波形膨胀节简介及选取方法

波形膨胀节简介及选取方法

（一）简介

波形膨胀节（又称波形补偿器），是由一个或几个波纹管及结构件组成，用来吸收由于热胀冷缩等原因引起的管道和（或）设备尺寸变化的装置。是现代受热管网和设备进行热补偿的关键部件之一，除了位移补偿的作用外，还同时兼有减振降噪和密封的功能。膨胀节之所以受到工程人员的特别关注，主要是它应用日趋广泛，航空航天、石化、化工、水利、电力、冶金和原子能等部门都用到它，就是机车、船舶等交通部门乃至高层建筑、民用大楼也少不了它；同时，膨胀节又是一个比较特殊的受力结构，在使用中要求它既要有较高的承压能力，又要有良好的柔性，这本身就是一对矛盾，此外，它还应具备一定的稳定性和疲劳寿命。因此，膨胀节的设计、选材、制造、试验等不能等同一般的压力容器和管件等刚性结构，而有其本身的独特性和复杂性，它的设计必须遵循一定的规范和标准。

1885年，德法成功研制“互连扣压连接式波纹管”或称“缠绕式波纹管”；

1955年，美国的一批在使用、设计和制造膨胀节方面有经验的公司发起成立“膨胀节制造商协会”（EJMA），并于1958年编制《EJMA》标准，之后不断完善，帮助用户正确选择和使用膨胀节，使管道和容器设备安全可靠。形成多数国家编制行业标准的基础。

中国的运载火箭技术研究院从1958年开始研究制造金属波纹管膨胀节和波纹金属软管，成功地应用于各型运载火箭上和地面发射设备中。在《美国EJMA》标准的基础上，我国根据国情和行业情况，结合国内的科研、设计和生产实践以及用户的使用经验，编制了《金属波纹管膨胀节通用技术条件》（GB/T12777标准）。

（二）补偿器的选用

以波纹管为核心挠性元件的膨胀节，在管系上可作轴向、横向和角向3个方向的补偿.但由于受到导流板等附件的限制,往往膨胀节只能做轴向位移和小量的横向和角向位移。在选用时要注意各个方向的位移量,以便正确地选用膨胀节.选择膨胀节类型，

选择公称压力等级是充分发挥膨胀节作用的关键,过于保守的选择将使膨胀节造价增加,补偿性能降低,使用寿命缩短；反之，则不安全。公称压力的选择应根据管路实际最大操作压力和最高操作温度来选择。

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3~4倍,当为70%以下时,可达到4~5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。

固定支座及滑动支座的设置

支座是管路中的重要构件，支座的作用是支承管道并限制管道的变形和位移；它承受管道传来的各种应力，并将这些应力传至支承结构或地面上去。在管路中设置固定支座及滑动支座位置，样式相当重要。滑动支座的型式一定要保证膨胀节能定向运动；固定支座的型式一定要保证能承受管路中的应力。在管段的2个固定支座之间，只能设置1个轴向膨胀节.固定支座和滑动支座的分布图1所示配置。

膨胀节一端应靠近固定支座，若过长，则按第1滑动支座的设置要求设置滑动支座，另1端按第1滑动支座、第2滑动支座的设置要求设置。其他导向滑动支座的最大间距可按下式计算：Lmax=0.001572,其中Lmax为2滑动支座间最大导向间距，m；E为管材的弹性模量,MPa；I为管导截面惯性距，N/mm；Kx为膨胀节的轴向刚度，N/mm；L0为膨胀节额定轴向补偿量，mm。膨胀节压缩变形时L取正值，拉伸变形时L取负值。

注：管道系统中受力组成及力学理论分析

管道系统中安装轴向膨胀节的管段，在管道盲端、弯头、弯截面处装有截止阀或减压阀的部位及侧支管线分路处，都要设置固定支架。固定支架的间距必须满足管段

的热伸长量不超过补偿器所允许的补偿量及管段因热胀冷缩产生的推力不得超过固定支架所承受的允许推力。

固定支架要考虑波纹管静压推力、变形弹性力等的作用。直管段除设在上述部位外，还可设置中间固定支架。中间固定支架可不考虑静压推力的作用。

管道作用于固定支架的应力应考虑最不利运行状态下的工况。固定支架所承受的力。

1、管内水压力产生的推力Fp

管内水压力的作用，会在垂直于管道内壁面上产生压力。在水系统中，理论上管内的水压力会随位置的不同及流量的变化而变化。水在异径处的压力为Fp=P(A1-A2)；在管段一端封住或转弯处,Fp=PA1。在一个运行的水系统中，由于管内水压力会随位置不同及流量的变化而变化，一般考虑泵不运转时的静压力工况只考虑泵运转，系统满负荷运行时动压力工况。在设计过程中，一般取管段最高工作压力,Fp=100*P*Ap*Fp 为膨胀节的轴向压力推力，N；P为管段管道最高工作压力，MPa；Ap为膨胀节平均直径的有效面积，cm2。水在管内流动还会产生其他的力，如流动的水与管壁间的摩擦力，流过弯头时产生的离心力等，由于计算较繁琐，且对固定支架受力的影响较小，一般可忽略。

2、膨胀节的弹性力Fx

膨胀节在使用过程中,会被压缩或拉伸，考虑固定支架受力最大情况，膨胀节产生的弹性力和管内水压力产生的推力要一致，以保证固定支架的强度。Fx=f*Kx*△L*Fx 为膨胀节的轴向弹性力，N；Kx为膨胀节的轴向刚度，N/mm；△L为膨胀节实际应用的轴向补偿量,mm；，。L为膨胀节的管段间距，m；f为系数，一般考虑其他力的作用，取为1.0~1.05。

3、其他作用力Fq

其他作用力包括：承受管系的质量，承受输送介质的质量，由导向支架、支架和其他管道外部的金属构件所引起的摩擦力，由管道挠曲产生的力和力矩，由管道变径、节流、弯曲、分流而产生的流动阻力。以上部分构成了膨胀节的其他作用力，此部分应力因管系状态的不同，可以根据影响的大小计算或忽略。