火電廠金屬波紋管補償器的分類及性能安裝指導

1、火力電廠波紋補償器一概述補償器又稱膨脹節(jié)，在管系中采用波紋補償器可以在承受系統(tǒng)壓力的同時吸收因溫差引起的熱膨脹。補償器由波紋元件及接管（筒節(jié)）、導流筒、外護管、端板等相關結構件構成。在冶金、石油、化工、電力、供熱和制冷系統(tǒng)以及低溫設備中獲得了成功的應用，可吸收對軸向、橫向和角向位移。其典型的工作條件為：壓力從真空至6.4MPa，溫度從-200至1350.與一般的管道元件不同，波紋管是用相當薄的材料制作而成，以便使它具有足夠的柔性，可以吸收在使用中預期出現(xiàn)的機械位移和熱位移，也能起到吸振降噪的作用。在設計、制造、運輸、安裝和測試等各個環(huán)節(jié)都必須注意這種產品的獨特之處。二波紋管設計與主要性能參數(shù)波

2、紋管是波紋管補償器的核心部件，是其關鍵功能元件。波紋管補償器的性能主要取決于波紋管元件。2.1 波紋管波形結構的分類波紋管的波形結構分為U形、形、S形、C形等，不同的波形有不同的性能特點。2.1.1 U形波紋管的特點 U形波紋管是目前應用最多的一種波形。其特點是：在同等壁厚條件下承壓能力較高，補償能力較大，應力分布均勻，疲勞壽命較高，綜合性能好。U形波紋管的性能主要取決于壁厚、波高、波距、層數(shù)等。2.1.2 形波紋管的特點 形波紋管特點是截面能耐高壓，但補償能力低，剛度值低。適用于壓力高、位移量小、撓曲小的場合使用，制造工藝復雜。2.1.3 C形波紋管的特點 C形波紋管特點是承壓能力較高，補償

3、能力低，剛度值高，制造工藝簡單。一般情況下不采用。2.1.4 S形波紋管的特點S形波紋管特點是承壓能力較高，但補償能力略低，工藝性較差，制造比較復雜，但不易產生應力集中，波紋管受力狀態(tài)較好，剛度值低于U形。在既要耐壓高，又要求較大位移時，可采用S形波紋管。目前，波紋管補償器絕大多數(shù)采用U形波紋管。U形波紋管工藝性好，便于加工，耐壓能力和補償能力較好，無增強U 型波紋管一般適用于壓力2.5MPa以下場合。2.2 U形波紋管按層數(shù)分類可分為單層波紋管和多層波紋管。單層波紋管由一層管壁組成，容易制造，但補償能力一般。多層波紋管由多層管壁組成，如同多個薄片彈簧，因而剛度小。與單層波紋管相比，在總的管壁

4、厚度和波形相同條件下，多層波紋管容易變形，補償能力大。變形所產生的應力較小，疲勞壽命高。因此，它可滿足大補償量與高壓力沖擊的要求（單層波紋管要求管壁薄，波紋深；多層波紋管要求管璧厚，波紋淺）在一定的工作條件下，即一定的壓力、補償量與疲勞壽命下，多層波紋管比單層波紋管外徑較小，長度較短。使得多層波紋膨脹節(jié)結構緊湊，可節(jié)省材料，制造時成形容易。由于波高小，設置外套筒保護容易，安裝支撐和間隔方便。當波紋膨脹節(jié)用于腐蝕環(huán)境時，多層波紋管只需在內、外層用耐腐蝕材料制造，因而可節(jié)省貴重金屬。有時為了防腐，內、外層可用較大板厚的材料制造。此外，如果管壁內層由于某一原因，如腐蝕、缺陷、疲勞、安裝等而出現(xiàn)裂紋，

5、雖然內層已經泄漏，但其它層仍能起密封作用，這樣多層波紋膨脹節(jié)不易出現(xiàn)突發(fā)性破壞，可延長檢修周期。2.3 U形波紋管主要幾何參數(shù)與主要性能的關系2.3.1 承壓能力壁厚越厚，承壓能力越高。波高越高，承壓能力越低。波距對承壓能力影響不大。2.3.2 單波補償能力在工作壓力、疲勞壽命確定的條件下，一個波能吸收的位移能力，在確定的疲勞壽命、滿足工作壓力、工作溫度的條件下，波紋壁厚越厚，補償能力越差，波高越高補償能力越大，波距大小是一個雙重變化。波距越大，有可能補償能力增大，但增大到一定量時，補償能力反而下降。在同等壁厚、波高、波距，滿足同等工作壓力的條件下，多層波紋管的補償能力比單層大。2.3.3 剛

6、度 是指波紋管產生單位位移所需要的力。對于相同口徑相同壓力的波紋管，剛度大小是衡量波紋管性能好壞的參數(shù)之一。壁厚越厚，剛度值越大。波高越高，剛度值越低。波距越小剛度值越低。波數(shù)越多，剛度值越低。在同等總壁厚的情況下，層數(shù)越多，剛度值越低。如，壁厚2mm單層波紋管的剛度值比2層1mm多層波紋管的剛度值要高出4倍。2.3.4 疲勞壽命是指在正常工作條件下，波紋管能正常工作的最小循環(huán)次數(shù)。波數(shù)越多，疲勞壽命越高。位移量越小，疲勞壽命越高。工作壓力越低，疲勞壽命越高。一般說，多層波紋管疲勞壽命比單層高。波高、波距對疲勞壽命的影響比較復雜，是一個綜合影響。2.3.5 穩(wěn)定性 平面失穩(wěn)多指一個或多個波紋平

7、面發(fā)生偏轉或翹曲，即這些波紋所在的平面不再與管軸線保持垂直。一般，波數(shù)越多、波高越高、層數(shù)越多、使用壓力越高的波紋管越容易發(fā)生平面失穩(wěn)現(xiàn)象，是受綜合因素影響的。主要的力學因素是由于內壓引起的沿徑線作用的彎曲應力過大，在波峰與波谷處形成塑性鉸。這種情況一般產生于通徑較大的波紋管。 柱狀失穩(wěn)是一種類似于細長壓桿失穩(wěn)的現(xiàn)象。這種情況多發(fā)生于波紋管長度與直徑之比相對較大的波紋管。出現(xiàn)失穩(wěn)時，波紋管中部突然出現(xiàn)側向大變形，而兩端仍保持固定。一般，波數(shù)越多、剛度值越低、通徑越小的波紋管容易發(fā)生柱狀失穩(wěn)。2.4 波紋管常用材料與波紋管性能之間的關系波紋管材料選用主要取決于波紋管的工作條件與環(huán)境。其材料對波紋

8、管壽命影響很大。制造波紋管的常用材料有：低碳鋼、不銹鋼、銅或銅合金（一般用于化工行業(yè)）、鋁或鋁合金、鈦或鈦合金等還有其它高分子材料如聚四氟乙烯。2.4.1 低碳鋼材料波紋管用于腐蝕性不強，壓力不高的煙風管道上，一般很少采用。2.4.2 不銹鋼材料波紋管多用奧氏體不銹鋼薄板制造，管道用波紋管的厚度一般在0.43mm。這是因為波紋管在壓力和位移作用下，壓力水平相當高，波峰和波谷部分基本上處在塑性范圍內工作，如果處于腐蝕環(huán)境，則高應力部位是很危險的。若壁厚太厚，在同樣位移作用下波紋管的應力反而會升高，波紋管材料更加容易產生腐蝕作用。所以，波紋管宜采用較薄的耐蝕材料。常用的奧氏體不銹鋼有304、304

9、L、316、316L、321等，這些材料在一般的工況條件下，都具有優(yōu)良的耐蝕性，適用于很多行業(yè)。波紋管常用材料的化學成分見表1，機械性能見表2。表3為各種介質條件下波紋管的推薦材料。表1 波紋管常用材料的化學成分表2 波紋管常用材料的機械性能表3 各種介質條件下波紋管的推薦材料管道補償器通常選用SUS316L、SUS304不銹鋼，當溫度大于600，則多用鎳基合金、鈷基合金，但其物價很高。300系列不銹鋼也可用于高溫環(huán)境，如SUS316、SUS316L可用于450600，SUS321可用于450650，對高溫腐蝕環(huán)境可選用Incoloy800H、825或Inconel600、625。三、波紋管補

10、償器常用的制造方法及特點波紋管補償器的制造工藝主要是由管坯制造，波紋管制造和補償器組裝焊接三部分組成。3.1波紋管管坯制造工藝 波紋管的管坯有無縫管坯和焊接管坯，無縫管坯一般采用旋壓拉伸和軋制等壓力加工方法制造，適用于直徑較小的管坯制造；而波紋膨脹節(jié)的直徑較大，因此大多采用焊接管坯。波紋管管坯的焊接可采用鎢極直流氫弧焊、鎢極脈沖氫弧焊、微束等離子焊、熔化極氬弧焊等方法。根據(jù)管坯單層厚度不同來選擇適當?shù)暮附臃椒ǎ话銌螌雍穸仍?.51mm可選用鎢極直流氫弧焊；1mm以上可選用熔化極氫弧焊；2mm以上也可用手工電弧焊；單層厚度在0.5mm以下，可采用鎢極脈沖氬弧焊和微束等離子焊。不論采用哪種焊接方

11、法，都應采用硬規(guī)范（即大電流、高焊速）焊接，使焊接時接頭的熱影響盡量的小，提高焊接接頭的力學性能。多層波紋管的管坯，單層厚度一般都小于2mm，而在通徑小于lm的波紋管中，大量采用）0.5mm厚的板材制造管坯。焊接時通常采用自動焊，這樣有利于保證管坯焊接的質量。對于薄壁焊接，焊接缺陷主要是外部缺陷，如燒穿、未焊透、過燒、咬邊、焊縫凹陷等。所以焊縫通常只進行外觀檢驗，而不進行X射線檢測。壁厚為0.5mm的管坯焊縫用X射線檢測必要性不大，因為這么薄的板材焊縫內部不可能有大于0.5mm的缺陷（氣孔、夾雜），即使存在這么小的缺陷，由于X 射線檢測的靈敏度關系也難以確定。波紋管管坯材料大都采用SUS300

12、系列不銹鋼，焊接性較好，另外，薄壁材料焊接時焊接接頭的拘束度小，不易產生裂紋。對于壁厚為12mm的管坯焊縫，如果采用鎢極氫弧焊或熔化極氬弧焊，并且是自動焊，采用單面焊雙面成形工藝，焊接層數(shù)為一層時，也可以不進行X射線檢測。對于壁厚大于2mm的管坯焊縫根據(jù)使用要求，供需雙方可協(xié)議決定是否對焊縫進行X射線檢測。管坯的縱焊縫條數(shù)應盡量少，相鄰縱焊縫的間距應大于25Omm。管坯制造工序：板材剪切卷筒焊前清理管坯焊接管坯校圓管坯套裝3.1.1 板材剪切按工藝排版圖和工藝卡的要求，調整剪切機的定位擋板（或在板材上劃線），然后剪切板材。第一張剪切后，應進行尺寸檢查，合格后再進行批量剪切，并每間隔一定數(shù)量（5

13、 10張）抽檢一次。檢查項目有圓周展開長度和高度、切口直線度、相鄰兩邊的垂直度。 3.1.2 卷筒將剪切好的板材按直徑大小用卷板機卷制成圓筒。對于直徑與壁厚比值較大，能夠自由彎曲成圓簡的管坯可以不進行卷筒。 3.1.3 焊前清理為了保證焊接質量，必須進行焊前清理，焊接接頭處不得有油污和灰塵，可用無水乙醇或丙酮清洗待焊處表面，晾干后盡快進行焊接，焊工在焊接裝配操作時不要用手直接接觸待焊處表面。 3.1.4 管坯焊接按工藝卡上的焊接規(guī)范參數(shù)調整好管坯焊機，將管坯在焊接夾具上裝夾好，然后進行焊接。焊接后逐件進行檢查，不得有燒穿和未焊透等焊縫缺陷，焊縫凹陷（或余高）和對口錯邊量應小于板厚的10%。 3

14、.1.5 管坯校圓在卷板機上對管坯進行校圓。 3.1.6 管坯套裝多層波紋管在制造過程中，各層間的間隙應小于或等于單層板厚。公稱通徑小于或等于1500mm時，層間間隙小于或等于0.5mm；公稱通徑大于1500mm時，層間間隙小于或等于lmm。管坯套裝前應將管坯端口的毛刺清理干凈，以免劃傷管坯表面。應認真清洗每一層管坯的內外表面，不得有油污、水、灰塵。套裝時各層管坯的縱焊縫應相互均勻錯開。3.2波紋管制造工藝 目前，波紋管成形主要方法有液壓成形、機械脹形和滾壓成形。波紋管制造工藝方法較多。不同工藝制造的波紋管性能差異較大，對波紋管性能影響較大。目前國內外波紋管的主要制造工藝有整體液壓成型工藝、脹

15、壓工藝、滾壓工藝，此三種成型工藝中整體液壓成型工藝制造波紋管質量最好，脹壓工藝次之，滾壓工藝最差。同時制造成本也是整體液壓成型工藝最高，脹壓工藝次之，滾壓工藝最低。波紋管制造工序如下：波紋成型波紋管端邊縫焊波紋管端口剪切3.2.1 波紋成型3.2.1.1液壓成型工藝及特點利用模具和水介質壓力成型的一種方法。其特點是：波紋管集合尺寸準確，表面無損傷。因此，該方法制造的波紋管抗腐蝕能力強，疲勞壽命高，是目前波紋管制造最先進、質量最可靠的工藝方法。但模具成本較高，成型速度較慢。液壓成型可生產多層波紋管。3.2.1.2脹壓成型工藝及特點是利用內模撐出波紋的一種工藝方法。成型時無需充液體介質，因此成型簡

16、便、速度快、工藝成本低。但該波紋管內表面的損傷也很嚴重，抗腐蝕性能較低，疲勞壽命較低。所成型的波紋管不是一個理論上的圓形，幾何尺寸不準確。只能制作一些使用場合要求不高的波紋管。3.2.1.3滾壓成型工藝及特點是利用一組工作滾輪研展出波紋的一種工藝方法，其特點是可制造大口徑尺寸的波紋管，工藝成本低，只能成型單層波紋管。該工藝生產的波紋管，表面損傷嚴重，因此抗腐蝕性能差，疲勞壽命低，只能制作一些使用場合要求不高的波紋管。3.2.1.4焊接成型、爆炸成型、電沉積成型、機械旋壓成型方法因使用較少，只用于一些特種波紋管的制造。綜上，在冶金行業(yè)如高爐系統(tǒng)、熱風爐系統(tǒng)、冷風系統(tǒng)、煤氣系統(tǒng)用波紋管最好選用液壓

17、成型工藝方法制造，如煙風道用波紋管可選用機械脹壓或滾壓成型工藝制造。3.2.2 波紋管端邊縫焊由于多層波紋管是由多層薄壁圓筒組成，為了保證波紋管與連接件（法蘭或接管）的焊接質量，應采用電阻縫焊，將端邊熔成單層，這樣使波紋管與連接件的焊接工藝性變好焊接質量可靠，不易出現(xiàn)層間滲漏。按工藝卡規(guī)定的直邊段長度定位，根據(jù)壁厚和層數(shù)選定焊接規(guī)范進行焊接。一般在電阻縫焊時普遍采用水冷卻，但在波紋管端邊縫焊中禁止采用水冷卻，因為冷卻水如果進入波紋管層間，兩端被焊后，波紋管層間是一個密封空間在波紋管使用過程中，如果使用溫度較高，殘留在波紋管層間的水就會急劇汽化，使波紋管層間由于水的汽化產生非常大的壓力，造成波紋

18、管破壞。3.2.3 波紋管端口的剪切按圖樣或工藝卡要求的直邊段長度進行端口剪切，剪切方法有以下幾種：（1）采用手動或電動剪進行端口剪切，此方法投資小，切口質量也較好，但生產效率低、勞動強度大，且不能剪切較厚的材料。（2）采用專用的滾剪機，此方法生產效率高，切口質量好。但是，此設備不是通用設備，需生產廠家自行設計和制造。（3）采用空氣等離子切割的方法，此法簡單易行，設備已形成系列，價格適宜，生產效率高，但切口質量不如前兩種方法，并且切口表面有氧化物，切割后需用角向砂輪進行修磨，在切割和修磨過程中產生的金屬粉塵，使得作業(yè)環(huán)境很差。3.2.4 波紋管在制造過程中的檢驗（1）波紋管允許有輕微的模痕，不

19、得有大干鋼板厚度負偏差的劃痕，凹坑或凸凹不平。（2）波紋管的波高、波距、波紋總長的公差應符合GB 1804 中Js18級要求。（3）波紋管兩端同軸度公差值，當公稱通徑小于等于500mm時，為5mm；當公稱通徑大于500mm時，為公稱通徑的1%，且小于等于l0mm。（4）波紋管兩端口平面應與主軸線垂直，垂直度偏差為公稱通徑的1%，且小于等于3mm。3.3 補償器組裝焊接波紋管補償器的組焊工序由于補償器的結構型式不同，生產工序也不盡相同，但主要工序有：波紋管與端管（或法蘭）的組焊復式補償器組焊（包括導向塊或擋板等附件）壓力試驗其他附件的裝配或焊接（如內導流套、外套、導向桿、預拉伸桿等）總裝檢驗。波

20、紋管和端管的連接焊縫往往屬于異種鋼焊接，不銹鋼中的合金元素含量經焊接后會有燒損和稀釋。為防止腐蝕的發(fā)生，該焊縫的焊接需要采用特別的焊接材料并應進行100%無損檢驗，不允許存在任何缺陷。為保證波紋管元件和端管連接處的焊接強度，波紋管元件和端管的焊接不采用搭接形式而采用對接的形式，以確保該連接焊縫承受的是正應力而非剪應力。波紋管補償器在組焊過程中應對以下各項進行檢驗：（1）波紋管直邊段內外徑的尺寸公差應符合GB1804 中H12（或h12 ）級要求。（2）波紋管補償器與管道（或設備）的連接法蘭和端管的尺寸及技術要求應符合相應的標準端管連接時，兩端管口應開30度+/-2.5度的坡口。（3）波紋管補償

21、器的端管為鋼板卷制電焊管時，端管的外接端口周長公差和圓度公差應符合相關規(guī)定。（4）波紋管與端管（或法蘭）等相連的環(huán)焊縫應采用鎢極氨弧焊或熔化極氬弧焊，波紋管單層壁厚大于2mm時可采用電弧焊。（5）組裝波紋管補償器時應對波紋管采取保護措施，防止焊接電弧燒穿波紋管和焊渣飛濺到波紋管上。補償器各部位的焊縫不得有裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，咬邊深度不得大于0.5mm。（6）波紋管補償器承壓焊縫焊接之后，應對承壓焊縫進行壓力試驗，試驗壓力為設計壓力的1.5倍。根據(jù)補償器的容積大小，保壓1030min，檢查補償器各部位有無滲漏，受壓時最大波距與受壓前波距之比不超過1.15。（7）補償器組焊后應進行外觀和幾何尺

22、寸的檢驗。補償器兩端面同軸度公差：當公稱通徑小于等于500mm時，為5mm；當公稱通徑大于500mm時，為公稱通徑的1%，且小于等于10mm 。補償器兩端面與主軸線垂直度公差為公稱通徑的1%，且小于等于3mm。補償器在出廠前進行預拉伸的，預拉伸后的出廠長度公差也應符合規(guī)定，對補償器自由狀態(tài)長度和預拉伸后的出廠長度分別進行檢驗。補償器出廠前的檢驗主要有上述的外觀檢查、幾何尺寸檢查和壓力檢驗。對有特殊要求的補償器，可根據(jù)使用工況、工藝要求等，按供需雙方協(xié)議進行其它方法的檢驗，如氣密性試驗、滲漏和著色，無損檢驗等。四波紋管補償器的型式和工作原理波紋管補償器結構型式很多，不同的結構型式具有不同的功能、

23、不同的特點，適用于不同管系的補償。4.1 波紋管補償器的設計制造標準目前國家認可并執(zhí)行的標準有美國EJMA標準，國家標準GB/T 12777-2008金屬波紋管膨脹節(jié)通用技術條件4.2 波紋管補償器的分類按是否能吸收管道內介質壓力所產生的壓力推力（盲板力）分類，可分為無約束型波紋管補償器和有約束型波紋管補償器。按波紋管使用特點分類，則可分為軸向類波紋管補償器、復式類波紋管補償器、鉸鏈類波紋管補償器。 每一類都有各自的優(yōu)點和缺點，所以必須根據(jù)不同的使用條件，恰當?shù)剡x用才能使金屬波紋管正常工作，做到金屬波紋管設計選型的經濟合理。為提高膨脹節(jié)的承載能力，可設計帶加強環(huán)或穩(wěn)定環(huán)的膨脹節(jié)，其結構示意如下

24、圖(1) 軸向型波紋管 由一個波紋管及結構件組成。特點：主要吸收軸向位移和少量橫向位移及角向位移。補償器拉桿屬運輸拉桿，不作為平衡壓力推力的受力拉桿。如圖4.1所示： (a)結構簡圖 (b)拉伸及壓縮變形示意圖 (c)軸向型補償器照片圖4.1 軸向型補償器(2) 平面鉸鏈型波紋補償器由一組工作波紋管、端管及一對鉸鏈板、銷軸組成的補償器。特點：以角偏轉的形式吸收位移。只能兩臺或三臺組合成一組來吸收單平面"L"型、"Z"型管系的位移補償，單臺不能使用。其補償能力與三臺組合的管系設計有關。如圖4.2所示：(a)結構簡圖 (b)角變形示意圖 (c)平面鉸鏈型補償

25、器照片圖4.2 平面鉸鏈型波紋補償器(3) 萬向鉸鏈型波紋補償器由一組工作波紋管、兩端管、一個平衡環(huán)、兩對鉸鏈板及銷軸組成的補償器。其平衡環(huán)、鉸鏈板、銷軸均承受管道系統(tǒng)的壓力推力。特點：通過角偏轉的形式吸收位移。不能單臺使用，只能兩臺或三臺構成一組來吸收空間"Z"型管系的位移。主要用于壓力較高的空間管道的位移補償。補償能力強，彈性反力小（與管道配管設計有關）。如圖4.3所示： (a)結構簡圖 (b)角變形示意圖 (c)萬向鉸鏈型補償器照片圖4.3 萬向鉸鏈型波紋補償器(4) 復式自由型波紋補償器由兩組波紋管加一中間管和兩端管構成。特點：能吸收軸向位移、橫向位移及角向位移以及

26、這些位移的組合。補償器拉桿為運輸拉桿，不能作為平衡壓力推力的受力拉桿。一般只用于低壓管道。主要用于"L"型、空間"Z"型管系的熱補償。如圖4.4所示：(a)結構簡圖 (b)組合變形 (c)復式自由型補償器照片圖4.4 復式自由型波紋補償器(5) 復式拉桿型波紋補償器由兩組工作波、中間接管、兩端接管、拉桿裝置組成的補償器。拉桿裝置裝有可轉動的球面墊圈。特點：只能吸收橫向位移，不能吸收軸向位移和角向位移。拉桿裝置起不到平衡壓力推力的作用。一般用于壓力較高的"L"型或"Z"型管道的位移補償。補償能力強，剛度值較低（與中間

27、接管長度有關）。如圖4.5所示：(a)結構簡圖(b)橫向變形示意圖 (c)復式拉桿補償器照片圖4.5 復式拉桿型波紋補償器(6) 復式鉸鏈型波紋補償器由兩組工作波、中間接管、兩端管、一對鉸鏈板、銷軸組成的補償。其鉸鏈板、銷軸均承受管道的壓力推力。特點：可單臺使用。通過橫向偏轉的形式吸收平面"L"和平面"Z"型管道的位移，與復式拉桿型補償器功能相似。但若配一臺單式平面鉸鏈型補償器也可共同用來吸收平面"L"型和平面"Z"型管道的位移，其功能又與單式三鉸鏈補償器功能相同。如圖4.6所示：(a)結構簡圖 (b)橫向變形示意

28、圖(c)復式鉸鏈型補償器照片圖4.6 復式鉸鏈型波紋補償器(7) 復式萬向鉸鏈型波紋補償器由兩組工作波紋管、中間接管、兩端管、兩個平衡環(huán)、四對鉸鏈板或兩組萬向球接組成的補償器。特點：可單臺使用。通過橫向偏轉的形式吸收空間"Z"型管道的位移，與復式拉桿型補償器功能相似，但較復式拉桿型補償器穩(wěn)定。若配一臺單式萬向鉸鏈型補償器共同用來吸收空間"Z"型管道的位移，其功能又與三臺單式萬向鉸鏈型補償功能相同。如圖4.7所示：(a)結構簡圖 (b)橫向變形示意圖4.7 復式萬向鉸鏈型波紋補償器(8) 彎管（三通）壓力平衡型波紋補償器彎管壓力平衡型補償器由兩組工作波、一

29、組平衡波、彎頭、封頭、連接管、拉桿裝置組成的補償器。特點：可吸收軸向和橫向組合位移，補償能力強。一般用于壓力較高的"L"型或"Z"型管道的位移補償。軸向剛度值為工作波和平衡波值之和，軸向剛度較大，因此軸向彈反力較大。三通壓力平衡型補償器由兩組工作波、一組平衡波、三通、中間接管及端管、封頭、拉桿裝置組成。特點：能吸收軸向和橫向組合位移，補償能力強。一般用于壓力較高的"T"型、門型管道的位移補償。軸向剛度值等同彎管壓力平衡型補償器。如圖4.8所示：(a)結構簡圖 (b)組合變形示意圖 (c)彎管/三通壓力平衡型補償器照片圖4.8 彎管（三

30、通）壓力平衡型波紋補償器(9) 直管壓力平衡型波紋補償器由位于兩端的兩個波紋管和位于中間的一個平衡波紋管及拉桿和端板等結構件組成，主要用于吸收軸向位移并能平衡波紋管壓力推力的波紋補償器。如果讓一組工作波組成復式型波紋管，并在相應處拉桿端部設置球面、錐面墊圈，則這種波紋補償器既能吸收軸向位移，也能吸收橫向位移，不能吸收角向位移。該補償器一般用于壓力較高的管道。剛度值較大，其總剛度為三組波紋管的總剛度值和。因此，彈性反力較大，補償能力較小。主要用于直管道的熱補償。如圖4.9、圖4.10(a)結構簡圖 (b)軸向變形示意圖(c)直管壓力平衡型補償器（內拉式）照片 (d)直管壓力平衡型補償器（外拉式）

31、照片圖4.9 直管壓力平衡型波紋補償器(a)結構簡圖 (b)組合變形示意圖(c)復式型直管壓力平衡型補償器照片圖4.10 復式型直管壓力平衡型波紋補償器(10) 旁通壓力平衡型波紋補償器由多組工作波、盲板、拉板及外承壓筒組成的補償器。該形式的補償器特點是：主要吸收軸向位移，不能吸收角位移和橫向位移。一組波紋管承受內壓，一組波紋管承受外壓。介質通過一組波紋管外部流向另一端管內，介質流向走曲線。因此，該補償器流阻較大，只適用于壓力高、介質密度低、流速不太高的氣體管道。在同一條管道上不要過多裝此補償器。否則，壓降很大。該補償器剛度值較大，為兩組工作波剛度之和。因此，彈性反力較大，補償能力較小。用于直

32、管道的熱補償。如圖4.11所示：(a)結構簡圖 (b)軸向變形圖4.11 旁通壓力平衡型波紋補償器(11) 外壓軸向型波紋補償器由承受外壓的一組或多組波紋管及外管、內管和端環(huán)等結構件組成，只能用于吸收軸向位移而不能承受波紋管壓力推力的波紋補償器。這種波紋補償器由于承受外壓的作用，工作時波紋管處于拉伸狀態(tài)，可以由多個波紋管串聯(lián)使用而不會產生柱失穩(wěn)，所以吸收軸向位移能力較大。主要用于直管道的熱補償，在蒸汽管網上常用此型式的補償器。如圖4.12所示：(a)結構簡圖 (b)軸向變形圖4.12 外壓軸向型波紋補償器(12) 軸向串式波紋補償器軸向串式補償器是由兩組波紋管和一個中間管及可與相鄰管道、設備相

33、接的端管、以及穩(wěn)定用外套管（或穩(wěn)定桿）等結構件組成的撓性部件。這種補償器只能吸收軸向位移而不能承受壓力推力。其軸向補償能力比外壓軸向型小，但比普通軸向型更大。穩(wěn)定用套管（或穩(wěn)定拉桿）主要用于防止波紋管工作時產生柱失穩(wěn)，也可以作為補償器直埋時的外保護管。如圖4.13所示：(a)結構簡圖 (b)拉伸及壓縮變形圖4.13軸向串式波紋補償器(14)特殊結構的波紋膨脹節(jié) 帶隔熱層：在導流筒和波紋管之間加絕熱材料層。在絕熱材料和波紋之間的氣體是死區(qū)，與在導流簡內流動的高溫介質幾乎隔絕。高溫介質的熱量只能通過絕熱層傳給波紋管，熱傳導緩慢。波紋管外面是大氣溫度，大氣被加熱自然形成對流，起散熱作用，也可用人工強

34、化對流。通過設計不同厚度的絕熱層，可以控制波紋管的溫度，使其不超過波紋管材料的允許使用溫度。根據(jù)介質溫度的高低選用不同類型的絕熱材料。絕熱材料起隔熱作用，也可用由外部通入高于管道的介質壓力的蒸汽或空氣代替，導流筒端部與端管之間配合間隙相對要小些。由于連續(xù)通人氣體，在導流筒端部與端管之間的間隙不斷噴出氣體到管道內，使高溫介質不能進入導流筒和波紋之間，波紋管的實際溫度不會高于汽或氣的溫度。 帶加強環(huán)：在U型波紋的波谷加剛性圓截面的圓環(huán)，能提高抗柱失穩(wěn)和平面失穩(wěn)的能力，從而提高耐壓能力。工作壓力在2.5MPa以上時應用加強環(huán)比較合適，加強環(huán)截面可以是實心圓也可以是空心圓環(huán)。如果采用加穩(wěn)定環(huán)措施，其抗

35、失穩(wěn)能力更強。 焊接結構：波紋管由焊接而成。特點是剛度小、補償量大、軸向尺寸小。缺點是耐壓強度低。為提高耐壓也可以焊成多層。此外，其上藝技術要求高，成本高，它只適合在特殊場合使用。 矩形：它用于低壓、通風矩形管道。它的工作跟圓形波紋膨脹節(jié)相同，有軸向、角向、橫向及它們的組合。波形一般為U 型和V 型。它的拐角結構型式常見的有三種，其中以圓弧轉角受力狀態(tài)較好。五波紋管補償器在管系中的配管設計與應用波紋管補償器結構形式很多，其功能是不一樣的。如何在管道補償設計中配管選用，是一個非常復雜的問題，其難度遠遠超過補償器本身的設計。配管設計涉及到很多學科的問題，如力學、管網結構、工藝條件、工程造價等。管網

36、設計需要遵循以下幾條原則：（1）保證管網安全可靠性要做到這一點，首先力學計算要準確，補償器選型要正確，力和變形要協(xié)調。否則會造成設計失誤。（2）保證管系安全可靠性的前提下要盡可能降低工程造價不同補償器價格相差很大，若不考慮土建工程的投資區(qū)選擇便宜的補償器比如選擇軸向型補償。該補償器屬自由型補償器，其管道壓力推力要作用到固定管架上，這就造成土建投資的增加可能得不償失。因此，設計時應仔細對比分析，綜合比較選擇投資最省的補償方式。（3）保證管網安全可靠性的前提下盡可能使官網設計簡單、敷設協(xié)調美觀任何一個管網系統(tǒng)，通過固定管架的合理設置可將其分斷為直管段、”L”型管段、平面”Z”型管段、空間”Z”型管

37、段、空間”門”型管段、平面”門”型管段，對于不同的管段可選擇不同結構形式的補償器進行補償。5.1 軸向位移的補償       圖5.1是采用單式膨脹節(jié)吸收管線軸向膨脹的一個良好的典型實例       圖5.2是采用復式膨脹節(jié)吸收管線軸向膨脹的一個良好的典型實例    圖5.3是采用膨脹節(jié)吸收帶支管的管線的軸向膨脹的一個良好的典型實例       圖5.4是采用膨脹節(jié)吸收具有異徑管的管線的

38、軸向膨脹的一個良好的典型實例       圖5.5表示一個包含"z"形管段的管線上使用膨脹節(jié)的方法       圖5.6是采用彎管壓力平衡式膨脹節(jié)吸收管線軸向膨脹的一個良好的典型實例       圖5.7表示如何采用直管壓力平衡式膨脹節(jié)吸收長的直管段上的軸向位移       圖5.8是采用彎管壓力平衡式膨脹節(jié)吸收汽輪機、泵、壓縮機等設備的

39、熱膨脹的一個良好的典型實例5.2 對橫向位移、角位移及其組合位移的補償    在具有橫向位移、角位移及其組合位移的場合，正確選擇和使用膨脹節(jié)需要考慮到管道的構形、運行條件、預期的循環(huán)壽命、管道和設備的承載能力、可用于支承的結構物等多種因素。在某些情況下，可能有幾種膨脹節(jié)都適合同一項應用，這時可以單純根據(jù)經濟性來考慮選擇哪一種。然而，更為常見的是在各種可行的設計之中，應考慮到這一種或那一種具有獨到之處，特別適合在某些特定的場合下使用。(1) 單式膨脹節(jié)   圖20         圖20、圖21是采用單式膨脹節(jié)吸收軸向與橫向組合位移的典型實例圖22    圖22，圖23將圖21中膨脹節(jié)兩端的主固定支架改換為連桿。(2) 萬能式膨脹節(jié)    萬能式膨脹節(jié)特別適合吸收橫向位移。此外，這種設計形式也可用于吸收軸向位移、角位移以及任意由這三種形式合成的位移。萬能式膨脹節(jié)一般用法是將這種帶連桿的膨脹節(jié)設置在呈90°