為了(le)防止管道熱(re)膨(peng)脹產生的(de)(de)(de)破壞作用(yong)，在管道設計中，應(ying)當(dang)對(dui)高(gao)溫(wen)管道進(jin)行(xing)熱(re)補(bu)償設計。管道的(de)(de)(de)熱(re)補(bu)償方法有兩種：一種是(shi)利(li)用(yong)管道自身的(de)(de)(de)柔性吸收其位移變(bian)形的(de)(de)(de)自然補(bu)償法；另一種是(shi)利(li)用(yong)在管道中設置適當(dang)形式(shi)的(de)(de)(de)補(bu)償器對(dui)管道進(jin)行(xing)補(bu)償的(de)(de)(de)方法。
管(guan)道(dao)在現場的(de)(de)(de)走向是根據工(gong)藝設備的(de)(de)(de)布(bu)置(zhi)情(qing)況(kuang)決定的(de)(de)(de)。利用改變管(guan)道(dao)走向、調整支(zhi)(zhi)撐點的(de)(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)或(huo)改變支(zhi)(zhi)吊架的(de)(de)(de)形(xing)式(shi)，增加(jia)管(guan)道(dao)自身的(de)(de)(de)柔性，以補償其熱膨脹和端(duan)點附加(jia)位(wei)(wei)移的(de)(de)(de)辦法(fa)稱(cheng)為管(guan)道(dao)自然補償。例如在管(guan)道(dao)中布(bu)置(zhi)適當的(de)(de)(de)L形(xing)、Z形(xing)或(huo)I形(xing)管(guan)段，即可(ke)有效(xiao)地增加(jia)管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)柔性。這種補償辦法(fa)結構簡(jian)單、運行可(ke)靠(kao)、投資(zi)少，所以被廣泛采(cai)用。
1. 金屬波紋(wen)管膨(peng)脹節
隨著大(da)直徑高溫管(guan)(guan)道(dao)(dao)的增多和金(jin)屬(shu)波(bo)紋管(guan)(guan)膨脹(zhang)(zhang)節(jie)制(zhi)造技術(shu)的提(ti)高，近(jin)年來金(jin)屬(shu)波(bo)紋管(guan)(guan)膨脹(zhang)(zhang)節(jie)在(zai)壓(ya)(ya)力管(guan)(guan)道(dao)(dao)中得到(dao)了廣泛應(ying)用(yong)。此種補(bu)(bu)償(chang)器制(zhi)造技術(shu)較為復雜，價格高。一般采用(yong)0.5~3mm薄不銹(xiu)鋼板制(zhi)造，耐壓(ya)(ya)低，補(bu)(bu)償(chang)能力大(da)，適用(yong)于低壓(ya)(ya)大(da)直徑高溫管(guan)(guan)道(dao)(dao)。但應(ying)當指出，在(zai)強度上它是管(guan)(guan)道(dao)(dao)中的薄弱環節(jie)，與自然補(bu)(bu)償(chang)比較可靠(kao)性差(cha)，應(ying)正(zheng)確選用(yong)與安裝(zhuang)。目前此種補(bu)(bu)償(chang)器尚無國家(jia)標(biao)(biao)準，各企業標(biao)(biao)準的波(bo)紋管(guan)(guan)參數(shu)尚不統一，但其(qi)制(zhi)造技術(shu)條(tiao)件已有國家(jia)標(biao)(biao)準GB/T 12777《金(jin)屬(shu)波(bo)紋管(guan)(guan)膨脹(zhang)(zhang)節(jie)制(zhi)造技術(shu)條(tiao)件》。
根據金(jin)屬波紋管膨脹節的結構和功能(neng)，其基(ji)本形式可分(fen)十大(da)類。如表3-16所(suo)示(shi)。
壓力管(guan)道常用(yong)的金(jin)屬波紋管(guan)膨脹節主要(yao)有單式(shi)(shi)軸向(xiang)型、復式(shi)(shi)拉桿(gan)型、單式(shi)(shi)鉸鏈(lian)型及彎管(guan)壓力平衡型等幾種。
①. 單式(shi)軸(zhou)向型(xing)膨脹節
單(dan)式(shi)軸(zhou)(zhou)向型膨脹節(jie)結構(gou)簡單(dan)、價格低，主要用(yong)于吸(xi)(xi)收(shou)軸(zhou)(zhou)向位(wei)移(yi)，在(zai)一定條件下可吸(xi)(xi)收(shou)少量角位(wei)移(yi)和軸(zhou)(zhou)向位(wei)移(yi)。用(yong)于吸(xi)(xi)收(shou)軸(zhou)(zhou)向位(wei)移(yi)的(de)單(dan)式(shi)軸(zhou)(zhou)向型膨脹節(jie)的(de)典型布置如(ru)圖 3-15 所示。
單式軸向型(xing)(xing)膨脹節屬于(yu)無(wu)約束型(xing)(xing)波紋(wen)膨脹節，不能承受波紋(wen)管(guan)壓力推力。選用時應注意下列問題(ti)。
a. 兩固(gu)定支座之(zhi)間(jian)的管道上只能布置一個該型膨脹節。
b. 固定支座必(bi)須有足夠(gou)的(de)強(qiang)度，以承受(shou)波紋(wen)管(guan)壓(ya)力(li)推力(li)。
c. 對管道(dao)必(bi)須進行嚴格保護，尤其(qi)是靠近波(bo)紋管膨脹節的(de)部位應設置導(dao)(dao)向架(jia)，第一個(ge)(ge)導(dao)(dao)向支架(jia)與膨脹節的(de)距離(li)應小于(yu)4DN,第二個(ge)(ge)導(dao)(dao)向支架(jia)與第一個(ge)(ge)導(dao)(dao)向支架(jia)的(de)距離(li)應不(bu)大(da)于(yu)14DN,以(yi)防(fang)止管道(dao)有彎曲或徑向偏(pian)移造成(cheng)膨脹節破壞。
②. 復(fu)式(shi)拉桿型(xing)膨脹(zhang)節
復(fu)式拉桿(gan)型(xing)膨(peng)脹(zhang)節(jie)的(de)安裝示意圖(tu)如圖(tu)3-16所(suo)示。管道呈Z形，補(bu)償器可吸(xi)收(shou)拉桿(gan)之間管道的(de)軸(zhou)向膨(peng)脹(zhang)量(liang)，拉桿(gan)承受(shou)內壓推(tui)力(li)，兩側管道的(de)膨(peng)脹(zhang)使補(bu)償器產生橫向位(wei)移，兩個膨(peng)脹(zhang)節(jie)均產生角位(wei)移。
③. 單(dan)式(shi)鉸(jiao)鏈型膨(peng)脹節
一般將兩個(ge)或(huo)三個(ge)單式鉸鏈型膨(peng)脹節布(bu)置在一個(ge)平面內，如圖(tu)3-17所示。工作(zuo)時(shi)利用每個(ge)膨(peng)脹節產生的(de)角位移來吸收(shou)管(guan)道的(de)熱膨(peng)脹。這種布(bu)置方法可吸收(shou)較大的(de)膨(peng)脹量。
④. 彎管壓力平衡型膨(peng)脹節
能平衡膨(peng)脹節(jie)的(de)壓(ya)力推(tui)力，可(ke)避免壓(ya)力推(tui)力作用(yong)在與(yu)其連接(jie)的(de)機器(qi)管嘴上，所以在與(yu)汽輪機、離心壓(ya)縮(suo)機等敏感設備連接(jie)的(de)管道上應用(yong)較多。安裝示意(yi)圖(tu)如(ru)圖(tu)3-18所示。
2. 球形(xing)補償器
①. 結構及工作原理
球形(xing)補(bu)償(chang)器的結構(gou)如圖(tu)3-19所(suo)示，其工作(zuo)原理如圖(tu)3-20(a)所(suo)示，球體(ti)可以(yi)繞本身軸線(xian)(xian)旋(xuan)轉［見圖(tu)3-20(b)],還可以(yi)向任意方向做折(zhe)曲運動［見圖(tu)3-20(c)].利用(yong)球形(xing)補(bu)償(chang)器的這些(xie)特點(dian)，可將其角度位(wei)移轉變(bian)為管道的直線(xian)(xian)位(wei)移來吸收(shou)管道的熱(re)膨脹(zhang)量，在轉變(bian)過程中(zhong)，為保證管道的直線(xian)(xian)性(xing)，球形(xing)補(bu)償(chang)器本身的角度也需要給予補(bu)償(chang)，因此，必須要兩個(ge)或(huo)三(san)個(ge)組成一(yi)組來使(shi)用(yong)，單個(ge)球形(xing)補(bu)償(chang)器是(shi)不能(neng)吸收(shou)直線(xian)(xian)位(wei)移的［見圖(tu)3-20(d)]。
球形補(bu)償器的三(san)個重要(yao)參(can)數指標是：球心距R、折曲(qu)角(jiao)0和位移量Δ.θ的大小由(you)(you)制造廠提供，與(yu)結構尺寸(cun)有(you)關，國(guo)內產(chan)品(pin)一般為30°,國(guo)外產(chan)品(pin)有(you)30°、15°等多(duo)種形式(shi)，其(qi)余(yu)兩(liang)項(xiang)R和Δ由(you)(you)設計確定。
②. 使(shi)用場合
a. 適用范圍 公稱壓(ya)力PN≤1.6MPa;設計溫度T≤350℃;公稱尺寸DN50~600mm.
b. 適用于輸送非易燃和無毒的熱(re)介(jie)質管道，如(ru)蒸汽、熱(re)水(shui)、凝結水(shui)、熱(re)油、熱(re)空氣等管道。有腐蝕性(xing)熱(re)介(jie)質的管道不宜使用。
c. 球形(xing)補(bu)償(chang)器的(de)補(bu)償(chang)量大，最適合在廠際之間或區域性的(de)較長距離的(de)熱(re)管(guan)道(dao)(dao)上使(shi)用(yong)。由于采用(yong)球形(xing)補(bu)償(chang)器比(bi)U形(xing)膨(peng)脹彎管(guan)少用(yong)很多彎頭，故也適用(yong)于對壓(ya)力降有要求的(de)熱(re)管(guan)道(dao)(dao)。另外，還(huan)可以使(shi)用(yong)在對接管(guan)載荷有限(xian)制(zhi)的(de)設備進(jin)出(chu)口(kou)管(guan)道(dao)(dao)上。
d. 球形補償器可吸收布置(zhi)在建(jian)筑物或儲罐之間的管道(dao)因(yin)基(ji)礎(chu)下沉而引起(qi)的相對位移。
e. 球形(xing)補償器可以緩解(jie)或消(xiao)除(chu)管道系統(tong)因地震而產生的超載(zai)應力(li)。
③. 布(bu)置(zhi)方式和補(bu)償量計算
a. 直線管道固定支架(jia)間 距(ju)如表3-17所示。
b. 水平Z形布置 有單向(xiang)式(shi)、雙向(xiang)式(shi)和三球式(shi)三種布置方式(shi)。
· 單(dan)向式
單向式(shi)包括單向A式(shi)和單向B式(shi)2種，如(ru)圖3-21所示(shi)。
單(dan)向A式的主要特征是球形(xing)補(bu)償(chang)器(qi)設在兩個(ge)固定(ding)支架(jia)之間(jian)，離其中一個(ge)固定(ding)支架(jia)（A點）很近，離另(ling)一個(ge)固定(ding)支架(jia)（B點）較(jiao)遠，這種布置只(zhi)吸收一個(ge)方向的位移。一般受(shou)到地形(xing)位置限制時用此布置方式。
單(dan)向B式的特征與單(dan)向A式相同(tong)，用在無位置(zhi)限(xian)制(zhi)的條(tiao)件下(xia)，與單(dan)向A式不同(tong)之處(chu)是熱脹終止位置(zhi)不同(tong)，以(yi)及固(gu)定(ding)支架(jia)1與②承受推力大小不同(tong)，如固(gu)定(ding)支架(jia)②與支架(jia)1相比，需要考慮(lv)(lv)管道載荷(he)的摩擦力，而固(gu)定(ding)支架(jia)1與支架(jia)②相比，需要考慮(lv)(lv)球(qiu)形(xing)補償器動作時的側向力。
單向式(shi)(shi)的位移量Δ、折曲(qu)角0、球心距R間(jian)關系為(wei)： 單向A式(shi)(shi) Δ=Rsin (0/2) （3-1) 、 單向B式(shi)(shi)Δ=2Rsin(0/2) （3-2)
· 雙向式
球形補償器設(she)在兩固定支架(jia)(jia)中間，而且離兩支架(jia)(jia)距(ju)離都較遠時，能吸收兩個方向的位移（見圖3-22),位移量Δ=Δ1+Δ2.布置時盡量使(shi)兩邊管(guan)段(duan)（A段(duan)、B段(duan)）相等(deng)，其Δ、R、0的關系式為： Δ1+Δ2=2Rsin(0/2)（3-3)
· 三(san)球(qiu)式
當整(zheng)條管道不能吸(xi)收橫向位(wei)移(yi)時，應采用此種形(xing)式，用第(di)三(san)個球(qiu)吸(xi)收管道的(de)橫向位(wei)移(yi)（見圖3-23).位(wei)移(yi)Δ、球(qiu)心距R、折曲角0的(de)關系式為Δ=2Rsin(0/2)（3-4)
圖3-23中R1、β和橫向位移(yi)Δ:的(de)關系式為(wei) Δ=Risinβ（3-5)式中，β不能(neng)大于(yu)球形(xing)補償器全折曲角8的(de)一(yi)半。
c. 水平L形布置(zhi)
水平L形布置(zhi)可吸(xi)收(shou)兩段相互垂直管道的位移（見圖(tu)3-24)。
確定(ding)兩(liang)球中心(xin)間(jian)距R1、R2時，先(xian)用直線段L1、L2按式(shi)（3-6)計算位移量Δ1、Δ2,兩(liang)者中的(de)(de)較大值Δ,并按式(shi)（3-1)計算出(chu)中心(xin)距，而后(hou)將求出(chu)的(de)(de)數值乘以1.5,作(zuo)為＝R2的(de)(de)數值，然(ran)(ran)后(hou)用R1、R2按式(shi)（3-7)及實際的(de)(de)Δ1及Δ2重(zhong)新求出(chu)01和02.檢查01＋02=0:是否(fou)超過制造廠規定(ding)的(de)(de)折曲角（03<30°),如(ru)果超過則(ze)需加(jia)長球心(xin)距，然(ran)(ran)后(hou)重(zhong)計算。
Δ=αtL(t1-to)（3-6)
中Δ 熱膨脹量，mm;
L-管道(dao)直線(xian)長度，mm;
r1-管道工作溫度，℃;
t0-管道安裝溫度，℃;
Q:-管材在工作溫度下的線(xian)脹系數，1/℃.
必須注意，實際R1、R2值要比(bi)計算值大，以保證留有余量(liang)。
d. 垂直面布置
· 垂直Z形布(bu)置的原(yuan)理(li)及計算式與水平Z形布(bu)置相同（見圖3-25).
· 兩組球形補償器組合垂直布(bu)置 利用(yong)球形補償器的工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)，在(zai)實際應(ying)用(yong)中，將訴組布(bu)置在(zai)一起，既方便支架的布(bu)置，又整齊美(mei)觀。但要(yao)注意，兩組中間一定要(yao)用(yong)固定支架（見圖3-26).
e. 球形(xing)補償器(qi)附近的(de)彎頭(tou)至第一個導(dao)向支(zhi)架的(de)距離
例如圖(tu)3-21(a)及(ji)圖(tu)3-25中彎頭E點(dian)至導向支(zhi)(zhi)架(jia)G點(dian)的(de)距離，應滿(man)足柔性的(de)要(yao)求。球形(xing)補(bu)償器前后兩個彎頭之間的(de)管長的(de)熱膨脹量設為Δ,可(ke)作為EG段(duan)柔性計(ji)算依據，但由于球形(xing)補(bu)償器在位移(yi)過程中，其軌跡(ji)是弧(hu)線(xian)，所(suo)以在球形(xing)補(bu)償器附近將產生偏移(yi)量y,當(dang)球形(xing)補(bu)償器從中心(xin)線(xian)向一(yi)個方(fang)向擺動時,對(dui)于垂直(zhi)Z形(xing)布置(zhi)的(de)管道（見(jian)圖(tu)3-25),如有(you)特(te)殊要(yao)求，必須在彎頭E點(dian)附近設置(zhi)支(zhi)(zhi)架(jia)時，應采用彈簧支(zhi)(zhi)架(jia)。
f. 在分(fen)支管(guan)上布(bu)置球形補償器
當(dang)主管與分(fen)支管在同一平面時，可按(an)圖3-27所(suo)示方式布置(zhi)(zhi)(zhi)。當(dang)主管有較大位(wei)移時，可按(an)圖3-27(a)布置(zhi)(zhi)(zhi)。帶(dai)球(qiu)形(xing)補(bu)償器的(de)分(fen)支管的(de)x長(chang)度應(ying)滿(man)足前(qian)面第e點(dian)所(suo)述位(wei)移ΔR的(de)要(yao)求。當(dang)不能布置(zhi)(zhi)(zhi)成(cheng)吸收段“x”時，可采(cai)用三球(qiu)布置(zhi)(zhi)(zhi)方式，見圖3-27(b),其計算方法與L形(xing)布置(zhi)(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(yin)起的反作用力(li)(li)F1可按下式(shi)計算
F1=2M/R1（3-12)
式(shi)中 F1-轉動力矩而引(yin)起的反作用力，N;
M-球(qiu)形補償器(qi)轉動力矩(ju)（由(you)制造廠(chang)提供），N·m;
R1-球(qiu)心(xin)距在作(zuo)用面(mian)上(shang)的投影長度，m,R1=Rcos(0/2)(當0小于30°時，可取R1~R).
3. 套(tao)筒式補償(chang)器(qi)（填料函(han)式管道伸縮節）
①. 主要結構類型
a. 重(zhong)載套筒式補償器(qi)
其(qi)內(nei)部(bu)沒有內(nei)壓平衡結構，端部(bu)固定點(dian)需承受(shou)彎(wan)管或閥門、盲板的內(nei)壓推力（見圖3-28).
b. 減載套筒(tong)式補償器
其內(nei)部(bu)有(you)內(nei)壓(ya)平衡(heng)結構，端部(bu)的(de)彎管或閥門、盲板的(de)內(nei)壓(ya)推(tui)力與補償器內(nei)部(bu)構件的(de)軸向承壓(ya)面所受的(de)內(nei)壓(ya)推(tui)力平衡(heng)，所以(yi)(yi)固定支架可以(yi)(yi)不(bu)考(kao)慮內(nei)壓(ya)推(tui)力的(de)作用，但目前尚(shang)無定型產品和標(biao)準，選用時要慎重。
②. 使用(yong)場合
a. 適用范圍(wei)。公稱壓力：PN≤2.5MPa;工(gong)作溫度(du)≤200℃;公稱尺寸(cun)：DN50~600mm;輸送介質：蒸汽、水。
b. 這種補償(chang)器有易(yi)泄(xie)漏(lou)和(he)軸向推力較(jiao)大的缺點，一般很少選用(yong)(yong)，尤其在裝置(zhi)內(nei)或寒(han)冷地(di)區更不能選用(yong)(yong)這種補償(chang)器。在裝置(zhi)外(wai)、廠區內(nei)或廠際之間的熱管道上，在布置(zhi)U形膨脹彎管受(shou)空間位置(zhi)限(xian)制時(shi)可以選用(yong)(yong)，但盡量少用(yong)(yong)。
③. 布置方式(shi)
套筒式補償器只(zhi)能用于(yu)(yu)直線(xian)熱(re)管(guan)道(dao)上吸收熱(re)伸長(chang)，不能用于(yu)(yu)彎管(guan)和(he)空間(jian)管(guan)系(xi)。
套筒式補償器(qi)兩邊直管端點（根(gen)據(ju)補償器(qi)的(de)補償能力計算固(gu)定(ding)點的(de)位(wei)置），必須設(she)置固(gu)定(ding)架(jia)。導向支架(jia)布(bu)置要(yao)求和波紋(wen)管膨(peng)脹節的(de)布(bu)置要(yao)求相同。
