膨胀节的类型和构造

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。

（2）万向横向型：它可以对不在一个平面内的空间管道进行各方向的补偿变形。

（3）大拉杆横向型：它属于万向横向型，除了可以承受较大的横向变形，还能吸收中间长接管的热变形。如果不需要用拉杆平衡内压的推力，它还可以补偿来自管线的轴向变形，即所谓“万能膨胀节”。由干弯曲和轴向变形同时发生且轴向变形由两个波纹管均担，则要求

它们的变形量要在膨胀节结构上给以限位，以便均匀分配各波纹管的变形量，使其各自的变形量都小超过额定值。

（4）小拉杆横向型：在需要由拉杆平衡内压推力时，它可以进行横向和自身热变形补偿。如不需拉杆平衡内压推力，它可以承受轴向补偿，这也是万能膨胀节的一种。横向膨胀节具有下列优点：

1）能进行大位移补偿。

2）内压引起的轴向力由自身的拉杆及铰链平衡，使它的支架成为次固定支架，降低支架的造价。

3）拉杆横向式还具有吸收轴向变形的能力，在变形较复杂的管线上可以发挥它的作用。4）它更大的优点是由子在结构上受拉杆及铰链的保护，对管道的安装误差甚至事故不像轴向膨胀节那样敏感，有时即使有管道事故也不致损坏膨胀节。在管系设计中如果可能尽量用横向型膨胀节。

3．角向型波纹膨胀节

（1）单向角向型：它只能弯曲变形，形成角位移。内压推力由铰链承受。

（2）万向角向型：万向角向型波纹膨胀节特点是采用万向铰链，可以在过轴线的任何平面内弯曲。角向型一般由两个或三个组合使用补偿线位移。

4．力平衡型波纹膨胀节

波纹膨胀节内压推力比较大，易对相连的设备产生不良影响。力平衡型膨胀节通过自身结构使内压引起的推力保持平衡．而不作用或很少作用于相连的设备，且能保持本身的轴向补偿功能。

（1）直管力平衡型：它由两个工作波纹管，一个平衡波纹管及端板、平衡拉杆组成。其中的关键是平衡波纹管的有效面积必须是工作波纹管有效面积的两倍，这样工作波纹管内压引起的向外侧的轴向推力通过平衡拉杆被平衡波纹管因内压引起的相反方向的推力所抵消，而无轴向推力输出，管道或设备不再受力在正常的补偿过程中，它自身的力平衡关系不变。

（2）弯管力平衡型：这是用于管道转弯处进行轴向、横向或两者组合补偿。由工作波纹管和平衡波纹管及平衡拉杆、弯头组成。平衡波纹管的有效面积必须与工作波纹管的有效面积相等，则内压引起的轴向推力正好方向相反，大小相等。通过拉杆相抵消。横向位移校大时可用两个工作波纹管，如横向位移和轴向位移都比较小，可用一个工作波纹管。

（3）其它力平衡型：由于发展的需要，开发了适合于在不同情况下使用的各种力平衡式波纹膨胀节。一般都是根据内压自身平衡的原理按特殊要求设计的。常见类型如：

1）套叠直管压力平衡型膨胀节

2）外压浮筒式膨胀节

3）内联式直管压力平衡式膨胀节

4）内压并联型膨胀节

5）旁管力平衡式膨胀节

力平衡型膨胀节主要用于设备之间或不适于设置固定支座的场合。而不适合用在需要很多膨胀节的长管线上。因它的造价很高，是相同使用参数的普通轴向膨胀节的四倍以上。

力平衡型和普通轴向型膨胀节不能在同一管线上串联使用，否则平衡型和普通轴向型之间的支架将变成主固定支架，力平衡变得无意义。强调这点是因为曾经出现过对力平衡型膨胀节的错误理解和使用。

5．特殊结构的波纹膨胀节

（1）带隔热层：在导流筒和波纹管之间加绝热材料层。在绝热材料和波纹之间的气体是死区，与在导流简内流动的高温介质几乎隔绝。高温介质的热量只能通过绝热层传给波纹管，热传导缓慢。波纹管外面是大气温度，大气被加热自然形成对流，起散热作用，也可用人工强化对流。通过设计不同厚度的绝热层，可以控制波纹管的温度，使其不超过波纹管材料的允许使用温度。根据介质温度的高低选用不同类型的绝热材料。绝热材料起隔热作用，也可用由外部通入高于管道的介质压力的蒸汽或空气代替，导流筒端部与端管之间配合间隙相对要小些。由于连续通人气体，在导流筒端部与端管之间的间隙不断喷出气体到管道内，使高温介质不能进入导流筒和波纹之间，波纹管的实际温度不会高于汽或气的温度。

（2）带加强环：在U型波纹的波谷加刚性圆截面的圆环，能提高抗柱失稳和平面失稳的能力，从而提高耐压能力。工作压力在2.5MPa以上时应用加强环比较合适，加强环截面可以是实心圆．也可以是空心圆环。如果采用加稳定环措施，其抗失稳能力更强。

（3）焊接结构：波纹管由焊接而成。特点是刚度小、补偿量大、轴向尺寸小。缺点是耐压强度低。为提高耐压也可以焊成多层。此外，其上艺技术要求高，成本高，它只适合在特殊场合使用。

（4）矩形：它用于低压、通风矩形管道。它的工作跟圆形波纹膨胀节相同，有轴向、角向、横向及它们的组合。波形一般为U 型和V 型。它的拐角结构型式常见的有三种，其中以圆弧转角受力状态较好。

膨胀节的计算与设计

一、膨胀节的分类和特点

波纹膨胀节的主要元件是波纹管，利用波纹管易于伸缩变形而起补偿作用。按波纹管横截面可分为U形、Ω形、S形、V形等波纹膨胀节。U形波纹管工艺性好，便于加工，耐压能力和补偿能力较好，无增强U 型波纹管一般适用于压力2.5MPa以下场合。目前，波纹膨胀节绝大多数采用U形波纹管。Ω形波纹管工艺性一般，采用加强环在波谷处加强，适用于压力和温度较高的场合，但补偿能力较差。S形波纹管工艺性较差，制造比较复杂，但不易产生应力集中，波纹管受力状态较好。在既要耐压高，又要求较大位移时，可采用S形波纹管。V形波纹管补偿能力强，可用以吸收超大伸缩，但边角应力较集中，耐压能力差。

波纹膨胀节按波纹管层数可分为单层多层波纹膨胀节。单层波纹管由一层管壁组成，容易制造，但补偿能力一般。多层波纹管由多层管壁组成，如同多个薄片弹簧，因而刚度小。与单层波纹管相比，在总的管壁厚度和波形相同条件下，多层波纹管容易变形，补偿能力大。