補償器的計算
2017-2-23 10:37:30??????點擊：
解釋： 補償管線因溫度變化而伸長或縮短的配件，熱力管線上所利用的主要有波形補償器和波紋管兩種。
一. 補償器簡介：
補償器習慣上也叫膨脹節，或伸縮節。由構成其工作主體的波紋管（一種彈性元件）和端管、支架、法蘭、導管等附件組成。
屬于一種補償元件。利用其工作主體波紋管的有效伸縮變形，以吸收管線、導管、容器等由熱脹冷縮等原因而產生的尺寸變化，或補償管線、導管、容器等的軸向、橫向和角向位移。也可用于降噪減振。在現代工業中用途廣泛。
二.補償器作用：
補償器也稱伸縮器、膨脹節、波紋補償器。補償器分為：波紋補償器、套筒補償器、旋轉補償器、方形自然補償器等幾大類型，其中以波紋補償器較為常用，主要為保障管道安全運行，具有以下作用：
1.補償吸收管道軸向、橫向、角向熱變形。
2. 波紋補償器伸縮量，方便閥門管道的安裝與拆卸。
3.吸收設備振動，減少設備振動對管道的影響。
4.吸收地震、地陷對管道的變形量。
三.關于軸向型、橫向型和角向型補償器對管系及管架設計的要求
（一）軸向型補償器
1、安裝軸向型補償器的管段，在管道的盲端、彎頭、變截面處，裝有截止閥或減壓閥的部們及側支管線進入主管線入口處，都要設置主固定管架。主固定管架要考慮波紋管靜壓推力及變形彈性力的作用。推力計算公式如下：
Fp=100*P*A
Fp-補償器軸向壓力推（N），
A-對應于波紋平均直徑的有效面積（cm2），
P-此管段管道最高壓力（MPa）。
軸向彈性力的計算公式如下：
Fx=f*Kx*X
FX-補償器軸向彈性力（N），
KX-補償器軸向剛度（N/mm）；
f-系數，當“預變形”（包括預變形量△X=0）時，f=1/2，否則f=1。
管道除上述部位外，可設置中間固定管架。中間固定管架可不考慮壓力推力的作用。
2、在管段的兩個固定管架之間，僅能設置一個軸向型補償器。
3、固定管架和導向管架的分布推薦按下圖配置。
補償器一端應靠近固定管架，若過長則要按第一導向架的設置要求設置導向架，其它導向架的最大間距可按下計算：
LGmax-最大導向間距（m）；
E-管道材料彈性模量（N/cm2）；
i-tp 管道斷面慣性矩（cm4）；
KX-補償器軸向剛度（N/mm），
X0-補償額定位移量（mm）。
當補償器壓縮變形時，符號“+”，拉伸變形時，符合為“-”。當管道壁厚按標準壁厚設計時，LGmax可按有關標準選取。
（二）橫向型及角向型補償器
1、裝在管道彎頭附近的橫向型補償器，兩端各高一導向支座，其中一個宜是平面導向管座，其上、下活動間隙按下式計算：
ε-活動間隙（mm）；
L-補償器有效長度（mm）；
△Y-管段熱膨脹量（mm）；
△X-不包括L長度在內的垂直管段的熱膨脹量（mm）；
2、角向型補償器宜兩個或三個為一組配套使用，用以吸收管道的橫向位移，對Z形和L形管段兩個固定管架之間，只允許安裝一個橫向型補償器或一組角向型補償器。此時平面鉸鏈銷的軸線必須垂直于彎曲管段形成的平面（萬向鉸鏈補償器不受此限制）。
裝有一組鉸鏈補償器的管段，其平面導向架的間隙ε亦可按上式計算。但是L長度應為兩補償器鉸鏈軸之間的距離，△X是整個垂直管段的熱膨脹量。
3、補償器兩側的導向支座應接近補償器，支座的型式應使補償器能定向運動。
三.供熱管道直埋式補償器安裝要求
（一）用途：
直埋式波紋補償器主要用于直埋管線的軸向補償，具有抗彎能力，所以可不考慮管道下沉的影響，產品具有補償量大，壽命長的特點。
（二）使用說明：
直埋式波紋補償器主要適用于軸向補償，同時具有超強抗彎能力，所以不考慮管道下沉的影響。直埋式波紋補償外殼及導向套筒保護下實現自由伸縮補償，其它性能跟普通波紋補償器相同。
（三）選用與安裝：
3.1管道最大安裝長度計算
有補償直埋的管道應在二處高固定點，一是在直管段的端部，二是在管道的分支處。長的無分支的直線管道兩補償器之間可以不設固定點，靠管道自然形成的“駐點”即可發揮固定點的作用。駐點是兩補償器之間管道的那個不動點，在管徑相同，埋深一致時，駐點與兩補償器間的距離相等。褡補償器（包括轉角處自然補償器）至固定點之間的距離不得超過管道的最大安裝長度Lmax，管道最大安裝長度的定義是固定點至自由端（補償器）的長度，在此長度下產生的摩擦力不得超過管道許用應力下相應的彈性力。
Lmax按下式計算：
常用管道的最大安裝長度Lmax。應考慮16kgf/cm2內壓力所產生的環向應力的綜合影響。
3.2固定支座的設計計算
具有2個管道分支并在主干線上有一處轉角管道平面，補償器的布置應滿足Ln＜Lmax的條件。駐點G1、G2的推力為零，所以，此點處不必設置固定支座，但為了防止回填土的不均勻，埋深的不一致和預制保溫管外殼粗糙度的不規則等可能會造成駐點的漂移，所以，對處于駐點位置的管道分支處G1、G2需設置支座，以G1為例其軸向推力可按下式計算：
F1=Pb2+L2f-0.8(Pb3+L2f)
式中F1-固定支座G1的水平推力，kgf； f-管道單位長度摩擦力，Kgf/m
Pb2-B2膨脹節的彈性力，Kg； Pb3-B3膨脹節的彈性力，Kgf
k2-B2膨脹節的剛度，Kgf/mm；
△L2-B2膨脹節的補償量，mm；
L2-膨脹節至G1的距離，m；
假如某一分支如自G2接出的分支帶有補償器B。那么，G2還受到一側向推力的作用，如圖中的F2（y），當L5很短（實際布置時L5也應很短），那么，側向力F2（y）的大小為：
F2(y)=Pn*A5+Pb5
式中Pn-管道工作壓力，Kgf/cm2
A5-B5膨脹節的有效面積，cm2；
Pb5-B5膨脹節的彈性力kgf。
固定支座G3也駐點位置，從管道和土壤的摩擦力來講，該點也受到大小相等，方向相反的兩個時作用，但應注意到該點同時又受到轉角處的盲板力的作用，考慮駐點漂移的影響，固定支座G3的推力
F3=1.2Pn*A4
式中F3-作用在固定支座G3的水平推力，Kgf；
Pn-管道工作壓力，Kgf/cm2；
A4-B4膨脹節的有效面積，cm2。
3.3補償器的選用計算
直埋管道由于土壤摩擦力的影響,實際熱伸長量要比架空和地溝敷設的管道熱熱伸長量要小。
架空和地溝敷設時的伸長量：α·△t·L
直埋敷設時，因土壤摩擦力影響的熱伸長減少量：
實際熱伸長量為：
式中E-鋼管彈性模理，kgf/cm2；
α-鋼管的線膨脹系數，取0.0133mm/m℃；
△t-管道溫差；
A、f-同公式①；
L-兩固定點之間的距離（最大安裝長度）m。
在實際工作中，直埋管道的熱伸長量，采用丹麥摩勒公司的簡化算法。
式中符號同以上公式相同。
按②或③式計算出實際熱伸長量后，按系列表選用相應的補償器。
3.4安裝
直埋式膨脹節（不包括一次性直埋式）安裝時應有兩個后年度護圈（如下圖），且護圈的壁厚不應小于管道的壁厚，設置護圈1的目的是為管道受熱膨脹時，A尺寸范圍內有土、砂等進入，圖中的各尺寸為：
直埋式波紋補償器出廠時，所有外露表面已刷防銹漆兩遍，直埋式波紋補償器及其直埋管道的其它要求為：
（1）保溫管埋于地下時，四周需用粒度小于20毫米的砂子填充，然后再覆蓋原土，填充砂子的厚度不小于200毫米。
（2）保溫管頂的埋深一般不超過1.2米，但也盡量不要小于0.7米，，保溫管可直接埋在各種管道下面。
（3）如圖，除A處外，其余均保溫，因管道膨脹時A處不保溫并不會造成顯著的熱損失。也是由于護圈的作用，直埋補償器可以直埋處于車行道下面。
（4）直埋式補償器安裝不必冷緊，也不必按全線鋼管接好后再割下和膨脹節等長管道之后再焊接的方法。使用直埋型膨脹節，不必設導向支架。
（5）安裝時要注意保證導流套筒的方向與流動方向的一致。
（6）補償器內介質應進行除游離氧和除氯離子處理，氯離子含量不得超過25PPm。
（7）補償器允許不超過1.5倍公稱壓力的系統水壓試驗。
（8）補償器安裝完畢進行系統水壓試驗前，要將管道兩端固定，防止內壓推力拉伸補償器。
四.補償器安裝和使用要求
1、補償器在安裝前應先檢查其型號、規格及管道配置情況，必須符合設計要求。
2、對帶內套筒的補償器應注意使內套筒子的方向與介質流動方向一致，鉸鏈型補償器的鉸鏈轉動平面應與位移轉動平面一致。
3、需要進行“冷緊”的補償器，預變形所用的輔助構件應在管路安裝完畢后方可拆除。
4、嚴禁用波紋補償器變形的方法來調整管道的安裝超差，以免影響補償器的正常功能、降低使用壽命及增加管系、設備、支承構件的載荷。
5、安裝過程中，不允許焊渣飛濺到波殼表面，不允許波殼受到其它機械損傷。
6、管系安裝完畢后，應盡快拆除波紋補償器上用作安裝運輸的黃色輔助定位構件及緊固件，并按設計要求將限位裝置調到規定位置，使管系在環境條件下有充分的補償能力。
7、補償器所有活動元件不得被外部構件卡死或限制其活動范圍，應保證各活動部位的正常動作。
8、水壓試驗時，應對裝有補償器管路端部的次固定管架進行加固，使管路不發生移動或轉動。對用于氣體介質的補償器及其連接管路，要注意充水時是否需要增設臨時支架。水壓試驗用水清洗液的96氯離子含量不超過25PPM。
9、水壓試驗結束后，應盡快排波殼中的積水，并迅速將波殼內表面吹干。
10、與補償器波紋管接觸的保溫材料應不含氯離子。
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