為(wei)了防止管道熱(re)膨脹產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)破(po)壞(huai)作用，在管道設計中，應當對(dui)高溫管道進(jin)行(xing)熱(re)補(bu)償(chang)(chang)設計。管道的(de)(de)(de)熱(re)補(bu)償(chang)(chang)方(fang)法有兩種：一種是(shi)利用管道自身的(de)(de)(de)柔性吸(xi)收其位移變(bian)形的(de)(de)(de)自然補(bu)償(chang)(chang)法；另一種是(shi)利用在管道中設置適當形式的(de)(de)(de)補(bu)償(chang)(chang)器對(dui)管道進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)(chang)的(de)(de)(de)方(fang)法。
管(guan)(guan)(guan)道(dao)在現場(chang)的(de)(de)走向(xiang)是根據工藝設備(bei)的(de)(de)布(bu)置(zhi)情(qing)況決(jue)定的(de)(de)。利用(yong)(yong)改(gai)變管(guan)(guan)(guan)道(dao)走向(xiang)、調整支撐點(dian)的(de)(de)位置(zhi)或改(gai)變支吊架的(de)(de)形(xing)式，增(zeng)加(jia)管(guan)(guan)(guan)道(dao)自(zi)身(shen)的(de)(de)柔性，以補(bu)償其熱膨脹和(he)端點(dian)附加(jia)位移的(de)(de)辦法稱為(wei)管(guan)(guan)(guan)道(dao)自(zi)然補(bu)償。例如在管(guan)(guan)(guan)道(dao)中布(bu)置(zhi)適當的(de)(de)L形(xing)、Z形(xing)或I形(xing)管(guan)(guan)(guan)段，即可有效地增(zeng)加(jia)管(guan)(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)柔性。這種補(bu)償辦法結構簡單、運行可靠、投資少(shao)，所以被廣(guang)泛采用(yong)(yong)。
1. 金屬(shu)波紋管膨脹節(jie)
隨著大直(zhi)徑(jing)高溫管(guan)(guan)(guan)道的(de)增(zeng)多和金(jin)(jin)屬(shu)波(bo)(bo)紋管(guan)(guan)(guan)膨(peng)脹節制造技(ji)術(shu)(shu)的(de)提高，近(jin)年來金(jin)(jin)屬(shu)波(bo)(bo)紋管(guan)(guan)(guan)膨(peng)脹節在(zai)壓(ya)力管(guan)(guan)(guan)道中得到了(le)廣(guang)泛應(ying)用。此種(zhong)補(bu)償器(qi)制造技(ji)術(shu)(shu)較為(wei)復(fu)雜，價(jia)格高。一(yi)般(ban)采(cai)用0.5~3mm薄不(bu)銹(xiu)鋼板制造，耐壓(ya)低(di)，補(bu)償能力大，適(shi)用于(yu)低(di)壓(ya)大直(zhi)徑(jing)高溫管(guan)(guan)(guan)道。但應(ying)當指出(chu)，在(zai)強(qiang)度上它是(shi)管(guan)(guan)(guan)道中的(de)薄弱環(huan)節，與自然補(bu)償比較可靠性差，應(ying)正確(que)選用與安裝。目前(qian)此種(zhong)補(bu)償器(qi)尚(shang)無國家標(biao)(biao)準，各企業標(biao)(biao)準的(de)波(bo)(bo)紋管(guan)(guan)(guan)參數尚(shang)不(bu)統(tong)一(yi)，但其制造技(ji)術(shu)(shu)條件已有國家標(biao)(biao)準GB/T 12777《金(jin)(jin)屬(shu)波(bo)(bo)紋管(guan)(guan)(guan)膨(peng)脹節制造技(ji)術(shu)(shu)條件》。
根據(ju)金屬波紋管膨脹節的(de)結構和功能，其基本形式可分十大(da)類(lei)。如表3-16所示。
壓力管道(dao)常用的金屬波紋管膨脹節主要(yao)有單(dan)式(shi)軸向(xiang)型(xing)、復式(shi)拉(la)桿型(xing)、單(dan)式(shi)鉸鏈型(xing)及彎管壓力平衡型(xing)等(deng)幾種。
①. 單式軸向型膨脹節
單式軸(zhou)(zhou)(zhou)向(xiang)型膨(peng)脹節結構簡單、價(jia)格低，主(zhu)要用(yong)于吸(xi)收軸(zhou)(zhou)(zhou)向(xiang)位(wei)(wei)(wei)移(yi)，在一定條件下可(ke)吸(xi)收少量角位(wei)(wei)(wei)移(yi)和軸(zhou)(zhou)(zhou)向(xiang)位(wei)(wei)(wei)移(yi)。用(yong)于吸(xi)收軸(zhou)(zhou)(zhou)向(xiang)位(wei)(wei)(wei)移(yi)的單式軸(zhou)(zhou)(zhou)向(xiang)型膨(peng)脹節的典型布置如圖 3-15 所示(shi)。
單式軸(zhou)向(xiang)型膨脹(zhang)節屬(shu)于(yu)無(wu)約束型波(bo)紋膨脹(zhang)節，不(bu)能承受(shou)波(bo)紋管壓力(li)推力(li)。選用時應(ying)注意下(xia)列問(wen)題。
a. 兩固定支座之(zhi)間的管(guan)道上只能布置一個該(gai)型膨脹節(jie)。
b. 固定支座必(bi)須(xu)有足夠的強度，以承受波紋管壓力推力。
c. 對管道必須進行嚴格(ge)保(bao)護，尤(you)其是靠(kao)近波(bo)紋管膨脹節的部位應(ying)設置(zhi)導向(xiang)架(jia)，第一(yi)個導向(xiang)支(zhi)架(jia)與膨脹節的距(ju)離應(ying)小于(yu)4DN,第二(er)個導向(xiang)支(zhi)架(jia)與第一(yi)個導向(xiang)支(zhi)架(jia)的距(ju)離應(ying)不(bu)大于(yu)14DN,以(yi)防止管道有彎曲或徑(jing)向(xiang)偏移造成膨脹節破壞。
②. 復式拉桿型膨(peng)脹節(jie)
復式拉桿型膨(peng)脹(zhang)節的安裝示意圖如圖3-16所示。管道呈Z形，補償器可吸(xi)收拉桿之間管道的軸向膨(peng)脹(zhang)量，拉桿承受(shou)內壓推力，兩(liang)側管道的膨(peng)脹(zhang)使補償器產生橫向位移，兩(liang)個膨(peng)脹(zhang)節均產生角(jiao)位移。
③. 單式鉸鏈型膨脹節
一般將(jiang)兩個(ge)(ge)(ge)或三個(ge)(ge)(ge)單式鉸鏈型膨脹(zhang)節布(bu)置在一個(ge)(ge)(ge)平面內，如圖3-17所示。工作時利用每個(ge)(ge)(ge)膨脹(zhang)節產生的(de)角位移來吸收管道的(de)熱膨脹(zhang)。這種布(bu)置方法可吸收較大的(de)膨脹(zhang)量。
④. 彎管壓力(li)平衡型膨(peng)脹節
能平(ping)衡膨脹節的(de)(de)壓力(li)推(tui)力(li)，可(ke)避免壓力(li)推(tui)力(li)作用在與其連接(jie)的(de)(de)機(ji)(ji)器管嘴(zui)上，所(suo)以在與汽輪機(ji)(ji)、離心壓縮機(ji)(ji)等敏感設備連接(jie)的(de)(de)管道上應用較多。安裝示意圖如圖3-18所(suo)示。
2. 球形(xing)補償器(qi)
①. 結構(gou)及工作原理
球(qiu)形(xing)補(bu)(bu)(bu)償器(qi)的(de)(de)(de)結(jie)構(gou)如圖3-19所示(shi)，其工作原理如圖3-20(a)所示(shi)，球(qiu)體可(ke)以繞本(ben)身(shen)(shen)軸線(xian)旋(xuan)轉［見(jian)圖3-20(b)],還(huan)可(ke)以向(xiang)(xiang)任意方(fang)向(xiang)(xiang)做折曲運動［見(jian)圖3-20(c)].利(li)用球(qiu)形(xing)補(bu)(bu)(bu)償器(qi)的(de)(de)(de)這些特點(dian)，可(ke)將其角度(du)位(wei)移轉變(bian)為(wei)管道(dao)的(de)(de)(de)直線(xian)位(wei)移來吸收管道(dao)的(de)(de)(de)熱膨脹量，在轉變(bian)過程中(zhong)，為(wei)保證(zheng)管道(dao)的(de)(de)(de)直線(xian)性，球(qiu)形(xing)補(bu)(bu)(bu)償器(qi)本(ben)身(shen)(shen)的(de)(de)(de)角度(du)也需(xu)要(yao)給(gei)予補(bu)(bu)(bu)償，因此，必須要(yao)兩個(ge)或三個(ge)組(zu)成一(yi)組(zu)來使用，單個(ge)球(qiu)形(xing)補(bu)(bu)(bu)償器(qi)是不能(neng)吸收直線(xian)位(wei)移的(de)(de)(de)［見(jian)圖3-20(d)]。
球形補償器的(de)三個重(zhong)要(yao)參(can)數指標是：球心距R、折曲角0和位(wei)移量Δ.θ的(de)大小由制造廠提(ti)供，與(yu)結(jie)構尺(chi)寸(cun)有(you)(you)關，國內產品一般為(wei)30°,國外(wai)產品有(you)(you)30°、15°等多種形式(shi)，其(qi)余兩項(xiang)R和Δ由設計確定(ding)。
②. 使用場合
a. 適用范圍 公(gong)稱壓(ya)力PN≤1.6MPa;設計溫(wen)度T≤350℃;公(gong)稱尺寸DN50~600mm.
b. 適(shi)用于輸送(song)非易燃(ran)和無毒的(de)熱(re)介質管道，如蒸汽、熱(re)水(shui)(shui)、凝(ning)結水(shui)(shui)、熱(re)油(you)、熱(re)空(kong)氣(qi)等管道。有(you)腐蝕(shi)性熱(re)介質的(de)管道不宜使用。
c. 球(qiu)形(xing)補償(chang)器(qi)的補償(chang)量大，最適合在廠際(ji)之間或區(qu)域性的較長(chang)距離的熱(re)管(guan)道(dao)(dao)上(shang)使用(yong)。由于采用(yong)球(qiu)形(xing)補償(chang)器(qi)比U形(xing)膨脹(zhang)彎管(guan)少用(yong)很(hen)多彎頭，故也適用(yong)于對壓力(li)降有(you)要求的熱(re)管(guan)道(dao)(dao)。另(ling)外，還可以使用(yong)在對接管(guan)載荷有(you)限制的設(she)備進出口管(guan)道(dao)(dao)上(shang)。
d. 球形補償器可吸收布(bu)置在建筑(zhu)物或儲罐之(zhi)間的管(guan)道因(yin)基礎(chu)下沉而引起的相(xiang)對位移。
e. 球形補償器(qi)可(ke)以緩解(jie)或(huo)消除管道(dao)系統(tong)因地震而產生的超載應力。
③. 布置方式(shi)和補償量計算(suan)
a. 直線管道固定支架間 距如表3-17所示。
b. 水平Z形布置 有單向式、雙向式和三球式三種布置方式。
· 單向式
單向式包括單向A式和單向B式2種，如圖(tu)3-21所示。
單(dan)向A式的主要特(te)征是(shi)球形補償(chang)器設在兩個固定支架(jia)之(zhi)間(jian)，離(li)其中一個固定支架(jia)（A點(dian)）很近，離(li)另一個固定支架(jia)（B點(dian)）較遠，這(zhe)種布置只吸收一個方向的位移。一般受到地(di)形位置限制時(shi)用(yong)此布置方式。
單(dan)向(xiang)(xiang)(xiang)B式(shi)的(de)特征與(yu)單(dan)向(xiang)(xiang)(xiang)A式(shi)相同，用在無位(wei)置限制的(de)條件(jian)下，與(yu)單(dan)向(xiang)(xiang)(xiang)A式(shi)不同之處(chu)是(shi)熱脹終止位(wei)置不同，以及固定支(zhi)架1與(yu)②承(cheng)受推(tui)力大小(xiao)不同，如固定支(zhi)架②與(yu)支(zhi)架1相比(bi)，需(xu)要考慮(lv)管(guan)道(dao)載荷的(de)摩(mo)擦力，而固定支(zhi)架1與(yu)支(zhi)架②相比(bi)，需(xu)要考慮(lv)球形(xing)補償器動作時(shi)的(de)側向(xiang)(xiang)(xiang)力。
單(dan)向式(shi)的位移量Δ、折曲角0、球心(xin)距R間(jian)關系為： 單(dan)向A式(shi) Δ=Rsin (0/2) （3-1) 、 單(dan)向B式(shi)Δ=2Rsin(0/2) （3-2)
· 雙向式
球形(xing)補償器設在兩固定支架中間，而且(qie)離(li)兩支架距(ju)離(li)都較遠時(shi)，能吸收兩個方向的(de)位(wei)移（見(jian)圖(tu)3-22),位(wei)移量Δ=Δ1+Δ2.布(bu)置時(shi)盡量使兩邊(bian)管段(duan)(duan)（A段(duan)(duan)、B段(duan)(duan)）相等，其Δ、R、0的(de)關系式為： Δ1+Δ2=2Rsin(0/2)（3-3)
· 三球式
當整條管道(dao)不能(neng)吸(xi)收橫(heng)向位移(yi)(yi)時，應采用此(ci)種形(xing)式，用第三(san)個球(qiu)吸(xi)收管道(dao)的橫(heng)向位移(yi)(yi)（見圖(tu)3-23).位移(yi)(yi)Δ、球(qiu)心(xin)距R、折曲角0的關(guan)系式為Δ=2Rsin(0/2)（3-4)
圖3-23中(zhong)R1、β和橫向位移Δ:的關系式(shi)為 Δ=Risinβ（3-5)式(shi)中(zhong)，β不(bu)能大于球形補償器全折曲角(jiao)8的一半。
c. 水平(ping)L形布置
水平L形布(bu)置(zhi)可吸(xi)收(shou)兩段(duan)相互垂直管道的位移（見圖3-24)。
確定(ding)(ding)兩(liang)球中心間距(ju)(ju)(ju)R1、R2時，先(xian)用直線段L1、L2按式（3-6)計(ji)算(suan)位移量Δ1、Δ2,兩(liang)者中的(de)較大值Δ,并按式（3-1)計(ji)算(suan)出(chu)中心距(ju)(ju)(ju)，而(er)后將求出(chu)的(de)數(shu)值乘(cheng)以1.5,作(zuo)為＝R2的(de)數(shu)值，然后用R1、R2按式（3-7)及實(shi)際的(de)Δ1及Δ2重新求出(chu)01和(he)02.檢查01＋02=0:是否超過(guo)制造廠規定(ding)(ding)的(de)折曲角（03<30°),如果(guo)超過(guo)則(ze)需加長球心距(ju)(ju)(ju)，然后重計(ji)算(suan)。
Δ=αtL(t1-to)（3-6)
中Δ 熱膨脹量，mm;
L-管道直線長度，mm;
r1-管道(dao)工作溫度，℃;
t0-管道安裝溫度，℃;
Q:-管材在工作溫度下的線脹系數，1/℃.
必須(xu)注意，實際R1、R2值要比計算值大，以保(bao)證留有余量。
d. 垂(chui)直面布置(zhi)
· 垂(chui)直Z形布(bu)置的原(yuan)理(li)及計算式與(yu)水平(ping)Z形布(bu)置相(xiang)同（見圖3-25).
· 兩(liang)組(zu)球形(xing)補償(chang)器(qi)組(zu)合垂直布(bu)置(zhi) 利用(yong)球形(xing)補償(chang)器(qi)的工作原理，在實際應用(yong)中，將訴組(zu)布(bu)置(zhi)在一起，既方便支(zhi)架的布(bu)置(zhi)，又整齊美觀(guan)。但要注意(yi)，兩(liang)組(zu)中間一定(ding)要用(yong)固定(ding)支(zhi)架（見圖3-26).
e. 球形補償器附近的彎頭至第一個(ge)導向支架(jia)的距(ju)離
例(li)如(ru)(ru)圖3-21(a)及圖3-25中(zhong)彎(wan)頭E點至導(dao)向支架(jia)G點的(de)距離，應滿足柔性的(de)要(yao)求(qiu)。球(qiu)形補償(chang)器(qi)前后(hou)兩個(ge)彎(wan)頭之間的(de)管長(chang)的(de)熱膨脹量設為Δ,可(ke)作為EG段柔性計算依據，但由于球(qiu)形補償(chang)器(qi)在(zai)位移(yi)過程中(zhong)，其(qi)軌跡(ji)是弧線，所(suo)以(yi)在(zai)球(qiu)形補償(chang)器(qi)附近將產生偏移(yi)量y,當球(qiu)形補償(chang)器(qi)從中(zhong)心(xin)線向一(yi)個(ge)方向擺動時,對于垂直Z形布置(zhi)的(de)管道（見圖3-25),如(ru)(ru)有特(te)殊要(yao)求(qiu)，必須(xu)在(zai)彎(wan)頭E點附近設置(zhi)支架(jia)時，應采(cai)用彈(dan)簧支架(jia)。
f. 在分支管(guan)上布置球形(xing)補償(chang)器
當主(zhu)管(guan)與分支(zhi)(zhi)管(guan)在同一(yi)平面時(shi)，可按(an)圖(tu)3-27所示方式布(bu)置(zhi)。當主(zhu)管(guan)有較大(da)位(wei)移(yi)時(shi)，可按(an)圖(tu)3-27(a)布(bu)置(zhi)。帶球形(xing)補(bu)償(chang)器(qi)的(de)分支(zhi)(zhi)管(guan)的(de)x長度應滿足前面第e點所述位(wei)移(yi)ΔR的(de)要(yao)求。當不能(neng)布(bu)置(zhi)成(cheng)吸收段(duan)“x”時(shi)，可采用三球布(bu)置(zhi)方式，見(jian)圖(tu)3-27(b),其計算方法與L形(xing)布(bu)置(zhi)計算相(xiang)同。
④. 反作用(yong)力(li)計(ji)算
球形補償器轉動力矩M引起的反(fan)作用力F1可按(an)下式計(ji)算
F1=2M/R1（3-12)
式中 F1-轉動力矩(ju)而引起的(de)反作用力，N;
M-球形補(bu)償(chang)器轉動力矩（由(you)制(zhi)造(zao)廠提供），N·m;
R1-球心距在作用面上的投(tou)影長度，m,R1=Rcos(0/2)(當0小于30°時，可取R1~R).
3. 套筒式(shi)(shi)補(bu)償器（填(tian)料(liao)函式(shi)(shi)管道伸縮節）
①. 主要結構類型(xing)
a. 重載(zai)套筒(tong)式補償器(qi)
其內(nei)部沒有內(nei)壓平衡結構(gou)，端部固定點(dian)需承受彎管(guan)或閥門、盲板的內(nei)壓推(tui)力(li)（見圖3-28).
b. 減(jian)載(zai)套(tao)筒式補償器
其內部(bu)(bu)有內壓平(ping)衡(heng)結構，端部(bu)(bu)的(de)(de)(de)彎管(guan)或閥(fa)門、盲板的(de)(de)(de)內壓推力(li)與補(bu)償器內部(bu)(bu)構件的(de)(de)(de)軸向承壓面所(suo)受的(de)(de)(de)內壓推力(li)平(ping)衡(heng)，所(suo)以固定(ding)支架可以不考慮內壓推力(li)的(de)(de)(de)作用，但目前尚無定(ding)型產品(pin)和標準，選(xuan)用時要慎重。
②. 使用場合
a. 適用范(fan)圍(wei)。公(gong)稱壓力：PN≤2.5MPa;工作溫度≤200℃;公(gong)稱尺寸：DN50~600mm;輸送介質：蒸汽、水(shui)。
b. 這(zhe)種(zhong)(zhong)補償(chang)器有易泄漏和(he)軸(zhou)向推力較大的缺點，一般很少選用(yong)，尤其在(zai)裝置(zhi)內(nei)或寒冷地區(qu)更不能選用(yong)這(zhe)種(zhong)(zhong)補償(chang)器。在(zai)裝置(zhi)外、廠(chang)區(qu)內(nei)或廠(chang)際之間的熱管(guan)道上，在(zai)布(bu)置(zhi)U形膨脹(zhang)彎管(guan)受空間位(wei)置(zhi)限(xian)制時可以(yi)選用(yong)，但盡量少用(yong)。
③. 布置方(fang)式
套(tao)筒(tong)式補償器(qi)只能用于直線熱(re)管道上吸收(shou)熱(re)伸長，不能用于彎(wan)管和空間(jian)管系。
套筒式(shi)補償(chang)器兩(liang)邊直管端(duan)點（根據(ju)補償(chang)器的(de)補償(chang)能力計算固定點的(de)位置），必須設置固定架(jia)。導向(xiang)支架(jia)布置要求和波紋管膨脹節的(de)布置要求相同。
