為了防(fang)止(zhi)管(guan)(guan)道(dao)熱(re)膨脹產生的(de)破壞作用，在(zai)管(guan)(guan)道(dao)設(she)(she)計中，應當對(dui)高(gao)溫管(guan)(guan)道(dao)進行熱(re)補償(chang)(chang)(chang)設(she)(she)計。管(guan)(guan)道(dao)的(de)熱(re)補償(chang)(chang)(chang)方法有兩種：一種是利(li)用管(guan)(guan)道(dao)自身的(de)柔性(xing)吸收其(qi)位移變(bian)形(xing)(xing)的(de)自然(ran)補償(chang)(chang)(chang)法；另一種是利(li)用在(zai)管(guan)(guan)道(dao)中設(she)(she)置適當形(xing)(xing)式(shi)的(de)補償(chang)(chang)(chang)器對(dui)管(guan)(guan)道(dao)進行補償(chang)(chang)(chang)的(de)方法。
管(guan)道(dao)(dao)在(zai)現場的(de)走向是根(gen)據(ju)工藝設(she)備的(de)布(bu)置情(qing)況(kuang)決定的(de)。利用(yong)改變管(guan)道(dao)(dao)走向、調整支撐點的(de)位置或改變支吊架的(de)形(xing)(xing)式(shi)，增加(jia)管(guan)道(dao)(dao)自身的(de)柔性，以補償(chang)其熱膨脹和端點附加(jia)位移的(de)辦法稱為管(guan)道(dao)(dao)自然補償(chang)。例(li)如在(zai)管(guan)道(dao)(dao)中布(bu)置適當的(de)L形(xing)(xing)、Z形(xing)(xing)或I形(xing)(xing)管(guan)段，即(ji)可有效地增加(jia)管(guan)道(dao)(dao)的(de)柔性。這種補償(chang)辦法結(jie)構簡(jian)單(dan)、運行可靠、投資少，所以被(bei)廣(guang)泛采用(yong)。
1. 金(jin)屬(shu)波紋管(guan)膨(peng)脹(zhang)節
隨著(zhu)大(da)直(zhi)(zhi)徑高(gao)溫管(guan)(guan)道的(de)增多和金(jin)屬(shu)波紋(wen)管(guan)(guan)膨(peng)脹節(jie)(jie)制造(zao)技(ji)術的(de)提高(gao)，近年來金(jin)屬(shu)波紋(wen)管(guan)(guan)膨(peng)脹節(jie)(jie)在壓力管(guan)(guan)道中得到了廣泛(fan)應用(yong)。此種補(bu)償(chang)器制造(zao)技(ji)術較為復(fu)雜，價格(ge)高(gao)。一般采用(yong)0.5~3mm薄(bo)(bo)不(bu)銹鋼板制造(zao)，耐壓低(di)，補(bu)償(chang)能力大(da)，適用(yong)于低(di)壓大(da)直(zhi)(zhi)徑高(gao)溫管(guan)(guan)道。但(dan)應當指出，在強(qiang)度上(shang)它(ta)是管(guan)(guan)道中的(de)薄(bo)(bo)弱環節(jie)(jie)，與(yu)自然(ran)補(bu)償(chang)比較可(ke)靠性差(cha)，應正確(que)選(xuan)用(yong)與(yu)安裝。目前此種補(bu)償(chang)器尚(shang)無國家(jia)標(biao)準(zhun)，各企業標(biao)準(zhun)的(de)波紋(wen)管(guan)(guan)參數尚(shang)不(bu)統一，但(dan)其制造(zao)技(ji)術條(tiao)件已有國家(jia)標(biao)準(zhun)GB/T 12777《金(jin)屬(shu)波紋(wen)管(guan)(guan)膨(peng)脹節(jie)(jie)制造(zao)技(ji)術條(tiao)件》。
根據(ju)金屬(shu)波紋(wen)管膨脹節的結構和功能(neng)，其(qi)基(ji)本形式可分十大類(lei)。如(ru)表3-16所(suo)示(shi)。
壓力(li)管(guan)道常用的金屬波(bo)紋管(guan)膨脹(zhang)節主要有單式軸向型(xing)、復式拉(la)桿型(xing)、單式鉸(jiao)鏈型(xing)及彎(wan)管(guan)壓力(li)平衡型(xing)等幾種。
①. 單式軸向型(xing)膨脹節(jie)
單(dan)式軸向(xiang)型(xing)(xing)膨(peng)脹(zhang)節結(jie)構簡(jian)單(dan)、價(jia)格低，主(zhu)要(yao)用(yong)于吸(xi)收(shou)軸向(xiang)位(wei)(wei)移(yi)(yi)，在一(yi)定條(tiao)件(jian)下可吸(xi)收(shou)少量(liang)角位(wei)(wei)移(yi)(yi)和軸向(xiang)位(wei)(wei)移(yi)(yi)。用(yong)于吸(xi)收(shou)軸向(xiang)位(wei)(wei)移(yi)(yi)的(de)單(dan)式軸向(xiang)型(xing)(xing)膨(peng)脹(zhang)節的(de)典型(xing)(xing)布置如圖 3-15 所示。
單式軸(zhou)向型膨脹節屬于無約束(shu)型波紋膨脹節，不能(neng)承受波紋管壓(ya)力(li)推(tui)力(li)。選用時應注(zhu)意下列(lie)問題。
a. 兩(liang)固定支座之間的管道上(shang)只能布置一(yi)個該型(xing)膨脹節。
b. 固定支座必(bi)須有足夠的強度，以承(cheng)受波紋管壓力推力。
c. 對管(guan)道必(bi)須(xu)進行嚴格保(bao)護，尤其是靠近波紋管(guan)膨脹(zhang)節(jie)的部(bu)位(wei)應(ying)設置導向(xiang)架(jia)，第一個導向(xiang)支(zhi)架(jia)與膨脹(zhang)節(jie)的距(ju)離應(ying)小于(yu)4DN,第二個導向(xiang)支(zhi)架(jia)與第一個導向(xiang)支(zhi)架(jia)的距(ju)離應(ying)不大于(yu)14DN,以防止管(guan)道有(you)彎(wan)曲或(huo)徑向(xiang)偏移造成膨脹(zhang)節(jie)破壞。
②. 復式拉桿型膨脹節
復式(shi)拉(la)桿型膨(peng)(peng)脹(zhang)節的(de)安裝示意圖如圖3-16所示。管道(dao)呈Z形，補(bu)償(chang)器可吸(xi)收拉(la)桿之間管道(dao)的(de)軸(zhou)向膨(peng)(peng)脹(zhang)量，拉(la)桿承受(shou)內壓推力(li)，兩側管道(dao)的(de)膨(peng)(peng)脹(zhang)使補(bu)償(chang)器產生橫(heng)向位移，兩個膨(peng)(peng)脹(zhang)節均產生角位移。
③. 單(dan)式(shi)鉸鏈型膨(peng)脹節
一般將兩個(ge)或三(san)個(ge)單式(shi)鉸鏈型膨(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)節布置在(zai)一個(ge)平面內，如(ru)圖3-17所示。工作時利用(yong)每(mei)個(ge)膨(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)節產生(sheng)的(de)角位移來吸收管(guan)道的(de)熱(re)膨(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)。這種布置方法可吸收較大的(de)膨(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)量。
④. 彎(wan)管(guan)壓力(li)平(ping)衡(heng)型膨脹節
能平衡膨脹節的壓(ya)力(li)推力(li)，可避免(mian)壓(ya)力(li)推力(li)作用在(zai)與(yu)(yu)其連(lian)(lian)接(jie)的機器管嘴上(shang)，所以(yi)在(zai)與(yu)(yu)汽輪機、離心壓(ya)縮機等敏感設備連(lian)(lian)接(jie)的管道上(shang)應用較多。安裝(zhuang)示意圖如(ru)圖3-18所示。
2. 球(qiu)形補償(chang)器
①. 結(jie)構及(ji)工作原理
球(qiu)(qiu)形(xing)補償器(qi)的(de)(de)(de)結(jie)構如圖3-19所示(shi)，其工作原理如圖3-20(a)所示(shi)，球(qiu)(qiu)體可以繞本身軸線(xian)旋轉(zhuan)［見(jian)圖3-20(b)],還可以向任意方向做折(zhe)曲運動［見(jian)圖3-20(c)].利用球(qiu)(qiu)形(xing)補償器(qi)的(de)(de)(de)這些特點，可將其角度位移(yi)(yi)(yi)轉(zhuan)變為管道的(de)(de)(de)直線(xian)位移(yi)(yi)(yi)來吸收管道的(de)(de)(de)熱膨(peng)脹量，在(zai)轉(zhuan)變過(guo)程中，為保證管道的(de)(de)(de)直線(xian)性(xing)，球(qiu)(qiu)形(xing)補償器(qi)本身的(de)(de)(de)角度也(ye)需要(yao)給予補償，因此，必(bi)須(xu)要(yao)兩個(ge)(ge)或三個(ge)(ge)組(zu)成一組(zu)來使(shi)用，單個(ge)(ge)球(qiu)(qiu)形(xing)補償器(qi)是不能吸收直線(xian)位移(yi)(yi)(yi)的(de)(de)(de)［見(jian)圖3-20(d)]。
球(qiu)形(xing)補(bu)償器的三(san)個重要參(can)數(shu)指標是：球(qiu)心距R、折曲角(jiao)0和位移量Δ.θ的大小由制(zhi)造廠提供，與結構尺寸有關(guan)，國內產(chan)品一般為30°,國外(wai)產(chan)品有30°、15°等多(duo)種形(xing)式(shi)，其余兩(liang)項(xiang)R和Δ由設(she)計確定(ding)。
②. 使用場合
a. 適(shi)用范圍 公稱(cheng)壓(ya)力PN≤1.6MPa;設計溫度T≤350℃;公稱(cheng)尺寸DN50~600mm.
b. 適用于輸送非易燃和(he)無毒(du)的熱介質(zhi)管道，如(ru)蒸(zheng)汽、熱水、凝結水、熱油(you)、熱空氣等管道。有腐蝕性熱介質(zhi)的管道不宜(yi)使用。
c. 球形補償(chang)器的(de)補償(chang)量大，最適合(he)在(zai)(zai)廠際之間或區(qu)域性(xing)的(de)較長(chang)距離的(de)熱管(guan)道上(shang)使用(yong)。由于采用(yong)球形補償(chang)器比(bi)U形膨脹彎管(guan)少用(yong)很多彎頭，故也(ye)適用(yong)于對壓力降有要求的(de)熱管(guan)道。另外，還可以使用(yong)在(zai)(zai)對接管(guan)載(zai)荷有限制的(de)設(she)備進出口管(guan)道上(shang)。
d. 球形補償器可(ke)吸收布置在建筑物或儲罐(guan)之間的管道因基礎下沉而(er)引(yin)起的相對位移(yi)。
e. 球形補償器可(ke)以緩解或消(xiao)除(chu)管道系統因(yin)地震(zhen)而產生(sheng)的超載應力(li)。
③. 布置方(fang)式和補償量計算
a. 直線管道固定支架間(jian) 距如表3-17所示。
b. 水平Z形布(bu)置(zhi) 有單(dan)向式(shi)、雙(shuang)向式(shi)和三球式(shi)三種布(bu)置(zhi)方式(shi)。
· 單向式
單(dan)向(xiang)式包(bao)括(kuo)單(dan)向(xiang)A式和單(dan)向(xiang)B式2種(zhong)，如圖3-21所示。
單向A式的(de)主要(yao)特征是球形(xing)補償器設在(zai)兩個固定(ding)支(zhi)架之間，離其中(zhong)一個固定(ding)支(zhi)架（A點(dian)）很近，離另一個固定(ding)支(zhi)架（B點(dian)）較遠(yuan)，這種布(bu)置(zhi)(zhi)只(zhi)吸收一個方向的(de)位移。一般受到地形(xing)位置(zhi)(zhi)限制時用(yong)此布(bu)置(zhi)(zhi)方式。
單(dan)向(xiang)(xiang)B式(shi)(shi)的特(te)征(zheng)與單(dan)向(xiang)(xiang)A式(shi)(shi)相同(tong)，用在(zai)無(wu)位(wei)置限制的條件下，與單(dan)向(xiang)(xiang)A式(shi)(shi)不(bu)(bu)同(tong)之處是熱(re)脹終止位(wei)置不(bu)(bu)同(tong)，以及固定支(zhi)(zhi)架(jia)(jia)(jia)1與②承受(shou)推(tui)力(li)(li)大小不(bu)(bu)同(tong)，如(ru)固定支(zhi)(zhi)架(jia)(jia)(jia)②與支(zhi)(zhi)架(jia)(jia)(jia)1相比，需(xu)要考(kao)慮管道載(zai)荷的摩擦(ca)力(li)(li)，而固定支(zhi)(zhi)架(jia)(jia)(jia)1與支(zhi)(zhi)架(jia)(jia)(jia)②相比，需(xu)要考(kao)慮球形(xing)補(bu)償器動(dong)作時的側向(xiang)(xiang)力(li)(li)。
單向(xiang)(xiang)式(shi)的位移量Δ、折(zhe)曲(qu)角0、球心(xin)距(ju)R間(jian)關系為： 單向(xiang)(xiang)A式(shi) Δ=Rsin (0/2) （3-1) 、 單向(xiang)(xiang)B式(shi)Δ=2Rsin(0/2) （3-2)
· 雙向(xiang)式(shi)
球形(xing)補償器設在(zai)兩(liang)固定支(zhi)架(jia)中(zhong)間，而且離(li)兩(liang)支(zhi)架(jia)距離(li)都較遠時(shi)，能吸收(shou)兩(liang)個方向的位移（見圖3-22),位移量(liang)Δ=Δ1+Δ2.布置時(shi)盡量(liang)使兩(liang)邊(bian)管段（A段、B段）相等，其Δ、R、0的關系式為(wei)： Δ1+Δ2=2Rsin(0/2)（3-3)
· 三球式(shi)
當(dang)整條管(guan)道(dao)不能吸收橫向位(wei)移(yi)時，應采用(yong)此(ci)種(zhong)形式，用(yong)第三(san)個(ge)球吸收管(guan)道(dao)的(de)橫向位(wei)移(yi)（見圖(tu)3-23).位(wei)移(yi)Δ、球心距R、折(zhe)曲(qu)角0的(de)關系(xi)式為Δ=2Rsin(0/2)（3-4)
圖(tu)3-23中(zhong)R1、β和橫(heng)向(xiang)位(wei)移(yi)Δ:的關系(xi)式(shi)為 Δ=Risinβ（3-5)式(shi)中(zhong)，β不能大于球形(xing)補償(chang)器全折曲角8的一半(ban)。
c. 水平L形布(bu)置
水平L形布置可吸收兩段(duan)相互(hu)垂直管道的(de)位移（見圖(tu)3-24)。
確定兩(liang)球中心(xin)間距R1、R2時，先(xian)用直(zhi)線段L1、L2按式（3-6)計(ji)算位移(yi)量Δ1、Δ2,兩(liang)者中的較大值Δ,并按式（3-1)計(ji)算出(chu)中心(xin)距，而后將求出(chu)的數(shu)值乘(cheng)以1.5,作(zuo)為＝R2的數(shu)值，然(ran)后用R1、R2按式（3-7)及實際的Δ1及Δ2重新(xin)求出(chu)01和02.檢查(cha)01＋02=0:是(shi)否(fou)超過(guo)制造廠(chang)規定的折曲角（03<30°),如果超過(guo)則需加(jia)長球心(xin)距，然(ran)后重計(ji)算。
Δ=αtL(t1-to)（3-6)
中Δ 熱膨脹量，mm;
L-管道直線長度，mm;
r1-管道工(gong)作溫(wen)度(du)，℃;
t0-管道(dao)安裝溫度，℃;
Q:-管(guan)材在工作(zuo)溫度下(xia)的線脹系數，1/℃.
必須注意，實際R1、R2值(zhi)要比計算值(zhi)大，以保證留有余(yu)量。
d. 垂直面布置
· 垂直Z形(xing)布(bu)置的原理及計(ji)算式(shi)與(yu)水平Z形(xing)布(bu)置相同（見圖3-25).
· 兩(liang)組(zu)球(qiu)形(xing)補償(chang)(chang)器組(zu)合垂直布置 利(li)用(yong)球(qiu)形(xing)補償(chang)(chang)器的工(gong)作原理，在實(shi)際應用(yong)中(zhong)，將(jiang)訴組(zu)布置在一起(qi)，既方便支架的布置，又整齊(qi)美觀。但(dan)要(yao)(yao)注(zhu)意，兩(liang)組(zu)中(zhong)間一定(ding)要(yao)(yao)用(yong)固定(ding)支架（見圖3-26).
e. 球(qiu)形(xing)補償器附近的(de)彎(wan)頭至第一個導向支架的(de)距離(li)
例如(ru)圖3-21(a)及圖3-25中(zhong)彎(wan)頭(tou)E點至導(dao)向支(zhi)架(jia)G點的距離，應(ying)滿足柔(rou)性的要(yao)求。球(qiu)形補償(chang)(chang)器(qi)前后(hou)兩個彎(wan)頭(tou)之間的管長(chang)的熱(re)膨脹量設(she)為Δ,可(ke)作為EG段柔(rou)性計(ji)算依據，但(dan)由于(yu)球(qiu)形補償(chang)(chang)器(qi)在(zai)位移過(guo)程中(zhong)，其(qi)軌跡(ji)是弧線(xian)(xian)，所以(yi)在(zai)球(qiu)形補償(chang)(chang)器(qi)附近(jin)(jin)將產生(sheng)偏(pian)移量y,當球(qiu)形補償(chang)(chang)器(qi)從中(zhong)心線(xian)(xian)向一個方向擺動時,對(dui)于(yu)垂直(zhi)Z形布置(zhi)的管道(dao)（見圖3-25),如(ru)有特殊要(yao)求，必須在(zai)彎(wan)頭(tou)E點附近(jin)(jin)設(she)置(zhi)支(zhi)架(jia)時，應(ying)采用彈(dan)簧支(zhi)架(jia)。
f. 在分(fen)支管上布置球形(xing)補(bu)償器(qi)
當(dang)主管與(yu)分支管在同一(yi)平面(mian)時(shi)，可按圖(tu)3-27所(suo)示方式布(bu)置(zhi)(zhi)。當(dang)主管有較大位(wei)移時(shi)，可按圖(tu)3-27(a)布(bu)置(zhi)(zhi)。帶球(qiu)(qiu)形補(bu)償(chang)器的(de)分支管的(de)x長度應滿(man)足前面(mian)第(di)e點所(suo)述位(wei)移ΔR的(de)要求。當(dang)不能布(bu)置(zhi)(zhi)成(cheng)吸收段“x”時(shi)，可采用三球(qiu)(qiu)布(bu)置(zhi)(zhi)方式，見圖(tu)3-27(b),其(qi)計算方法與(yu)L形布(bu)置(zhi)(zhi)計算相同。
④. 反作用力計算
球形補償器轉動力(li)(li)矩M引起的反作(zuo)用力(li)(li)F1可按下式計算
F1=2M/R1（3-12)
式中 F1-轉動力矩而引起的反作(zuo)用力，N;
M-球形補(bu)償器(qi)轉動力(li)矩（由制造廠提供），N·m;
R1-球心距在作(zuo)用面上的投影長度，m,R1=Rcos(0/2)(當0小于(yu)30°時，可取R1~R).
3. 套筒式(shi)(shi)補償器（填料函式(shi)(shi)管道伸縮(suo)節）
①. 主要結構類(lei)型
a. 重載套筒式補償器
其內部沒有內壓平衡結構(gou)，端(duan)部固(gu)定點(dian)需承受彎(wan)管(guan)或閥門、盲板的內壓推力(li)（見圖(tu)3-28).
b. 減載(zai)套筒式補償器
其內部(bu)(bu)有內壓平衡(heng)(heng)結(jie)構(gou)，端部(bu)(bu)的(de)彎(wan)管或閥門、盲板的(de)內壓推力(li)與補償器(qi)內部(bu)(bu)構(gou)件的(de)軸向承壓面所受的(de)內壓推力(li)平衡(heng)(heng)，所以(yi)固(gu)定(ding)支架可以(yi)不考慮內壓推力(li)的(de)作(zuo)用，但目(mu)前尚無定(ding)型產品(pin)和標準(zhun)，選用時要慎重(zhong)。
②. 使用場(chang)合
a. 適用范圍。公(gong)稱壓(ya)力：PN≤2.5MPa;工作(zuo)溫度≤200℃;公(gong)稱尺寸：DN50~600mm;輸(shu)送(song)介質(zhi)：蒸(zheng)汽、水(shui)。
b. 這種補(bu)償器(qi)有易泄漏和(he)軸向推力較大(da)的(de)(de)缺點，一般很少(shao)選(xuan)用，尤其(qi)在(zai)(zai)裝置內(nei)或(huo)(huo)寒冷地區(qu)(qu)更不能(neng)選(xuan)用這種補(bu)償器(qi)。在(zai)(zai)裝置外、廠區(qu)(qu)內(nei)或(huo)(huo)廠際之間的(de)(de)熱(re)管道上(shang)，在(zai)(zai)布置U形膨脹彎管受空間位置限(xian)制時可以選(xuan)用，但盡(jin)量少(shao)用。
③. 布置方式
套筒式補償器只能用于直線熱管道上(shang)吸收熱伸長，不能用于彎管和空(kong)間管系。
套筒式補償(chang)器兩邊直管端(duan)點（根據(ju)補償(chang)器的(de)補償(chang)能力(li)計算固定點的(de)位置），必須設(she)置固定架(jia)。導向支架(jia)布置要求和波紋管膨脹節的(de)布置要求相同。
