膨脹節(jié)使用方法

1、關(guān)于管道應(yīng)力分析中的波紋管 膨脹節(jié) 當(dāng)管道輸送介質(zhì)或管道所處環(huán)境有溫度變化時(shí)，管道當(dāng)管道輸送介質(zhì)或管道所處環(huán)境有溫度變化時(shí)，管道 由溫度引起的熱脹冷縮是不可避免的，如果不采取一定由溫度引起的熱脹冷縮是不可避免的，如果不采取一定 的方式補(bǔ)償該尺寸超過(guò)某一范圍時(shí)，溫差應(yīng)力大于管子的方式補(bǔ)償該尺寸超過(guò)某一范圍時(shí)，溫差應(yīng)力大于管子 可承受的應(yīng)力范圍，這時(shí)就必須考慮補(bǔ)償問(wèn)題?？沙惺艿膽?yīng)力范圍，這時(shí)就必須考慮補(bǔ)償問(wèn)題。 在管系補(bǔ)償設(shè)計(jì)中，最為經(jīng)濟(jì)的是自然補(bǔ)償，自然在管系補(bǔ)償設(shè)計(jì)中，最為經(jīng)濟(jì)的是自然補(bǔ)償，自然 補(bǔ)償是利用管道的自然彎曲形狀所具有的柔性來(lái)補(bǔ)償熱補(bǔ)償是利用管道的自然彎曲形狀所具有的柔性來(lái)補(bǔ)償熱

2、位移，顯然自然補(bǔ)償?shù)哪芰κ怯邢薜模?dāng)自然補(bǔ)償不能位移，顯然自然補(bǔ)償?shù)哪芰κ怯邢薜模?dāng)自然補(bǔ)償不能 滿足要求時(shí)，通常應(yīng)考慮設(shè)置波紋管膨脹節(jié)等補(bǔ)償裝置。滿足要求時(shí)，通常應(yīng)考慮設(shè)置波紋管膨脹節(jié)等補(bǔ)償裝置。 管系所受載荷主要是外力載荷（管道及流動(dòng)介質(zhì)自重，管系所受載荷主要是外力載荷（管道及流動(dòng)介質(zhì)自重， 內(nèi)壓，風(fēng)載，地震荷載等和位移載荷，設(shè)置管架的目?jī)?nèi)壓，風(fēng)載，地震荷載等和位移載荷，設(shè)置管架的目 的在于消除外載作用在設(shè)備或管道上的作用力，且可把的在于消除外載作用在設(shè)備或管道上的作用力，且可把 復(fù)雜管系分隔成形狀比較簡(jiǎn)單，獨(dú)立膨脹的管段，保證復(fù)雜管系分隔成形狀比較簡(jiǎn)單，獨(dú)立膨脹的管段，保證 膨脹節(jié)的最佳

3、使用效果。設(shè)置膨脹節(jié)的目的，在于吸收膨脹節(jié)的最佳使用效果。設(shè)置膨脹節(jié)的目的，在于吸收 管道自身無(wú)法吸收的熱變形，最大限度地減小位移載荷。管道自身無(wú)法吸收的熱變形，最大限度地減小位移載荷。 管道系統(tǒng)中使用波紋管補(bǔ)償器的若干 說(shuō)明 關(guān)于管道系統(tǒng)使用波紋管補(bǔ)償器的若干說(shuō)明： 波紋管補(bǔ)償器在管道系統(tǒng)中常被用來(lái)吸收管道系統(tǒng)由于溫 度變化所產(chǎn)生的位移。其優(yōu)點(diǎn)是吸收位移大并且使得管道系 統(tǒng)美觀和緊湊。在一些較為特殊的場(chǎng)合使用波紋管補(bǔ)償器可 以得到較好的效果，解決了許多困擾設(shè)計(jì)者的難題。例如空 間狹小的場(chǎng)所（航天火箭、核潛艇、） 高空架設(shè)的管線（汽 車制造廠、石化、）大直徑管道系統(tǒng)等等（電力-DUCT)。 由

4、于波紋管補(bǔ)償器自身結(jié)構(gòu)的原因，波紋管補(bǔ)償器也成為 管道系統(tǒng)中最為薄弱的環(huán)節(jié)，因此波紋管補(bǔ)償器的使用受到 較為嚴(yán)格的限制。對(duì)于高溫、高壓的管道系統(tǒng)、介質(zhì)為易燃、 易爆、劇毒的管道系統(tǒng)一般禁用波紋管補(bǔ)償器。美國(guó)等國(guó)家 一些大的石油化工公司，如EXXON, EASTMAN, SHELL等 公司，對(duì)波紋管的使用均有嚴(yán)格要求，一般來(lái)講，波紋管補(bǔ) 償器的使用在設(shè)計(jì)中僅為迫不得已情況下的最后選擇，能不 使用盡量不使用。 一般而言，高溫、低壓、大直徑的管道系統(tǒng)并且在介 質(zhì)較為安全的情況下適合使用波紋管補(bǔ)償器。盡管如此， 在決定使用波紋管補(bǔ)償器時(shí)，應(yīng)對(duì)管道系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)而 且嚴(yán)格的應(yīng)力分析，從而決定安裝波紋管補(bǔ)償

5、器的位置 以及型式，不可以盲目的隨意使用。無(wú)論中國(guó)還是其他 國(guó)家，由于波紋管補(bǔ)償器使用不當(dāng)?shù)氖鹿式?jīng)常發(fā)生，由 于設(shè)計(jì)人員的失誤，在管道系統(tǒng)中不合適的部位設(shè)置了 波紋管補(bǔ)償器并在載荷的作用下使得波紋管補(bǔ)償器爆炸， 從而造成了多人傷亡的事故屢有發(fā)生。另外，波紋管膨 脹節(jié)還存在著易腐蝕和疲勞的的問(wèn)題，一旦發(fā)生腐蝕和 疲勞破壞，后果也是極為嚴(yán)重的。一般來(lái)說(shuō)，在波紋管 補(bǔ)償器的使用選型、設(shè)計(jì)制造、使用操作等環(huán)節(jié)都不能 產(chǎn)生大的問(wèn)題。因?yàn)槿魏我粋€(gè)環(huán)節(jié)的失誤都會(huì)造成嚴(yán)重 的事故。 一、膨脹節(jié)的類型及典型管段的補(bǔ)償一、膨脹節(jié)的類型及典型管段的補(bǔ)償 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 1、單式軸向型膨脹節(jié)、單式軸向型膨脹節(jié) 由一個(gè)波紋管

6、和兩個(gè)可與相鄰管道、設(shè)備相接的端由一個(gè)波紋管和兩個(gè)可與相鄰管道、設(shè)備相接的端 管（或法蘭）等組成的管（或法蘭）等組成的 撓性裝置，主要用于補(bǔ)償直管段軸向位移，另外也撓性裝置，主要用于補(bǔ)償直管段軸向位移，另外也 可以吸收少量的橫向位移可以吸收少量的橫向位移. 圖圖1 是采用軸向型膨脹節(jié)設(shè)置實(shí)例。是采用軸向型膨脹節(jié)設(shè)置實(shí)例。 單式軸向波紋管膨脹節(jié)應(yīng)用 存在橫向位移或存在軸向與橫向組合位移 的場(chǎng)合，使用單式膨脹節(jié)所受到的限制主要是 膨脹節(jié)吸收橫向位移的能力有限。另外在工作 壓力，溫度較高，直徑較大或無(wú)法在結(jié)構(gòu)物上 安設(shè)主固定支架或多個(gè)導(dǎo)向支架的場(chǎng)合，使用 軸向型膨脹節(jié)可能行不通。 復(fù)式拉桿型波紋管膨

7、脹節(jié)復(fù)式拉桿型波紋管膨脹節(jié) 2、復(fù)式拉桿型膨脹節(jié)、復(fù)式拉桿型膨脹節(jié) 由中間接管連接的兩個(gè)波紋管及拉桿、端板等 組成的撓性裝置，以橫向位移方式補(bǔ)償平面或立體 彎曲管段的熱位移，拉桿裝置應(yīng)能承受壓力推力及 其附加外力的作用。 復(fù)式拉桿型膨脹節(jié)特別適合吸收橫向位移，此外， 這種設(shè)計(jì)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，一般用法是將這種 帶連桿的膨脹節(jié)設(shè)置在呈90的“Z”形管系的中間 管臂內(nèi)，調(diào)整連桿以阻止外部的軸向位移，圖2、3 是兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例。 復(fù)式拉桿型膨脹節(jié)主要吸收單平面“Z”形 彎管的橫向位移，中間管臂連桿以內(nèi)的熱位移 用膨脹節(jié)的軸向位移來(lái)吸收，水平管線的熱位 移

8、由膨脹節(jié)的橫向位移來(lái)吸收。 由于壓力推力是由拉桿來(lái)承受的，所以兩端均 使用中間固定支架，由于作用于管線上的軸向 力，是膨脹節(jié)產(chǎn)生的變形反力，因此只需使用 導(dǎo)向支架。中間管臂上位于連桿以外的部分， 如兩端彎管的熱膨脹則由水平管道的彎曲來(lái)吸 收。 復(fù)式大拉桿波紋管膨脹節(jié)的應(yīng)用 3、彎管壓力平衡型膨脹節(jié) 由兩個(gè)或一個(gè)工作波紋管和一個(gè)平衡波 紋管以及端管，端板、彎頭、封頭、拉桿等 組成的撓性裝置，用于補(bǔ)償管段的軸向位移， 橫向位移或二者的合成位移，且不使固定管 架或相連設(shè)備承受壓力推動(dòng)的作用，拉桿裝 置承受壓力推力和其它附加外力的作用。 彎管壓力平衡式膨脹節(jié)的主要優(yōu)點(diǎn)，是它在吸收來(lái)自外部的彎管壓力平衡

9、式膨脹節(jié)的主要優(yōu)點(diǎn)，是它在吸收來(lái)自外部的 軸向位移時(shí)，軸向位移時(shí)， 不會(huì)使系統(tǒng)受到內(nèi)壓推力的作用。由波紋管整體剛度造成的不會(huì)使系統(tǒng)受到內(nèi)壓推力的作用。由波紋管整體剛度造成的 力并未消除，實(shí)際上這個(gè)力一般要超過(guò)單式膨脹節(jié)位移引起力并未消除，實(shí)際上這個(gè)力一般要超過(guò)單式膨脹節(jié)位移引起 的彈力。因?yàn)楣ぷ鞑y管和平衡波紋管都要受到壓縮或拉伸，的彈力。因?yàn)楣ぷ鞑y管和平衡波紋管都要受到壓縮或拉伸， 作用在管道或設(shè)備上的力是兩者的軸向合力。作用在管道或設(shè)備上的力是兩者的軸向合力。 1 1）、圖）、圖4 4 是存在軸向與橫向組合位移的時(shí)使用彎管壓力平衡是存在軸向與橫向組合位移的時(shí)使用彎管壓力平衡 式膨脹節(jié)的式

10、膨脹節(jié)的 典型實(shí)例，在管道的端部和汽輪機(jī)上的支架均為中間固定支典型實(shí)例，在管道的端部和汽輪機(jī)上的支架均為中間固定支 架，并且只需要使用導(dǎo)向支架，采用合理的設(shè)計(jì)可以使汽輪架，并且只需要使用導(dǎo)向支架，采用合理的設(shè)計(jì)可以使汽輪 機(jī)上方的導(dǎo)向支架承受使膨脹節(jié)產(chǎn)生軸向位移的作用力，避機(jī)上方的導(dǎo)向支架承受使膨脹節(jié)產(chǎn)生軸向位移的作用力，避 免該力作用到汽輪機(jī)上，作用在汽輪機(jī)上的只有使膨脹節(jié)產(chǎn)免該力作用到汽輪機(jī)上，作用在汽輪機(jī)上的只有使膨脹節(jié)產(chǎn) 生橫向位移的作用力。生橫向位移的作用力。 1）、圖4 是存在軸向與橫向組合位移時(shí)使用彎 管壓力平衡式膨脹節(jié)的典型實(shí)例，采用合理的 設(shè)計(jì)可以使汽輪機(jī)上方的支架承受膨脹節(jié)

11、產(chǎn)生 軸向位移時(shí)的作用力，避免該力作用到汽輪機(jī) 上，作用在汽輪機(jī)上的只有使膨脹節(jié)產(chǎn)生橫向 位移的作用力。 彎管壓力平衡型膨脹節(jié) 2 圖5 所示為一種常見(jiàn)的非常適于使用彎管壓力 平衡型膨脹節(jié)的場(chǎng)合。 在工藝操作中，容器和豎向管道的膨脹量可能不 同，按圖示安裝一壓力平衡式膨脹節(jié)，豎直方向 的位移差可以由膨脹節(jié)的軸向位移吸收，容器中 心線到管線之間的熱膨脹可由膨脹節(jié)的橫向位移 吸收。 其他形式還有直通壓力平衡式波紋管補(bǔ)償器。 旁流式壓力平衡是波紋管補(bǔ)償器。（振動(dòng)和 壓力損失） 壓力平衡式波紋膨脹節(jié) 壓力平衡式波紋膨脹節(jié) 適用于需要平衡波紋管壓力推力的管線上。分為 直管式壓力平衡型膨脹節(jié)、補(bǔ)償軸向位移

12、直管旁流 式壓力平衡型膨脹節(jié)、補(bǔ)償軸向位移彎管式壓力平 衡型膨脹節(jié)。補(bǔ)償橫向位移和軸向位移； 主要用于設(shè)備進(jìn)、出口處及設(shè)備與設(shè)備相連接的管 段，如果在一條很長(zhǎng)的管線上采用壓力平衡型膨脹 節(jié)來(lái)減少對(duì)固定支架的推力，必須整個(gè)管線全部采 用壓力平衡型膨脹節(jié)。 4、鉸鏈型膨脹節(jié)、鉸鏈型膨脹節(jié) 由一個(gè)波紋管、兩組與端管相連的鉸鏈板及一對(duì)銷由一個(gè)波紋管、兩組與端管相連的鉸鏈板及一對(duì)銷 軸等組成的撓性裝置，鉸鏈?zhǔn)脚蛎浌?jié)一般以兩、三軸等組成的撓性裝置，鉸鏈?zhǔn)脚蛎浌?jié)一般以兩、三 個(gè)作為一組使用，用于吸收單平面管系中一個(gè)或多個(gè)作為一組使用，用于吸收單平面管系中一個(gè)或多 個(gè)方向的橫向位移。在這種系統(tǒng)中每一個(gè)膨脹節(jié)被

13、個(gè)方向的橫向位移。在這種系統(tǒng)中每一個(gè)膨脹節(jié)被 它的鉸鏈板所制約，產(chǎn)生純角位移，然而，被管段它的鉸鏈板所制約，產(chǎn)生純角位移，然而，被管段 分開(kāi)的每對(duì)鉸鏈型膨脹節(jié)互相配合可吸收橫向位移。分開(kāi)的每對(duì)鉸鏈型膨脹節(jié)互相配合可吸收橫向位移。 給定單個(gè)膨脹節(jié)的角位移，每對(duì)鉸鏈?zhǔn)脚蛎浌?jié)所能給定單個(gè)膨脹節(jié)的角位移，每對(duì)鉸鏈?zhǔn)脚蛎浌?jié)所能 吸收的橫向位移與其鉸鏈銷軸之間的距離成正比，吸收的橫向位移與其鉸鏈銷軸之間的距離成正比， 因此，為了便膨脹節(jié)充分發(fā)揮應(yīng)用，應(yīng)盡量加大這因此，為了便膨脹節(jié)充分發(fā)揮應(yīng)用，應(yīng)盡量加大這 一距離。膨脹節(jié)的鉸鏈板通常用于承受作用于膨脹一距離。膨脹節(jié)的鉸鏈板通常用于承受作用于膨脹 節(jié)上的全部

14、壓力推力，另外也可以用來(lái)承受管道和節(jié)上的全部壓力推力，另外也可以用來(lái)承受管道和 設(shè)備的重量、風(fēng)載設(shè)備的重量、風(fēng)載 推力是由膨脹節(jié)上的鉸鏈板來(lái)承受的，只 需在管系的兩端設(shè)置中間固定支架， 由于膨脹節(jié)受鉸鏈制約只能產(chǎn)生純角位移， 不能伸縮，包含有膨脹節(jié)的中間管臂的熱膨 脹必須由與它相垂直的管臂發(fā)生彎曲來(lái)吸收， 兩個(gè)長(zhǎng)管臂的彎曲撓度由正確設(shè)計(jì)的導(dǎo)向支 架和支架來(lái)控制 1）圖6 是用雙鉸鏈系統(tǒng)吸收單平面“Z”形彎 管的主要熱膨脹. (2) 如果單平面“Z”形管系的中間管臂較長(zhǎng)過(guò)， 可采用三個(gè)鉸鏈型膨脹節(jié)的系統(tǒng)。圖7 表示在單 平面彎管中的三鉸鏈型膨脹節(jié)系統(tǒng)，豎直管段的 熱膨脹將由B 和C 兩個(gè)膨脹節(jié)的

15、動(dòng)作來(lái)吸收，水 平管段的熱膨脹由A 和B 兩個(gè)膨脹節(jié)來(lái)吸收，很 明顯，膨脹節(jié)B 的角位移是A 和C 之和。 和前面的示例一樣，在管系兩端只用中間固定支架 來(lái)固定，本例中所有的熱變形全部被膨脹節(jié)所吸收， 因管道的熱變形作用于固定支架的載荷非常小，如 果左側(cè)的固定支架與第一個(gè)鉸鏈型膨脹節(jié)的間距較 大，在靠近膨脹節(jié)處應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向支架，該支架為以 承受膨脹節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的力，從而減少膨脹節(jié)C 至左側(cè)固 定支架之間部分管道的彎曲，為了保持管系位于平 面內(nèi)，并消除可能由外載所產(chǎn)生的作用于鉸鏈的彎 曲力，可以增設(shè)一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)向支架，管系的支撐 可以采取多種方式，對(duì)膨脹節(jié)之間的管道進(jìn)行支撐 而不妨礙其自由移動(dòng)時(shí)，可采取

16、彈簧支吊架。 3）圖8 是彎管角度不等于90時(shí)，使用鉸鏈?zhǔn)?膨脹節(jié)的示例。鉸鏈型膨脹節(jié)的主要優(yōu)點(diǎn)是它的 尺寸緊湊，便于安裝，而且可以使它的鉸鏈板具 有很大的剛度和強(qiáng)度，使用它們通?？梢詫?duì)構(gòu)形 不規(guī)則的復(fù)雜管線的熱膨脹進(jìn)行補(bǔ)償，在這樣的 管線上使用別種膨脹節(jié)往往行不通，由于鉸鏈結(jié) 構(gòu)能夠傳遞載荷，鉸鏈型膨脹節(jié)的管系施加到固 定支架的作用力很小，這種系統(tǒng)的支撐點(diǎn)可設(shè)在 不妨礙系統(tǒng)活動(dòng)的任何位置上，這給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 帶來(lái)了很大的自由。 5、萬(wàn)向鉸鏈型膨脹節(jié) 5、萬(wàn)向鉸鏈型膨脹節(jié) 由一個(gè)波紋管，萬(wàn)向鉸鏈環(huán)及兩對(duì)與萬(wàn)向鉸鏈環(huán)和 端管相連的鉸鏈板等組成的撓性裝置。通常以兩個(gè) 萬(wàn)向鉸鏈型或以兩個(gè)萬(wàn)向鉸鏈型與一

17、個(gè)單式鉸鏈型 膨脹節(jié)一起配套使用，如圖9，兩個(gè)萬(wàn)向鉸鏈型膨 脹節(jié)協(xié)同動(dòng)作吸收上、下兩個(gè)水平管臂的組合位移， 鉸鏈型膨脹節(jié)則與上部的萬(wàn)向鉸鏈型膨脹節(jié)互相配 合吸收豎直管臂的位移。 用萬(wàn)向鉸鏈型膨脹節(jié)構(gòu)成的系統(tǒng)與上節(jié)提到的用鉸 鏈型膨脹節(jié)構(gòu)成的系統(tǒng)有類似的優(yōu)點(diǎn)，但萬(wàn)向鉸鏈 型膨脹節(jié)的應(yīng)用具有更大的靈活性，它不限于單平 面系統(tǒng)。 其他形式 ：煤粉管道用膨脹節(jié) 主要用于輸送煤粉、熱風(fēng)氣固兩相流體的管網(wǎng)上。 由于大型燃煤火力發(fā)電廠鍋爐容量大、爐體高、輸 送煤粉的管線長(zhǎng)、熱風(fēng)溫度高，熱態(tài)位移量大。因 此，需在送粉管道上設(shè)置具有三項(xiàng)補(bǔ)償?shù)牟y補(bǔ)償 器，以吸收鍋爐燃燒器接口和煤粉管道的熱位移， 或在煤粉鍋爐的

18、磨煤機(jī)出口設(shè)置膨脹節(jié)，起減震和 防止因振動(dòng)引起的破壞和泄漏作用。 ：抗彎式波紋膨脹節(jié) 適用于補(bǔ)償管線軸向位移，由于自身機(jī)械結(jié)構(gòu)具有 自導(dǎo)向的特點(diǎn)，比一般軸向型波紋膨脹節(jié)具有更好的 抗彎性能，可作為剛性管路的一部分直接安裝在各種 管道上。管線設(shè)計(jì)時(shí)，不必為膨脹節(jié)專門設(shè)置支架。 公稱通徑Dn251000mm工作壓力Pn0.62.5MPa軸 向補(bǔ)償量10360mm工作溫度450注意事項(xiàng)抗彎 型膨脹節(jié)只能用于直管段。在有拐彎的管段，即有橫 向位移的管段不得使用。 直埋式波紋膨脹節(jié) 適用于補(bǔ)償管線軸向位移，具有抗土壤壓力，能夠自導(dǎo)向，并 能達(dá)到與直埋管道同壽命、不需維修及更換的特點(diǎn)，在安裝中不 需要設(shè)置

19、安裝井和導(dǎo)向支座，使用方便。分類單向直埋型 （ZB）；單向反流直埋型（ZBD）；雙向直埋型（SZB）；單向 保溫直埋型（BZB）；單向反流向保溫直埋型（BZBD）；雙向 保溫直埋型（SBZB）；單向密封防腐直埋型（FZB）；單向反 流向密封防腐直埋型（FZBD）；雙向密封防腐直埋型（SFZB）； 單向反流向密封防腐保溫直埋型（FBZBD）；雙向密封防腐保 溫直埋型（SFBZB）在波紋管內(nèi)壁或外壁涂防腐層。用于管道輸 送腐蝕介質(zhì)或環(huán)境有腐蝕介質(zhì)時(shí)。 安裝和試壓注意事項(xiàng) 1。波紋管補(bǔ)償器不能承重，應(yīng)單獨(dú)吊裝。 2。安裝前應(yīng)先檢查波紋管補(bǔ)償器的型號(hào)、規(guī) 格、及管道系統(tǒng)的支座情況，必須符合設(shè)計(jì) 要求。 3。對(duì)帶內(nèi)襯筒的波紋管補(bǔ)償器應(yīng)注意使襯筒 的方向與介質(zhì)的流動(dòng)方向一致。平面鉸鏈型 波紋管補(bǔ)償器的鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)平面與位移平面一 致。 安裝和試壓注意事項(xiàng) 4。安裝時(shí)不允許焊渣飛到波紋管表面和受到 其他機(jī)械損傷。 5。嚴(yán)禁用波紋管變形的方式來(lái)調(diào)整管系的偏 差。 6。氣體介質(zhì)的波紋管補(bǔ)償器和相連管道進(jìn)行 水壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)設(shè)臨時(shí)之架。 7。所有導(dǎo)向、固定架未安裝完之前不得進(jìn)行 水壓試驗(yàn)和真空試驗(yàn)。 波紋管膨脹節(jié)選型必須考慮的主要因素 a.公稱直徑、接口形式和尺寸及法蘭標(biāo)準(zhǔn)。 b.設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度。 c