补偿器类型及选用

补偿器类型及选用

摘要：补偿器又称膨胀节，在管道采用补偿器可以在承受系统压力的同时，吸收因温差引起的热膨胀，这种设备在冶金装置、炼油设备、化工设计，火电厂或核电站，供热和制冷系统，以及低温设备中获得了成功的应用。用以补偿管道长度变化长生的应力的补偿方式可以分为自然补偿和补偿器补偿，其中补偿器可分为方形补偿器，波纹管补偿器，套筒补偿器以及球型补偿器等，本文主要介绍各种补偿器的优缺点及适用条件。

关键词：管道补偿，补偿器，热补偿

补偿器是指在仪器中用于补偿相位差、光程差、偏振差、光强度或机械位移等变量的部件。

在暖通设计的范围内，由于工作介质及环境温度的变化导致管道长度发生变化，并产生拉（压）应力。当超过管道本身的抗拉强度时，会使管道变形或破坏。为此，在管道局部架空地段应设置补偿器，即膨胀器，使由温度变化而引起管道长度的伸缩加以调节得到补偿。

通常情况下，管道的变形产生位移可以由管道自己一定程度内的变形得到补偿，即所谓的自然补偿；当管道变形比较大管道自身不能在安全使用的条件下补偿的时候，就需要额外设置补偿器来补偿形变。

1.管道自然补偿

通常采用的自然补偿器有L型和Z型两种型式。其应用场合转角不大于150°时，管道臂长不宜超过20~25m，弯曲应力不应超过80MPa。

L形与Z形补偿器可以利用管道中的弯头构成，且便于安装。在管道设计中，应充分利用这两种补偿器做补偿，然后再考虑采用其它种类的补偿器。自然补偿的优点是可以节省补偿器，缺点是管道变形时产生横向位移。架空管道中自然补偿不能满足要求时才考虑装设其它类型的补偿器。

2.补偿器补偿

2.1方形补偿器

方形补偿器就是最早常用一种补偿器,通常用无缝钢管煨制或机制弯头组合而成，常用有四种构造形式。

方形补偿器由于其构造形式，具有以下优点:1、制造简单,常用无缝钢管煨制或机制弯头组合；2、安装方便,可以水平安装,也可以垂直安装；3、轴向推力较

小；4、补偿能力大,严密性好，运行可靠、方便,不需要经常维修,使用期限长,使用寿命等于管道使用年限；5、不需要设置管道检修平台,或检查室；6、适用范围广,可以适用任何工作压力及任何热媒介质的供热管道。其缺点是介质流动阻力大、单面外伸臂较长，占空间较大，当管径较大时不宜采用。方形补偿器占地较大，其外形尺寸及补偿能力都有相应的要求。

以90℃/70℃的DN50采暖管道为例。当管道长度为30m时，其需要的补偿量为

△x=0.012*40*（90-（-5））=45.6mm。其外伸臂长最小为880mm，管道占地较大[1]。

2.2波纹管补偿器

波纹管补偿器是由一个或多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设备尺寸变化的装置。

与一般的管道元件不同，波纹管是用相当薄的材料制作而成，以便使它具有足够的柔性，可以吸收在使用中预期出现的机械位移和热位移，也能起到吸振降噪的作用。

波纹补偿器在管线上可作轴向、横向和角向三个方向的补偿。铰链补偿器（也称角向补偿器），它以两个或三个补偿器配套使用（单个使用铰链补偿器没有补偿能力），用以吸收单平面内的横向变形；万向铰链（角向）补偿器，由两个或三个配套使用，可吸收三维方向的变形量。补偿器由一个波纹管和两个端接管构成，端接管或直接与管道焊接，或焊上法兰再与管道法兰连接。补偿器上的拉杆主要是运输过程中的刚性支承或作为产品预变形调整用，它不是承力件。

波纹补偿器具有工作可靠、结构紧凑、重量轻、位移补偿量大、变形应力小等优点，广泛应用于燃气管道的补偿中，但由于其管壁较薄、强度低，不能承受扭力、振动，安全性差，施工时应注意保护。目前市场上的波纹管补偿器波纹管通径可为DN50-DN4000，较小管径不宜采用。

波纹式补偿器安装时,应根据补偿零点温度（t补)定位,补偿零点温度就是在管道设计时考虑达到的最高和最低温度的中点。当环境温度（t环）等于补偿零点温度时安装,可不进行预拉伸或预压缩：当环境温度高于补偿零点温度时安装,应进行预压缩；当环境温度低于补偿零点温度时安装,应进行预拉伸。

2.3套筒式补偿器

套筒式补偿器也称管式伸缩节、管道伸缩器，是热流体管道的补偿装置，主要用于直线管道的辅设。适用于热水、蒸汽、油脂类介质，通过滑动套筒对外套筒的滑移运动，达到热膨胀的补偿。

套筒式补偿器有单向和双向补偿器两种。套筒式补偿器的使用寿命大，疲劳寿命与管道相当。滑动表面经特殊处理，在盐水、盐溶液等环境下耐腐蚀性能好，比奥氏体不锈钢高50倍以上。同时，多年后因磨损导致密封效果减弱时，可再次紧固法兰，增强密封性能，也可将螺栓松开，取下压圈，再装进一层或两层密封环，压紧压圈，继续使用。同时，其补偿能力较大，占地面积小，安装简单，但易漏水，需要经常检修更换填料。套筒式补偿器主要用于安装方形补偿器空间不够的场合，但不适用于理地管，安装最小直径DN50。

2.4球形补偿器

球形补偿器（又称球型接头），主要依靠球体的角位移来吸收或补偿管道一个或多个方向上横向位移。该补偿器应成对使用，单台使用没有补偿能力，但它可作管道万向接头使用，因此具有补偿能力大，流体阻力和变形应力小，无盲板力且对固定支座的作用力小等优点。球形补偿器是利用补偿器的活动球形部分角向转弯来补偿管道的热变形，它允许管子在一定范围内相对转动，因而两直管可以不保持在一条直线上。

球形补偿器是解决管道热胀冷缩的一种设备，可广泛应用于冶金、石油、化工、电力、轻工、纺织、建筑和国防建设等行业中，具体用途如下：

1）热力管道中，补偿热膨胀，其补偿能力为方形补偿器的5-10倍。

2）发射台、飞机排气设施上，补偿冲击膨胀。

3）用于冶金设备（如高炉、转炉、电炉、加热炉等）的汽化冷却系统中，作万向接头用。

4）用于建筑物的各种管道中，防止因地基产生不均匀下沉、或地震等意外原因对管道产生破坏。

综上所述，各个类型的补偿器均有各自的优缺点，选用时宜根据工程条件选择合适的补偿器。

参考文献：

[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册（第二版）[M].北京,中国建筑工业出版社,2008.