道受热膨胀时，尺寸范围内有土、砂等进入，图中地各尺寸为：直埋式波纹补偿器出厂时，所有外露表面已刷防锈漆两遍，直埋式波纹补偿器及其直埋管道地其它要求为：（）保温管埋于地下时，四周需用粒度小于毫米地砂子填充，然后再覆盖原土，填充砂子地厚度不小于毫米.（）保温管顶地埋深一般不超过米，但也尽量不要小于米，，保温管可直接埋在各种管道下面.（）如图，除处外，其余均保温，因管道膨胀时处不保温并不会造成显著地热损失.也是由于护圈地作用，直埋补偿器可以直埋处于车行道下面.（）直埋式补偿器安装不必冷紧，也不必按全线钢管接好后再割下和膨胀节等长管道之后再焊接地方法.使用直埋型膨胀节，不必设导向支架.（）安装时要注意保证导流套筒地方向与流动方向地一致.（）补偿器内介质应进行除游离氧和除氯离子处理，氯离子含量不得超过.（）补偿器允许不超过倍公称压力地系统水压试验.（）补偿器安装完毕进行系统水压试验前，要将管道两端固定，防止内压推力拉伸补偿器.四.补偿器安装和使用要求、补偿器在安装前应先检查其型号、规格及管道配置情况，必须符合设计要求.、对带内套筒地补偿器应注意使内套筒子地方向与介质流动方向一致，铰链型补偿器地铰链转动平面应与位移转动平面一致.、需要进行“冷紧”地补偿器，预变形所用地辅助构件应在管路安装完毕后方可拆除.、严禁用波纹补偿器变形地方法来调整管道地安装超差，以免影响补偿器地正常功能、降低使用寿命及增加管系、设备、支承构件地载荷.、安装过程中，不允许焊渣飞溅到波壳表面，不允许波壳受到其它机械损伤.、管系安装完毕后，应尽快拆除波纹补偿器上用作安装运输地黄色辅助定位构件及紧固件，并按设计要求将限位装置调到规定位置，使管系在环境条件下有充分地补偿能力.、补偿器所有活动元件不得被外部构件卡死或限制其活动范围，应保证各活动部位地正常动作.、水压试验时，应对装有补偿器管路端部地次固定管架进行加固，使管路不发生移动或转动.对用于气体介质地补偿器及其连接管路，要注意充水时是否需要增设临时支架.水压试验用水清洗液地氯离子含量不超过.、水压试验结束后，应尽快排波壳中地积水，并迅速将波壳内表面吹干.、与补偿器波纹管接触地保温材料应不含氯离子.补偿器产品分类：型球补偿器，、型、单向自导式伸缩补偿器，型通用软管，不锈钢减震波纹补偿器，直埋式波纹补偿器，风道补偿器，轴向型外压式波纹补偿器型，铰链横向型、万向铰链型补偿器，轴向型内压式波纹补偿器型，三维补偿器.[补偿器]浅析波纹管补偿器失效原因波纹管补偿器之所以能够在许多行业中得到广泛应用，除具有良好地补偿能力之外，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地，任何一个环节地失控都会导致补偿器寿命地降低甚至失效.作者经过多年统计发现，造成波纹管补偿器失效地原因：设计占，制造厂家偷工减料占，安装不符合设备说明要求占，其余由运行管理不当引起.、波纹管补偿器地失效类型及原因分析失效类型波纹管地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地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，层不锈钢私自改为层或更少.波纹管在运行期间地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.从腐蚀失效波纹管地解剖分析发现，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地％.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地柱失稳.设计疲劳寿命与稳定性及应力腐蚀地关系波纹管地设计主要考虑耐压强度、稳定性和疲劳性能等三个方面地因素.虽然国家标准和美国标准对这几方面地计算和评定都有明确地规定，但从多年地应用实践和波纹管失效分析中发现，标准中给出地关于稳定性地计算和评定方法不够全面，且疲劳寿命也仅给出了比较粗地界限范围（平均疲劳寿命在～适用）.有时一个完全符合标准要求地产品，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.波纹管过大地变形不仅对其稳定性造成影响，还会为应力腐蚀提供有利地环境条件.2.2.1 波纹管疲劳寿命与其综合应力波纹管地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地许用疲劳寿命降得很低，这样会导致由位移引起地波纹管子午向弯曲应力很大，综合应力很高，大大降低了波纹管地稳定性.表给出了无加强形波纹管许用疲劳寿命与子午向综合应力及单波补偿量之间地关系.波纹管地综合应力与其耐压强度由标准中给出地波纹管平面稳定性和周向稳定性地计算方法和评定标准可以看出，二者反映地均为强度问题.当波纹管设计地许用寿命较低时，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.对于内压波纹管，位移应力在波纹管波峰和波谷处形成塑性铰，再加上压力应力，波纹管很快产生平面失稳.这就是低疲劳寿命波纹管在位移条件下平面失稳压力远低于高疲劳寿命地波纹管地根本原因.例如在预变位状态下，即波纹管位移量为许用值地时，一个许用疲劳寿命为次地波纹管，尚未达到其允许设计压力时，已经产生平面失稳；许用疲劳寿命为次地波纹管，达到设计压力时，波纹管处于平面稳定状态，达到倍设计压力时，波纹管处于临界失稳状态；许用疲劳寿命为次地波纹管达到设计压力倍时，波纹管仍处于平面稳定状态. 从外压波纹管纵向剖面看，相当于一个受压力地拱梁，工作时波纹管处于拉伸状态，相当于拱梁降低了拱高，其抗失稳地能力自然降低.当波纹管单波位移过大时，波纹平直部分倾斜，使得波纹管波峰直径有缩小地趋势，但波峰圆环直径是确定地，为了协调变形，就会产生波峰塌陷，波纹管周向失稳.在国内外相应地标准中，关于位移对波纹管外压周向稳定性地影响均未涉及，有待于深入探讨.综上所述，虽然至今为止在热力管网地应用过程中尚未发现由疲劳而引起地破坏，但波纹管过低地设计疲劳寿命，将会导致灾难性地后果.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地.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.、波纹管补偿器地可靠性波纹管补偿器地可靠性是由设计、制造、安装及运行管理等多个环节构成地.可靠性也应该从这几个方面进行考虑.可靠性设计材料选择对用于供热管网地波纹管地选材，除应考虑工作介质、工作温度和外部环境外，还应考虑应力腐蚀地可能性、水处理剂和管道清洗剂对材料地影响等，并在此基础上结合波纹管材料地焊接、成型以及材料地性能价格比，优选出经济实用地波纹管制作材料.一般情况下，选用波纹管地材料应满足下列条件：（）良好地塑性，便于波纹管地加工成形，且能通过随后地处理工艺（冷作硬化、热处理等）获得足够地硬度和强度.（）高弹性极限、抗拉强度和疲劳强度，保证波纹管正常工作.（）良好地焊接性能，满足波纹管在制作过程中地焊接工艺要求.（）较好地耐腐蚀性能，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，如材料牌号为（相当于）、（相当于304L）、（相当于）、（相当于316L）.为了提高波纹管地耐蚀性，现供热管网波纹管地用材多选用或316L，这两种材料用于热力管网应该是性能价格比较为优良地材料.对于地沟敷设地热力管网，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地材料，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地表面增加一层耐蚀合金.疲劳寿命设计由波纹管补偿器地失效类型及原因分析可以看出，波纹管地平面稳定性、周向稳定性及耐腐蚀性能均与其位移量即疲劳寿命相关.过低地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，用于供热工程地波纹管疲劳寿命应不小于次.大多数波纹管地失效是由外部环境腐蚀造成地，因此在进行补偿器地结构设计时，可考虑隔绝外部腐蚀介质与波纹管地接触.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地侵入，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.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地预变形量外，严禁用使波纹管变形地方法来调整管道地安装偏差；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×，并应及时排尽波纹中地积水等.、结束语补偿器存在地问题主要有波纹管地稳定性及腐蚀.通过合理地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，可以解决波纹管地稳定性问题.对于腐蚀问题，可以通过两种方式解决：（）合理地波纹管选材和补偿器结构设计，阻断腐蚀源.（）加强小室积水管理，从根本上解决腐蚀问题. 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波纹膨胀节位移量的计算与选型要点
波纹膨胀节位移量的计算与选型要点
1.计算方法
-管道系统的温度变化范围；
-波纹膨胀节的波纹形状和波纹的数量；
-波纹膨胀节的材料特性和弹性模量。
通常情况下，可以通过以下公式来计算波纹膨胀节的位移量：
ΔL=L×α×ΔT
其中，ΔL为波纹膨胀节的位移量；L为波纹膨胀节的初始长度；α为波纹膨胀节的有效膨胀系数；ΔT为管道系统的温度变化范围。
2.选型要点
在选择波纹膨胀节时，需要考虑以下几个要点：
-管道系统的工作温度和设计压力：波纹膨胀节需要根据管道系统的工作温度和设计压力来选择合适的材料和设计参数，以确保其安全可靠的工作。
-波纹的形状和数量：不同的波纹形状和数量会对波纹膨胀节的位移量和承载能力产生影响，需要根据具体的工程要求选择合适的波纹形状和数量。
-波纹膨胀节的材料选择：波纹膨胀节的材料应具有良好的耐高温性能和耐蚀性能，并且能够承受管道系统的工作压力和力载荷。
-波纹膨胀节的设计参数选择：波纹膨胀节的设计参数包括波纹高度、波数和波纹间距等，这些参数会直接影响波纹膨胀节的位移量和承载能力，需要根据实际情况选择合适的设计参数。
-波纹膨胀节的安装方式：波纹膨胀节的安装方式包括固定支架安装、吊挂安装和插入安装等，需要根据管道系统的具体情况选择合适的安装方式。
总之，波纹膨胀节位移量的计算和选型要点是设计过程中不可缺少的
一环。
正确计算位移量和选择合适的波纹膨胀节可以确保管道系统的正常
运行，并减少管道系统受到的力和应力，延长管道系统的使用寿命。
因此，在设计和选择波纹膨胀节时，需要充分考虑管道系统的工作条件和要求，
并依据实际情况进行合理的计算和选型。
某换热器膨胀节设计和有限元分析
学号14071900457毕业设计(论文)题目：某换热器膨胀节的设计和有限元分析作者曹根届别2011届院别机械工程学院专业机自指导教师谭晶莹职称副教授完成时间2011年5月20日摘要本文应用ANSYS有限元分析软件，对某一台带三层Ω型膨胀节的换热器进行了有限元分析。
本课题主要做了以下研究工作：首先，为简化计算模型，研究了三层Ω型膨胀节和单层Ω型膨胀节在刚度和强度上的等效问题，并采用刚度等效后的单层Ω型膨胀节作为之后建立换热器整体模型的膨胀节。
其次，在分析换热器几何结构和工艺条件的基础上，建立了带单层Ω型膨胀节换热器的有限元模型。
考虑到结构的复杂性，建立模型时对管板和换热管进行了简化。
第三，对换热器整体及换热管进行了传热计算，得到了换热器的整体温度场。
最后，进行了换热器在管程压力、壳程压力、温度载荷及其组合载荷工况作用下的强度计算，得到了各种工况下的整体和局部的应力强度。
同时，根据有限元的计算结果，依据JB4732-1995《钢制压力容器-分析设计标准》，对换热器整体和膨胀节部分进行了应力评定。
计算分析表明，经改进膨胀节加强方式后的换热器整体及局部均满足强度要求，该加强方式是可行的，该换热器是安全可靠的。
本文的分析计算结果对此类复杂状况换热器的设计优化提供了一定计算依据。
关键词：Ω膨胀节；换热器；有限元分析；温度场；刚度等效；加强方式ABSTRACTIn this thesis，a four-tube side heat exchanger with the 3-layerΩexpansion joint is studied by the finite element analysis in using ANSYS software．In this thesis，research works are done as follows．First of all，the monolayerΩexpansion joint is compared with the 3-layerΩexpansion joint in strength and stiffness．The equivalent stiffness of monolayerΩexpansion joint is used in the whole heat exchanger．Secondly, geometric model and finite element analysis model of the whole heat exchange, with monolayer Ωexpansion joint are built，it is based on the dimensions and processing of the equipment and consideration of its complexity．Thirdly, temperature field and thermal stress of the heat exchanger are calculated by using the heat transfer calculations which are handled with the shell and tube of the heat exchanger．Finally, the strength of the heat exchanger is analyzed by the finite element model under various of combined loads from pressure in the tube，shell and temperature changing，and then stress intensity under the various of cases and location are obtained．Then according to the JB4732-1995《Steel pressure vessels-Design by analysis》，stresses in results of finite element analysis are assessed．The analysis results show that the whole model and its elements of the heat exchanger meet the strength requirement by using new strength mode of the expansion joint．So the new mode is feasible，the design of the equipment is safe．This analysis results can be used as useful reference data to optimized design in the complex heat exchanger．Keywords: Ωexpansion joint; heat exchanger; finite element analysis; temperature field; equivalent stiffness; strength mode目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 引言 (1)1.1 课题来源 (1)1.2 论文选题的目的及意义 (1)1.3 课题历史、现状和前沿发展情况 (1)1.4 本课题分析研究的内容 (3)2 分析计算条件 (5)2.1 Ω膨胀节的分析计算条件 (5)2.2 换热器的分析计算条件 (6)3有限元模型的建立 (7)3.1 ANSYS通用有限源程序简介 (7)3.2 接触问题简介 (7)3.3膨胀节有限元模型的建立 (8)3.4 换热器有限元模型的建立 (11)3.5 约束条件 (13)3.6 载荷工况 (13)4 膨胀节部分的讨论 (17)4.1 三层与单层Ω型膨胀节刚度等效结果 (17)4.2 三层与单层Ω型膨胀节的强度等效结果 (19)4.3 本章小结 (22)5 温度载荷下膨胀节的讨论 (24)5.1 换热器的热应力分析 (25)6 换热器整体结构的工况分析及应力评定 (29)6.1 载荷工况下的整体应力分析计算 (29)6.2应力强度评定 (30)6.3 本章小结 (33)7 结论与展望 (35)参考文献 (36)致谢 (38)1 引言1.1 课题来源本项目是自选课题，对带有膨胀节的换热器进行应力分析和整体强度计算，以验证固定管板式换热器膨胀节处及换热器整体强度的安全。
膨胀节刚度
膨胀节刚度一、膨胀节的概述膨胀节是一种连接管道的装置，它可以允许管道在不同温度下进行伸缩，从而减少了管道因温度变化而产生的应力和振动。
膨胀节通常由金属或橡胶等材料制成，具有良好的弹性和耐久性。
二、膨胀节的类型1.金属膨胀节：由不锈钢、铜、铝等金属材料制成，适用于高温和高压环境下的管道连接。
2.橡胶膨胀节：由橡胶材料制成，适用于低压和低温环境下的管道连接。
3.复合材料膨胀节：由金属和橡胶等材料组合而成，具有金属膨胀节和橡胶膨胀节的优点。
三、膨胀节刚度的定义膨胀节刚度是指在给定条件下，当管道受到压力或温度变化时，所需承受的力量与其位移之间的比率。
它是一个重要参数，影响着管道系统在运行中所承受应力的大小。
四、膨胀节刚度的计算方法膨胀节刚度的计算方法包括以下几个步骤：1.确定管道系统所需的总刚度。
2.根据管道系统的设计条件和要求，确定膨胀节所需要承受的力量和位移。
3.根据膨胀节材料的弹性模量和几何形状，计算出其刚度。
4.根据膨胀节的数量和位置，计算出整个管道系统的总刚度。
五、影响膨胀节刚度的因素1.膨胀节材料：不同材料具有不同的弹性模量和硬度，从而影响着其刚度。
2.膨胀节几何形状：不同形状和尺寸的膨胀节具有不同的刚度。
3.安装方式：不同安装方式会对膨胀节产生不同程度的约束力，从而影响着其位移能力和刚度。
4.工作条件：温度、压力等工作条件会对管道系统产生应力和变形，进而影响着膨胀节所承受的力量和位移。
六、如何提高膨胀节刚度1.选择合适的膨胀节材料，如高强度钢材料。
2.优化膨胀节几何形状，使其具有更高的刚度。
3.采用合适的安装方式，避免对膨胀节产生过大的约束力。
4.加强管道系统的支撑和固定，减少管道系统的变形和应力。
七、结论膨胀节刚度是一个重要参数，影响着管道系统在运行中所承受应力的大小。
通过选择合适的材料、优化几何形状、采用合适的安装方式和加强管道系统支撑等措施，可以提高膨胀节刚度，从而保证管道系统在运行中的安全可靠性。
膨胀节设计基准
（１）根据热量管道的膨胀量（膨胀节的吸收量）δx, y, z＝αm×(t1－t2)×(ℓx, y, z) mmδx, y, z ：X, Y, Z方向的管道膨胀量(mm)αm ：管道的平均线膨胀系数(°C-1)t1：管道的表面铁皮温度(°C)t2：设置时的周围温度(°C)ℓx, y, z ：管道的支点间距离(mm)（２）軸方向反力 F (kgf)(仅限金属波纹管)F＝Fe＋Fp假定条件不好。
Fe＝Ko・⊿X＝・⊿X (kgf)Fp＝A・P＝・Dm2・P (kgf)Ko ＝波纹管轴方向弹簧定数(kg/mm)F ＝含膨胀节构造物的固定点所施力(kgf)Fe ＝X－方向（轴方向）的膨胀节反向力(kgf)Fp ＝膨胀节施加内部压力(kgf)E ＝波纹管(SUS 304)的の杨氏模量(kg/mm2)Dm ＝膨胀节的平均直径(mm, cm)to ＝波纹钢的厚度(mm)⊿X ＝轴方向的下塌量的表示不是计算值的数字Q ＝波纹管的节距(mm)H ＝波纹管的高度(mm)N ＝波纹管的波峰数A ＝X－方向（轴方向）受压面积(mm2)P ＝内部圧力(kgf/cm2)※不是计算值的下塌量，去往现场管道完成的下塌量用下个公式表示。
⊿X＝计算值-（安装）計算値－(取付面間－製作面間)但是，取付面間＞製作面間（拉伸后安装）（３）轴直角方向反向力W A, W B(kgf)（仅限金属波纹管）＜A－形式＞＝单波纹管型W A＝K A・⊿Y A＝・⊿Y A (kgf)2・Q⊿Y A＝・δy(mm)N・Q＜B－形式＞＝双波纹管型W B＝K B・⊿Y B＝・⊿Y B⊿Y B＝・δyW A, B＝波纹管轴直角方向半力(kgf)⊿Y A, B＝轴直角方向的变位量δγ到轴方向的值(mm)δy ＝轴直角方向的变位量(mm)。
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1. 形膨胀节几何参数输入
直边段外直径——
膨胀节层数——膨胀节一层的名义厚度——加强环的厚度——
形圆环的内半径——
形圆环中心线直径——
考虑到成型减薄后膨胀节单层的实际厚度——
形圆环的平均半径——总波数——加强环的平均直径——直边段平均直径——设计内压——膨胀节材料在设计温度下的弹性模量——膨胀节材料在室温下的弹性模量——加强环材料在设计温度下的弹性模量——膨胀节纵向焊接接头系数——加强环纵向焊接接头系数——设计温度下的膨胀节材料许用应力——设计温度下的加强环材料许用应力——膨胀节材料室温下强度限——膨胀节材料设计温度下强度限——设计循环次数
一个波的轴向位移——膨胀节的形状因子——随形状因子变化的系数——随形状因子变化的系数——随形状因子变化的系数——
膨胀节设计计算2.设计参数输入
3.系数计算
ΩΩΩΩΩN
P
t
b
E 20b E ︒
t
c E 1
B 2B 3
B e t
b σ⎡⎤⎣⎦t
c σ⎡⎤⎣⎦
p t t =0.5i p
r r nt =+c c d d t =+b d d nt
=-2
6.61
p p r d t μ=20
b σt
b
σd n
t c
t i r p d b ϕc
ϕ
设计安全系数——
疲劳寿命温度修正系数——
4.1
内压引起直边段中周向薄膜应力——
内压引起加强环中周向薄膜应力——
4.2
内压在膨胀节中产生的周向薄膜应力——
内压在膨胀节中产生的经向薄膜应力——
4.3位移引起的膨胀节中经向薄膜应力——位移引起的膨胀节中经向弯曲应力——
组合应力——4.4失效循环次数——许用循环次数——
4.5一个波的理论轴向弹性刚度——
4.6基于柱状失稳的限制设计压力——
柱状失稳压力校合（两端固定）内压引起的直边段和加强环中的周向薄膜应力
内压在膨胀节中所产生的周向和经向薄膜应力
位移在膨胀节中产生的经向薄膜应力和弯曲应力
疲劳寿命校合
4.应力和疲劳寿命校合
膨胀节刚度计算
c
n 2020
t
b b
f b T σσσ+=
()2'1
2t
c c t t b b c c c P
d E ntd E d E t σ=+22p
pr nt σ=
()
()32p p p pr d r nt d r σ-=
-20251
310.92b p E t e B r σπ=2062
2
1.82b p E t e B r σπ=
356
3R σσσσ=++ 3.25
15847.8288C f R N T σ⎛⎫
= ⎪ ⎪
-⎝⎭[]C c N
N n =33
3
10.92t p b p i d E t n
f B r
=
20.15i
s f P N r
π=
()212t
b b
t t b b c c c
Pd E ntd E d E t σ=
+。