波纹管膨胀节补偿器功能及作原理

波纹管（膨胀节/补偿器）功能及工作原理

补偿器的功能及工作原理

波纹管补偿器习惯上也叫膨胀节、伸缩节，由构成其工作主体的波纹管（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的弹性元件的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的尺寸变化的一种补偿装置，属于一种补偿元件。可对轴向，横向，和角向位移的的吸收，用于在管道、设备及系统的加热位移、机械位移吸收振动、降低噪音等.在现代工业中用途广泛。

2.补偿器执行标准：

金属波纹管采用GB/T12777-91并参照美国＂＂EJMA＂＂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1Cr18Ni9Ti,OCr19Ni9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U形波，分单层和多层制成，有较大的补偿量，耐压可高达4Mpa，使用温度----1960C一≤450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1000次，解决了管道热胀冷缩，位移和机械高频振动与管道之间的柔性联接，广泛用于石油、热力、电力、煤气、化工等管路上安装。

3.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）

4.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：

1.补偿吸收管道轴向、横向、角向热变形。

2.波纹补偿器伸缩量，方便阀门管道的安装与拆卸。

3.吸收设备振动，减少设备振动对管道的影响。

4.吸收地震、地陷对管道的变形量。

方形自然补偿器有两个作用：

1.在管道穿越基础梁或地下室墙的时候，为了避免基础的沉降对管道的压力，需要安装方形补偿器。

2.在热力管道过长的情况下，需要安装方形补偿器来减小‘热胀冷缩’对管道的拉伸。

三.管道的热变形计算：

计算公式：X=a·L·△T

x 管道膨胀量

a为线膨胀系数，取0.0133mm/m

L补偿管线（所需补偿管道固定支座间的距离）长度

△T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的要求

（一）轴向型补偿器

1、安装轴向型补偿器的管段，在管道的盲端、弯头、变截面处，装有截止阀或减压阀的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的作用。推力计算公式如下：

Fp=100*P*A

Fp-补偿器轴向压力推（N），

A-对应于波纹平均直径的有效面积（cm2），

P-此管段管道最高压力（MPa）。

轴向弹性力的计算公式如下：

Fx=f*Kx*X

FX-补偿器轴向弹性力（N），

KX-补偿器轴向刚度（N/mm）；

f-系数，当“预变形”（包括预变形量△X=0）时，f=1/2，否则f=1。

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的作用。

2、在管段的两个固定管架之间，仅能设置一个轴向型补偿器。

3、固定管架和导向管架的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的设置要求设置导向架，其它导向架的最大间距可按下计算：

LGmax-最大导向间距（m）；

E-管道材料弹性模量（N/cm2）；

i-tp 管道断面惯性矩（cm4）；

KX-补偿器轴向刚度（N/mm），

X0-补偿额定位移量（mm）。

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，LGmax可按有关标准选取。

（二）横向型及角向型补偿器

1、装在管道弯头附近的横向型补偿器，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（mm）；

L-补偿器有效长度（mm）；

△Y-管段热膨胀量（mm）；

△X-不包括L长度在内的垂直管段的热膨胀量（mm）；

2、角向型补偿器宜两个或三个为一组配套使用，用以吸收管道的横向位移，对Z形和L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。此时平面铰链销的轴线必须垂直于弯曲管段形成的平面（万向铰链补偿器不受此限制）。

装有一组铰链补偿器的管段，其平面导向架的间隙ε亦可按上式计算。但是L长度应为两补偿器铰链轴之间的距离，△X是整个垂直管段的热膨胀量。

3、补偿器两侧的导向支座应接近补偿器，支座的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的轴向补偿，具有抗弯能力，所以可不考虑管道下沉的影响，产品具有补偿量大，寿命长的特点。

（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的影响。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：

3.1管道最大安装长度计算

有补偿直埋的管道应在二处高固定点，一是在直管段的端部，二是在管道的分支处。长的无分支的直线管道两补偿器之间可以不设固定点，靠管道自然形成的“驻点”即可发挥固定点的作用。驻点是两补偿器之间管道的那个不动点，在管径相同，埋深一致时，驻点与两补偿器间的距离相等。褡补偿器（包括转角处自然补偿器）至固定点之间的距离不得超过管道的最大安装长度Lmax，管道最大安装长度的定义是固定点至自由端（补偿器）的长度，在此长度下产生的摩擦力不得超过管道许用应力下相应的弹性力。

Lmax按下式计算：

常用管道的最大安装长度Lmax。应考虑16kgf/cm2内压力所产生的环向应力的综合影响。

3.2固定支座的设计计算