波纹管(膨胀节 /补偿器)功能及工作原理
补偿器的功能及工作原理
波纹管补偿器习惯上也叫膨胀节、伸缩节,由构成其工作主体的波纹管(一种弹性元件)和端管、支架、法兰、导管等附件组成。是用以利用波纹管补偿器的弹性元件的有效伸缩变形来吸收管线、导管或容器由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化的一种补偿装置,属于一种补偿元件。可对轴向,横向,和角向位移的的吸收,用于在管道、设备及系统的加热位移、机械位移吸收振动、降低噪音等 .在现代工业中用途广泛。
2.补偿器执行标准:
金属波纹管采用 GB/T12777-2008并参照美国"" EJMA""标准,优化设计,结构合理,性能稳定,强度大,弹性好、抗疲劳度高等优点,材料采用
1Cr18Ni9Ti,OCr19Ni9奥氏体不锈钢, 800,800H,600,625,钛材( TA1,TA2),钛合金等材料。两端接管或法兰采用低碳钢或低合金钢。
金属波纹管 ----补偿器选用 U 形波,分单层和多层制成,有较大的补偿量,
耐压可高达 4Mpa,使用温度 ----1960C一≤450度,结构紧凑,使用成本低,耐 腐蚀,弹性好,钢度值低,允许疲劳度寿命 1000 次,解决了管道热胀冷缩,位移和机械高频振动与管道之间的柔性联接,广泛用于石油、热力、电力、煤气、化工等管路上安装。
3.补偿器连接方式:
补偿器连接方式分为法兰连接和焊接两种。直埋管道补偿器一般采用焊接方式(地沟安装除外)
4.补偿器类型:
补偿器分为轴向型、横向型、角向型三大类型二十多个品种。
轴向型补偿器主要包括:内压式、外压式、复式、平衡式、直埋式补偿器 等。
横向型补偿器包括:大拉杆横向补偿器、万向铰链横向型补偿器等。
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角向型补偿器包括:铰链补偿器、万向铰链补偿器等。
二 .补偿器作用:
补偿器也称伸缩器、膨胀节、波纹补偿器。补偿器分为:波纹补偿器、套筒补偿器、旋转补偿器、方形自然补偿器等几大类型,其中以波纹补偿器较为常用,主要为保障管道安全运行,具有以下作用:
1.补偿吸收管道轴向、横向、角向热变形。
2.波纹补偿器伸缩量,方便阀门管道的安装与拆卸。
3.吸收设备振动,减少设备振动对管道的影响。 4.吸收地震、地陷对管道的变形量。
方形自然补偿器有两个作用:
1.在管道穿越基础梁或地下室墙的时候,为了避免基础的沉降对管道的压力,需要安装方形补偿器。
2.在热力管道过长的情况下,需要安装方形补偿器来减小 ‘热胀冷缩 ’对管道的拉伸。
三 .管道的热变形计算:计算公式: X=a·L·△T
x 管道膨胀量
a 为线膨胀系数,取 0.0133mm/m
L 补偿管线(所需补偿管道固定支座间的距离)长度
△ T 为温差(介质温度 -安装时环境温度)
三 .关于轴向型、横向型和角向型补偿器对管系及管架设计的要求 (一)轴向型补偿器
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1、安装轴向型补偿器的管段,在管道的盲端、弯头、变截面处,装有截止 阀或减压阀的部们及侧支管线进入主管线入口处,都要设置主固定管架。主固定管架要考虑波纹管静压推力及变形弹性力的作用。推力计算公式如下:
Fp=100*P*A
Fp-补偿器轴向压力推( N),
A-对应于波纹平均直径的有效面积( cm2),
P-此管段管道最高压力( MPa)。
轴向弹性力的计算公式如下:
Fx=f*Kx*X
FX-补偿器轴向弹性力( N),
KX-补偿器轴向刚度( N/mm );
f-系数,当 “预变形 ”(包括预变形量 △X=0)时, f=1/2 ,否则 f=1。
管道除上述部位外,可设置中间固定管架。中间固定管架可不考虑压力推力的作用。
2、在管段的两个固定管架之间,仅能设置一个轴向型补偿器。
3、固定管架和导向管架的分布推荐按下图配置。
补偿器一端应靠近固定管架,若过长则要按第一导向架的设置要求设置导向架,其它导向架的最大间距可按下计算:
LGmax-最大导向间距( m);
E-管道材料弹性模量( N/cm2 );
i-tp 管道断面惯性矩( cm4);
KX-补偿器轴向刚度( N/mm ),
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X0-补偿额定位移量( mm)。
当补偿器压缩变形时,符号 “+,”拉伸变形时,符合为 “-”。当管道壁厚按标准壁厚设计时, LGmax可按有关标准选取。
(二)横向型及角向型补偿器
1、装在管道弯头附近的横向型补偿器,两端各高一导向支座,其中一个宜是平面导向管座,其上、下活动间隙按下式计算:
ε-活动间隙( mm);
L-补偿器有效长度( mm);
△ Y-管段热膨胀量( mm);
△ X-不包括 L 长度在内的垂直管段的热膨胀量( mm);
2、角向型补偿器宜两个或三个为一组配套使用,用以吸收管道的横向位移,对 Z 形和 L 形管段两个固定管架之间,只允许安装一个横向型补偿器或一组角向型补偿器。此时平面铰链销的轴线必须垂直于弯曲管段形成的平面(万向铰链补偿器不受此限制)。
装有一组铰链补偿器的管段,其平面导向架的间隙 ε亦可按上式计算。但是 L 长度应为两补偿器铰链轴之间的距离, △X 是整个垂直管段的热膨胀量。
3、补偿器两侧的导向支座应接近补偿器,支座的型式应使补偿器能定向运 动。
三 .供热管道直埋式补偿器安装要求
(一)用途:
直埋式波纹补偿器主要用于直埋管线的轴向补偿,具有抗弯能力,所以可不考虑管道下沉的影响,产品具有补偿量大,寿命长的特点。
(二)使用说明:
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直埋式波纹补偿器主要适用于轴向补偿,同时具有超强抗弯能力,所以不考虑管道下沉的影响。直埋式波纹补偿外壳及导向套筒保护下实现自由伸缩补偿,其它性能跟普通波纹补偿器相同。
(三)选用与安装:
3.1 管道最大安装长度计算
有补偿直埋的管道应在二处高固定点,一是在直管段的端部,二是在管道的分支处。长的无分支的直线管道两补偿器之间可以不设固定点,靠管道自然形成的 “驻点”即可发挥固定点的作用。驻点是两补偿器之间管道的那个不动点,在管径相同,埋深一致时,驻点与两补偿器间的距离相等。褡补偿器(包括转角处自然补偿器)至固定点之间的距离不得超过管道的最大安装长度
Lmax,管道最大安装长度的定义是固定点至自由端(补偿器)的长度,在此长度下产生的摩擦力不得超过管道许用应力下相应的弹性力。
Lmax 按下式计算:
常用管道的最大安装长度 Lmax。应考虑 16kgf/cm2 内压力所产生的环向应力的综合影响。
3.2 固定支座的设计计算
具有 2 个管道分支并在主干线上有一处转角管道平面,补偿器的布置应满
足 Ln<Lmax 的条件。驻点 G1、G2 的推力为零,所以,此点处不必设置固定支座,但为了防止回填土的不均匀,埋深的不一致和预制保温管外壳粗糙度的不
规则等可能会造成驻点的漂移,所以,对处于驻点位置的管道分支处G1、G2 需
设置支座,以 G1 为例其轴向推力可按下式计算: F1=Pb2+L2f-0.8(Pb3+L2f)
式中 F1-固定支座 G1 的水平推力, kgf;f-管道单位长度摩擦力, Kgf/mPb2-B2 膨胀节的弹性力, Kg;Pb3-B3膨胀节的弹性力, Kgf
k2-B2 膨胀节的刚度, Kgf/mm;
△ L2-B2膨胀节的补偿量, mm;
L2-膨胀节至 G1 的距离, m;
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