膨胀节设计
钢结构膨胀节设计
钢结构膨胀节设计膨胀节是一种重要的钢结构连接元件，用于吸收由于温度变化或结构变形而引起的热应力和结构运动。
本文旨在探讨钢结构膨胀节的设计原理、材料选用、安装与维护等方面的内容。
一、设计原理膨胀节的设计原理是基于材料的膨胀和收缩特性以及结构变形原理。
当钢结构受热或受力而发生膨胀时，膨胀节能够通过自由伸缩的特性吸收结构的变形。
其工作原理主要包括以下几个方面：1. 膨胀节的膨胀能力：通过合理选择膨胀节的材料和尺寸，确保其能够在允许的温度范围内承受结构的膨胀量，从而避免结构因温度变化而引起的应力集中和破坏。
2. 膨胀节的伸缩性：膨胀节需要具有足够的伸缩性，以适应结构的变形。
通常采用波纹形式的设计，通过材料的弯曲和伸缩来实现结构的运动吸收。
3. 膨胀节的连续性：膨胀节需要与结构的其他部分有良好的连接，确保在结构变形时能够正常工作，并防止其它连接部位的破坏。
二、材料选用钢结构膨胀节通常采用不锈钢或碳钢材料进行制造，具有良好的耐腐蚀性和强度。
材料的选择应根据实际工程环境和使用要求来确定。
1. 不锈钢材料：适用于潮湿、腐蚀环境和高温条件下的工程，如化工厂、石油、天然气等工业领域。
2. 碳钢材料：适用于大部分一般工程领域，如建筑、桥梁、隧道等。
碳钢材料具有较高的刚性和强度。
三、安装与维护钢结构膨胀节的安装和维护对于其性能和使用寿命具有重要的影响。
以下是安装与维护的几个关键点：1. 安装位置选择：根据结构的设计要求和膨胀节的功能，合理选择安装位置。
通常位于结构的连接节点或受力关键部位。
2. 安装预留尺寸：根据膨胀节的伸缩量和结构的变形情况，确定安装时的预留尺寸。
保证膨胀节在工作过程中有足够的伸缩空间。
3. 定期检查和维护：膨胀节需要定期进行检查和维护，确保其性能和功能正常。
包括检查材料的腐蚀情况、波纹的变形以及连接件的紧固情况等。
4. 注意安全使用：在使用过程中，注意对膨胀节进行安全监测，防止因长期使用或其他原因导致的性能下降或失效，确保结构的安全运行。
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。
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）。
膨胀节设计计算
膨胀节设计计算膨胀节是一种常见的机械密封元件，广泛应用于石油、化工、航空航天等领域。
它通过利用金属材料的热膨胀性能，在温度变化时实现密封的功能。
膨胀节的设计和计算是确保其正常工作的关键，本文将对膨胀节的设计计算进行探讨。
膨胀节的设计需要考虑工作温度范围、介质性质、压力等因素。
根据不同的工况要求，选择合适的材料和结构形式是设计的首要任务。
常见的膨胀节材料有不锈钢、铜、铝等，根据工作温度和介质的腐蚀性选择合适的材料。
膨胀节的设计计算需要考虑其受力情况。
膨胀节在工作过程中会受到拉伸、压缩、剪切等力的作用，因此需要进行力学计算。
根据膨胀节的结构形式和工作条件，可以采用弹性力学的基本理论进行计算。
通过对膨胀节的应力、应变、变形等参数进行分析，确定其受力状态和工作性能。
膨胀节的设计计算还需要考虑其波纹形状和尺寸。
波纹形状的选择直接影响到膨胀节的柔性和承载能力。
常见的波纹形状有U型、V 型、波纹管等，根据具体的工作条件选择合适的形状。
波纹尺寸的确定需要考虑到膨胀节的受力情况和变形要求，通过计算和仿真分析，确定合适的尺寸参数。
膨胀节的设计计算还需要考虑其连接方式和安装要求。
膨胀节通常与管道或设备连接，确保密封和传递介质的要求。
连接方式可以是法兰连接、螺纹连接等，根据实际情况选择合适的连接方式。
安装要求包括膨胀节的安装位置、固定方式等，确保膨胀节能够正常工作。
膨胀节的设计计算需要进行验证和优化。
通过实验和仿真分析，对设计方案进行验证，确保其满足设计要求。
如果存在问题，需要进行相应的优化调整，提高膨胀节的性能和可靠性。
膨胀节的设计计算是确保其正常工作的关键。
通过合理选择材料和结构形式，考虑受力情况和波纹形状尺寸，确定连接方式和安装要求，进行验证和优化，可以设计出性能优良的膨胀节。
在实际应用中，还需根据具体工况进行细致的设计和计算，确保膨胀节能够安全、可靠地工作。
膨胀节的设计要点
２ １ 年 ８月 ０１
化
工
设
备
与
管
道
Ｖｏ． ８ Ｎｏ ４ １４ ． Ａｕｇ ２ １ ． ０１
Ｐ Ｏ Ｅ ＳＥ Ｕ Ｐ Ｅ Ｔ ＆ ＰＰＮ Ｒ Ｃ Ｓ Ｑ ＩＭ Ｎ ＩＩ Ｇ
膨 胀 节 的 设计 要点
李 小梅 冯延 忠
１０ ２ ） ０ ０ ９ （ 中国寰球 工程 公司 ， 北京 摘
要 ：主要论述 了固定 管板 式换热 嚣中设 置膨胀节的 因素 、 膨胀 节的设计计 算以及如何避 免设 置膨胀节。
关键词 ：固定管板式换热 器； 膨胀节 ； 设计 中图分类号 ：Ｑ０ ０ ２ Ｔ ２ Ｔ ５ ． ；Ｈ １２ 文 献标 识码 ： Ａ 文章编号 ：１０ —２ １２ １ ）４００ －２ ０９３ ８ （ ０ １ ０ －０ ６０
Ｈｊｈｉｈ ｎ Ｄｅｉｎ ｏ ｐ ｎ ｉｎ Ｊ ｉｔ ｇ ｌ ｔｉ ｓｇ ｆＥｘ ａ ｓｏ ｏｎ ｇ
ＬＩ Ｘｉ ｏ－ ａ ， ＦＥＮＧ ｎ－ｈｏ ａ ｍ ｉ Ｙａ ｚ ｎｇ
（ ｈｎ ｕｎ ｉ Ｃ ｎｒｃｎ ｎｉｅｒ ｇ Ｃ ． Ｃ ｉ Ｈ ａｑｕ ｏｔ ｔ ｇＥ ｇｎｅｎ ｏ ， ａ ａｉ ｉ
（ ）首 先应 从 工 艺 流程 角 度 考 虑 ， 艺通 过 采 １ 工 取 一定 措施 即 可避 免某 些 设 计 工 况 的 出 现 ， 而避 从
免 设备 设置 膨胀 节 。
１ 膨胀节 的定义
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 的设备尺寸变化的装置 。
（） ２ 在压力降允许的情况下 ， 减小折流板间距 。 （ ）在 费 用估算 可行 的情 况 下 ， 通 过 适 当增 ３ 可 加 管板 厚度 ， 以避免膨 胀节 。 （ ）在工艺介质允许 和经济合理的情况下 ， ４ 可 通 过更 换壳 程筒 体 或换 热管 材 质 以减 小 膨胀 差 ， 达 到避 免膨胀 节 的 目的 。
金属波纹膨胀节的设计、制造和安装
金属波纹膨胀节的设计、制造和安装M.1对管道设计者的要求M.1.1设计者应提供金属波纹膨胀节的设计工况及对设置膨胀节的管道的设计要求，并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。
M.1.2除膨胀节中流动介质的性能外，设计者还应考虑其外部环境和由于波纹管在低温下操作，可能在其外壁产生冷凝或结冰的工况。
M.1.3宜给出波纹管的单层最小厚度。
M.1.4应确认膨胀节检修维护的可达性。
M.1.5需要从膨胀节制造商处获得的数据应至少包括下列内容：1波纹管的有效面积；2横向、轴向和角向刚度；3特定设计条件下的设计疲劳寿命；4安装长度和重量；5在管道上附加支撑或约束的要求；6质量证明文件；7试验压力；8设计计算书；9总装配图。
M.1.6 管道设计提出的膨胀节设计条件应包括以下内容：1膨胀节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。
若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。
2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。
3可能承受的动力荷载（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）。
4同设计要求相关的流体介质特性，如业主指定的介质类型、流体速率和方向、内部衬里等。
5影响膨胀节设计的其它条件，如保护罩的使用、内、外隔热层、限位装置、其它约束、膨胀节上的外加接管（如排气和排液管）等。
M.1.7 管道设计应符合下列规定：1在进行管道布置、固定点位置和管架设计时，应避免膨胀节承受过量或非预期的变形和作用力。
2膨胀节不宜承受扭转荷载，当扭转不可避免时，应给出具体的扭矩值，以便膨胀节设计时对受力结构件进行加强。
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
换热器膨胀节的设计
ｓ ｔｄ ｏ ｒｂ ｍ ｈｃ ｒ ｎｏｎｅｅ ｅｃｌ ｌｔｎｏ ｅｐ ｎｉ ｉｔ ｅｅａ ｏ ｏ ｔ ｕ． ｔｅ ．Ｓｍｅｐｏｌ ｓｗ ｉ ａｅｅｃｕ ｔ ｄｉ ｔ ａ ｕａｏ ｆ ｘ ａｓ ｎｊ ｎ ｗ ｙ ｌ ｉ ｅ ｏｔ ａ ｅ ｈ ｒ ｎｈ ｃ ｉ ｏ ｏ ｓｐ ｎｄ
简称 Ｓ ） 行 非 标 膨胀 节 的设 计 计 算 时 ， 胀节 Ｗ６ 进 膨 相 关数 据 的输入 应符 合 Ｇ ６ ４ Ｂ １７ ９的要求 ， 而保证 从
设 计计算 结果 的正确 、 理 。下 面是笔 者在近年 合
来 校审 图纸 中遇 到 的一 些 问题 ， 醒设 计 者 在设 计 提
（ ）在 换热 管 中引起 的轴 向应 力 ； ２
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｅｐ ｎ ｉｎｊｉｔ ｅ ｔ ｘ ｈ ｎ ｅ ；ｄ ｓｇ ｎ ａｃ ｌｔ ｎ ｙ ｒ ｓ ｘ ａ ｓｏ ｏｎ ；ｈ ａ ｅ ｃ ａ ｇ ｒ ｅｉｎａ ｄ ｃｌｕａｉ ｏ
波形 膨胀 节作 为一 种 良好 的变 形补 偿 元件 ， 常 应 用于 固定 管板 式换 热 器 上 ， 能够 明显 降低 由于换
１ｒ
ｒ Ｏ ｔ
备 操作条 件 对 膨胀 节 的基 本 参 数 （ 如 轴 向 刚度 、 诸 单 波最大 位 移量 和许 用 工 作 压 力 等 ） 行 修 正 ， 进 并
以修 正后 的基本 参 数为 依 据进 行 选用 。此外 ， 使 在 用Ｓ Ｗ６软件— — 《 程 设 备 强 度计 算 软件 》（ 下 过 以
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｘ ａ ｓｏ ｏ ｎ ｅ ｎ Ｈｅ ｔＥｘ ｈ ｎ ｅ ｓｇ ｆＥ ｐ ｎ ｉｎ Ｊ ｉ ｔＵｓ ｄ ｉ ａ ｃ ａ ｇ ｒ
ＬＩＣｈｕ ｔ ｏ； ＺＨ Ｏ Ｕ ｅ — ｕ ｇ； ＬＵ ｕ ｎ－ａ Ｗ ｉｇ ａｎ Ｘ
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=+。
混凝土中膨胀节的设计原理
混凝土中膨胀节的设计原理一、引言混凝土膨胀节是混凝土结构中常用的一种伸缩缝，可有效缓解混凝土结构因温度、湿度等因素引起的收缩和膨胀，防止结构产生裂缝和变形。
本文将从混凝土膨胀节的定义、作用、分类、设计原理、计算方法、施工要点等方面进行详细阐述。
二、混凝土膨胀节的定义和作用混凝土膨胀节是指在混凝土结构中设置的一种伸缩缝，其作用是使混凝土结构在受到温度、湿度等因素影响时，能够自由地发生伸缩变形，从而避免结构产生裂缝和变形。
三、混凝土膨胀节的分类根据其结构和材料的不同，混凝土膨胀节可分为以下几种：1.橡胶膨胀节：由橡胶材料制成，具有较好的耐磨性、耐酸碱性和耐高温性能，适用于高速公路、桥梁、地铁、机场等大型工程。
2.金属膨胀节：由金属材料制成，具有较好的刚度和承载能力，适用于高层建筑、水利工程、集装箱码头等。
3.混凝土膨胀节：由混凝土材料制成，适用于一些小型工程和一些特殊场合。
四、混凝土膨胀节的设计原理混凝土膨胀节的设计原理主要包括以下几个方面：1.选择合适的伸缩缝位置：混凝土膨胀节的位置应选择在混凝土结构中的应力相对较小的部位，可根据结构形式、受力情况、温度变化等因素进行综合考虑。
2.确定伸缩缝的长度：混凝土膨胀节的长度应根据结构的伸缩变形量、伸缩缝的材料、伸缩缝的位置等因素进行计算确定。
3.确定伸缩缝的宽度：混凝土膨胀节的宽度应根据结构的伸缩变形量、伸缩缝的材料、伸缩缝的位置等因素进行计算确定。
4.确定伸缩缝的深度：混凝土膨胀节的深度应根据结构的伸缩变形量、伸缩缝的材料、伸缩缝的位置等因素进行计算确定。
5.确定伸缩缝的材料：混凝土膨胀节的材料应根据结构的使用条件、伸缩变形量、承载能力等因素进行选择。
五、混凝土膨胀节的计算方法混凝土膨胀节的计算方法主要包括以下几个方面：1.根据结构的伸缩变形量、伸缩缝的位置和材料等因素进行计算，确定伸缩缝的长度、宽度和深度。
2.根据伸缩缝的长度和宽度计算伸缩缝的面积。
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
波纹管膨胀节的选型设计与应用
波纹管膨胀节的选型设计与应用波纹管膨胀节是一种常用于管道系统中的补偿器件。
它能够承受由于温度变化、压力变化等因素引起的管道系统的热膨胀和冷缩，从而保护管道系统的安全运行。
波纹管膨胀节的选型设计与应用是非常重要的。
本文将从以下几个方面对其进行详细介绍。
选型设计：1.需要考虑的因素：选型设计时需要考虑的因素有很多，包括工作条件、介质性质、管道连接方式、尺寸等。
其中最重要的因素是波纹管膨胀节的工作条件，包括工作温度、工作压力以及膨胀补偿量等。
这些因素将直接影响到波纹管膨胀节的选型和设计。
2.选用合适的波纹管膨胀节：根据工程实际需要，可以选用不同形式和材质的波纹管膨胀节。
常见的波纹管膨胀节有不锈钢波纹管膨胀节、橡胶波纹管膨胀节、金属波纹管膨胀节等。
根据工程的实际要求选择合适的波纹管膨胀节。
3.确定波纹管膨胀节的尺寸：应用：1.波纹管膨胀节在化工行业中的应用：在化工行业中，常常需要输送各种介质，这些介质的温度、压力等参数都是不稳定的。
因此，在化工行业中，波纹管膨胀节是必不可少的组件。
它能够对管道系统的热膨胀和冷缩进行补偿，确保管道的正常运行。
2.波纹管膨胀节在锅炉行业中的应用：在锅炉行业中，波纹管膨胀节主要用于锅炉管道系统中。
由于锅炉在工作过程中，温度变化较大，而波纹管膨胀节能够有效地对锅炉管道系统的热膨胀和冷缩进行补偿，保证锅炉的正常运行。
3.波纹管膨胀节在暖通空调行业中的应用：在暖通空调行业中，波纹管膨胀节主要用于冷水管道系统中。
冷水管道系统在工作过程中会由于温度变化而发生热膨胀和冷缩，而波纹管膨胀节能够对其进行补偿，防止管道系统的破裂和泄漏。
4.波纹管膨胀节在工业管道中的应用：在工业管道中，由于管道系统可能存在的温度变化、压力变化等因素，波纹管膨胀节被广泛应用。
它能够对工业管道系统的热膨胀和冷缩进行补偿，保证管道系统的安全运行。
综上所述，波纹管膨胀节的选型设计与应用是非常重要的。
选型设计时需要考虑多方面的因素，以确保选择合适的波纹管膨胀节。
方形膨胀节标准
方形膨胀节标准一、引言方形膨胀节是一种常见的管道连接元件，广泛应用于工业领域。
它具有良好的耐压和耐温性能，能够有效减少管道系统中由于热胀冷缩引起的应力和变形，保证系统的正常运行。
本文将介绍方形膨胀节的标准，包括设计、材料、制造工艺等方面的要求。
二、设计要求1. 尺寸设计：方形膨胀节的尺寸应符合相关标准或设计要求，包括长度、宽度、高度等参数的确定。
设计时需考虑管道系统的工作条件、介质特性以及膨胀节的使用寿命等因素。
2. 波纹设计：方形膨胀节的波纹形式应满足膨胀量和变形能力的要求。
波纹的形状、数量、深度等参数需要根据实际情况进行设计，确保膨胀节在使用过程中能够承受系统的热胀冷缩应力。
3. 连接方式：方形膨胀节的连接方式应与管道系统相适应，常见的连接方式有法兰连接、螺纹连接等。
连接部位应保证密封性和可靠性，防止泄漏和松动。
三、材料要求1. 波纹材料：方形膨胀节的波纹一般采用不锈钢材料，具有良好的耐腐蚀性和耐高温性能。
常用的材料有不锈钢304、不锈钢316等，其选用应根据介质特性和工作温度来确定。
2. 弹簧材料：方形膨胀节中的弹簧一般采用优质的弹簧钢材料，具有较好的弹性和耐疲劳性能。
常见的弹簧材料有60Si2Mn、50CrVA等，其选用应满足设计要求和制造工艺的需要。
3. 波纹与法兰连接材料：方形膨胀节的波纹与法兰之间的连接部位通常采用橡胶垫片或金属垫片，以确保连接的密封性。
垫片材料应具有较好的耐压、耐温和耐腐蚀性能，常用的材料有橡胶、聚四氟乙烯等。
四、制造工艺要求1. 成型工艺：方形膨胀节的成型工艺通常采用冷成型或热成型，其中热成型工艺适用于大口径或厚壁的膨胀节制造。
成型工艺应确保波纹的形状和尺寸满足设计要求，并保证其表面光洁度和精度。
2. 焊接工艺：方形膨胀节的焊接工艺应符合相关标准或规范，确保焊缝的质量和可靠性。
常用的焊接方法有手工电弧焊、氩弧焊等，焊接人员应持有相应的资格证书，并按照程序进行操作。
EJMA标准膨胀节设计计算
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cn 2020tb bf b T σσσ+=()2'12tc c t t 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⎛⎫= ⎪ ⎪-⎝⎭[]C c NN n =33310.92t p b p i d E t nf B r=20.15is f P N rπ=()212tb bt t b b c c cPd E ntd E d E t σ=+。
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)。
金属膨胀节设计压力
金属膨胀节设计压力
金属膨胀节是一种用于管道系统中的重要组件，它能够承受管道系统中由于温度变化而产生的热胀冷缩，从而保证管道系统的正常运行。
在设计金属膨胀节时，设计压力是一个非常重要的参数，它直接影响到金属膨胀节的使用寿命和安全性能。
设计压力是指金属膨胀节在正常工作状态下所承受的最大压力。
在设计金属膨胀节时，需要根据管道系统的工作条件和要求来确定设计压力。
一般来说，设计压力应该大于管道系统中的最大工作压力，以确保金属膨胀节在任何情况下都能够承受管道系统中的压力。
在确定金属膨胀节的设计压力时，还需要考虑到以下几个因素：
1. 温度变化范围：金属膨胀节的设计压力应该能够承受管道系统中由于温度变化而产生的热胀冷缩，因此需要根据管道系统的温度变化范围来确定设计压力。
2. 材料强度：金属膨胀节的设计压力还应该考虑到材料的强度，以确保金属膨胀节在承受压力时不会发生变形或破裂。
3. 安全系数：为了确保金属膨胀节的安全性能，设计压力应该考虑到
安全系数，一般来说，安全系数应该大于1.5。
4. 环境因素：金属膨胀节的设计压力还应该考虑到环境因素，如腐蚀、震动等，以确保金属膨胀节在任何情况下都能够正常工作。
总之，金属膨胀节的设计压力是一个非常重要的参数，它直接影响到
金属膨胀节的使用寿命和安全性能。
在设计金属膨胀节时，需要根据
管道系统的工作条件和要求来确定设计压力，并考虑到温度变化范围、材料强度、安全系数和环境因素等因素。
只有在合理确定设计压力的
情况下，金属膨胀节才能够正常工作，确保管道系统的安全和稳定运行。
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通常在符合标准规定的前提下可直接选用，不需计算。对选用标准膨胀节时的注意问题说明如下。
标准规定，凡符合下列条件之一的膨胀节应设置内衬套:
(1)要求流量损失小，介质流动平稳的场合;
(2)膨胀节内的介质流速超过GB 16749标准中的表6-1规定的数值。
在EJMA标准中，为防止膨胀节在实验条件下发生屈曲，试验压力应低于或等于柱失稳或平面失稳的极限设计压力的1．5倍(柱失稳是指波纹管中部整体的侧向偏移，只有当波纹管的长度与直径之比比较大时，这种现象才会发生。
GB 16749未考虑柱失稳)。对于平面失稳，GB 16749规定，膨胀节在试验压力下，最大波距与受压前波距之比不得超过1．15，如果大于1．15，则认为膨胀节产生了平面失稳。
一方面，热膨胀差是由材料的温度和材料的线膨胀系数共同决定的;另一方面，热膨胀差对于管板及换热管中各项应力的影响十分复杂。因此，是否需要设置膨胀节必须通过全面地计算来决定。
2、选用GB 16749标准膨胀节时应注意的问题
GB 16749标准膨胀节的结构形式及尺寸是根据美国EJMA标准相关的公式及我国自1970年代以来引进的压力容器和换热器中膨胀节的结构尺寸，参照国内外有关国家标准、行业标准及制造厂的产品样本确定的，
GB 16749及EJMA标准中都将膨胀节位移量作为产生应力的因素，位移量是否合格完全是通过应力校核及疲劳寿命校核决定的，没有其他的限制条件。因此在设计非标膨胀节时，只要计算结果完全符合标准的规定，
那么无论是压力还是位移量就都在允许的范围。当然，保留必要的余量还是应该的。
(6)当各项应力超标时，按下述原则调整结构尺寸，并重新进行应力计算。
在标准中的内衬套是搭接在壳体内壁的，衬套内径往往会小于折流板或支持板直径，会造成管束组装困难。可以采用衬套与膨胀节对接的形式，见图1，使内衬套的内径与膨胀节直边段的内径一致。
(1)在壳体中引起的轴向应力σc;
(2)在换热管中引起的轴向应力σt;
(3)换热管与管板之间连接拉脱力q。
当上述三个应力超过许用值时，首先应考虑能否调整相关元件的尺寸或换热管与管板的连接方式(比如增加管板厚度，改强度胀为强度焊)，从而使各元件满足许用应力校核条件。
(7)在立式换热器中，膨胀节最好设置在支座下方。当膨胀节位于支座的上方时，膨胀节承受由换热器自重产生的附加轴向力并降低了设备的稳定性。
(8)水压试验工况下的膨胀节强度问题。有些情况下需要提高壳程的水压试验压力。此时有必要对膨胀节进行水压试验工况下的强度校核，此时，腐蚀余量为零，设计温度为常温。
Байду номын сангаас
如果通过以上调整不能通过，或者虽然可行但不经济或不合理，则应考虑设置膨胀节，通过膨胀节吸收管壳程之间的膨胀差，从而改善和降低各元件的受力情况。
换热管和换热器壳体之间的热膨胀差是导致各项应力超标的重要因素之一，但绝不能简单地以换热管和换热器壳体之间的温差来判定是否需设置膨胀节。
换热器：膨胀节的设计
更新日期：2012-07-12
波形膨胀节作为一种良好的变形补偿元件，常应用于固定管板式换热器上，能够明显降低由于换热管和壳程圆筒间热膨胀差所引起的管板应力、圆筒和换热管的轴向应力以及换热管与管板的拉脱力。
在选用GB 16749—1997《压力容器波形膨胀节》(以下简称GB 16749)标准膨胀节时，应按设备操作条件对膨胀节的基本参数(诸如轴向刚度、单波最大位移量和许用工作压力等)进行修正，并以修正后的基本参数为依据进行选用。
此外，在使用SW6软件———《过程设备强度计算软件》(以下简称SW6)进行非标膨胀节的设计计算时，膨胀节相关数据的输入应符合GB 16749的要求，从而保证设计计算结果的正确、合理。
1、是否需要设置膨胀节的判定
在固定管板换热器中，是否需要设置膨胀节，主要取决于换热器在操作条件下的实际应力状况。是否需要设置膨胀节，要考虑在温差载荷及压力载荷作用下，下述应力是否超过许用值:
①当轴向位移引起的应力过大时，宜适当增加波数或减小波纹管的壁厚;
②当内压引起的应力过大时，则应减小波高，或增加波纹管壁厚;
③增加波纹管的波数或层数可改善膨胀节的应力状态。膨胀节的耐压性能对壁厚的要求与补偿性对壁厚的要求是完全相反的，需要通过设计找出一个恰当的关系，使之既能保证强度，又能有足够的伸缩补偿性能。
(5)在设计非标膨胀节时，由于膨胀节的实际位移量没有“单波最大位移量”进行比对，常常令人困惑。
按GB 16749标准释义的介绍，出于安全考虑，各种材料的标准膨胀节在设计温度下的单波最大位移量e1是采用EJMA标准中的公式计算得出的，是各项应力及疲劳寿命达到临界值时所对应的单波最大位移量。
国外也多采用这种结构，但应注意衬套的长度，避免过长阻碍膨胀节的收缩。衬套应在迎着介质流动方向的一端与膨胀节相焊。立式换热器应在内衬套与壳体相焊的一端开排气孔或排液孔(视相焊端而定)。
3、用SW6进行非标膨胀节的设计计算时应注意的问题
(1)在固定管板式换热器的设计计算中，管板的计算和膨胀节的计算相互关联，相互影响。管板要根据膨胀节的轴向刚度进行计算，膨胀节要根据管板的计算确定膨胀节总轴向力，所以在计算过程中，
(3)设计计算中的“膨胀节波长”，应不包括膨胀节的直边长度。
(4)对于不锈钢材料制造的膨胀节，在需要疲劳寿命校核时，膨胀节设计疲劳循环次数应根据工艺条件确定，在不明确的情况下可设定为3 000～5 000次，并在装配图纸上注明膨胀节设计疲劳循环次数，以保证设备的正确使用。
参照GB 16749标准，疲劳寿命安全系数可选定为15。
这些数值的一致性对于保证计算结果的正确性是非常重要的。其中，膨胀节总轴向力应该等于壳程筒体轴向应力与壳程筒体截面积的乘积。设计者可以通过验证管板及膨胀节计算结果中的这些数值，来核实计算结果的正确性。
(2)金属材料在冷态塑性变形时会产生加工硬化现象，使金属材料的强度和硬度升高，而塑性与韧性下降。奥氏体不锈钢具有极好的塑性，对于奥氏体不锈钢膨胀节在设计计算中可以采用加工硬化后的实际屈服强度来校核各项应力。
在固定式管板换热器设计过程中，膨胀节的设计计算是一个难点，设计者需要考虑多种因素，合理输入数据，以使设计结果更为精确合理。