编辑：淞江集团董帝豪（图片为随机配图，以专业人士为准）
2006年.37卷.1期 《浙江化工》 -25-文章编号：1006—4184(2006)01-0025-03
*型和铰链型波纹金属软管补偿器在热力管网中应用的研究
龚珑，周文*(浙江工程设计有限公司，浙江杭州310002)
摘要：近年来，随着热力管网的不断发展，波纹金属软管补偿器的应用也越来越广泛。本文介绍了常用的几种补偿器的.点，着重论述了*型和铰链型波纹金属软管补偿器在不同管段中的应用，并对两者进行了比较。
关键词：*型；铰链型；波纹金属软管补偿器；热网；应用；研究
1概述
在热力管网补偿设计中.为经济可靠的应该是自然补偿，它利用弯曲管段中管子的挠曲来吸收热位移，但在设计中往往因为受到环境条件的影响，仅仅利用管道的自然补偿显然是不够的。当自然补偿不能满足要求时，通常我们会选用补偿器来实现吸收热位移的目的。常用的补偿器有套筒式补偿器，球型补偿器和波纹管式补偿器。
2几种形式补偿器的.点
2．1套筒式补偿器
套筒式补偿器，具有结构简单，占地面积少，成本低、流体阻力小等优点，由于套筒式补偿器是利用机械密封，固而易泄漏，维修工作量大，压力、推力及摩擦阻力都较大，大直径管道不宜使用。
2．2球型补偿器
球型补偿器是将管网中的管线在弯头上加球型补偿器，利用其角度变化实现位移，以：达到吸收热位移的目的。球型补偿器具有补偿能力大，占地空间
少，局部阻力小、投资少、安装方便的.点。但由于球型转动的密封也是机械密封，因而易泄漏，维修工作量大，安装性能差，主干线大直径管段不宜使用。
2．3波纹管式补偿器
波纹管式补偿器是以波纹管作为挠性元件，加端管及受力附件组成。具有补偿量大，补偿方式灵活，结构紧凑，位移反力少，使用过程中不需维修等.点。
设计中可根据固定支架、设备的受力荷
收稿日期：2005—10-09
作者简介：龚珑。男，毕业于浙江工业大学。现在浙江工程设计有限公司从事外管及热网的设计工作。
载条件，使其结构形式设计成满足使用条件的通用型补偿器。常用的形式有*型补偿器和铰链型波纹金属软管补偿器。
3典型管段中*型和铰链型波纹金属软管补偿器的应用
热力管网设计中典型管段有：”L”型、”z”型、”丌”型，任何走向多复杂的管线，都可以采用设置固定支架的方法，将其划分为若干形状的管段。这里主要研究”L”型、”Z”型管段设计中，*型和铰链型波纹金属软管补偿器的.点和选用。
3．1”L．型管段
3．1．1短臂长度较短的”L”型管段*般情况下”L．1型管段的短臂长度小于lOre都称之为短臂”LlI型管段。所设计的波纹金属软管补偿器以吸收热位移的能力来确定。短臂”L”型管段选用补偿器有两种形式：
A
Gl
图1采用*型拉杆式波纹补偿嚣的敷设形式*型拉杆式波纹金属软管补偿器对支座的作用力：固定支架受横向弹力：Fy=Ky·Y 弯矩：M=Fy·L式中：Ky*横向刚度(N／ram)Y*横向补偿实际值(mm)L–管架到补偿器中心的距离(m)支座力Gl G )r
· 26· ZHE~ANG CHEMICAL INDUSTRY Vo1．37 No．1 (2006)
( 1图2采用铰链型波纹金属软管补偿器的敷设形式
铰链型波纹金属软管补偿器对支座的作用力：
工作角向位移：0-arcsinaL1／LA
固定支架受力：F=2xK e X 0／LA
式中：K 0*角向位移刚度(Nm／度)
e*实际角位移量(度)
I A*两铰链之间的距离(m)
△u*长臂的实际膨胀量(m)
3．1．2短臂较长的”L．．型管段当”L”型管段短臂较长时，管道敷设应考虑短臂的热补偿，*般采用三个铰链型波纹金属软管补偿器来补偿”L”型管段的热位移。其中，两只安装于短臂上用于吸收长臂方向的热位移，*只安装于长臂上用以吸收短臂方向的热位移。
G1
图3采用三铰链波纹金属软管补偿器的敷设形式
工作角位移0 I=arcsinaL2／LA
0Ⅱ=0 III=arcsinAL1+BAL2，A／C
固定支架受力G1 Fy=(k 0 IIX 0 II+k 0 nix0 III)／C
Fx=(k 0 I X 0 I+k 0ⅢX 0Ⅲ+FyB)／A
G2Flx：(k e IIX 0 II+k 0 111X 0 111)／c
Fy-fk 0 IX 0 I+k 0ⅢX 0Ⅲ+FyB)／A
3．1．3”z”型管段
G l
图4采用*型拉杆式波纹补偿嚣的敷设形式固定支架受力G1 F=／',LixKy G~F=AL2~Ky式中：ALl、AL2为L1、L2管段的实际膨胀量(rain)Ky为波纹金属软管补偿器横向刚度(N／ram)
图5采用双铰链型波纹金属软管补偿器的敷设形式
△L=aLl+△L2
0=arcsinaL／LcI)(0
固定支架受力G1F=2X 0Xk 0
G2F=2X 0Xk 0，L。 ‘
式中：0*实际变形角度
K 0*角向位移刚度(Nm／度)
L1+L2*管段的长度(nun) 、
ALl，AL2为管段在温度下的位移量Inm
4*型与铰链型波纹金属软管补偿器的比较
4．1吸收位移的.征
4．1．1*型
*型波纹管补偿器的波纹管两端沿相反的方向转动，从而形成了补偿器的横向位移“Y”。横向位
移在波纹管上所形成的位移分布是不均匀的，位移量随着波纹管的中心距离加大而增加。
*型补偿器.别适合吸收横向位移，也可用于吸收轴向位移、角向位移以及任意由这三种形式组成的合成位移，主要应用于”L”、”z”管段的位移吸收，当补偿器设计成拉杆结构形式时，内压载荷由拉杆承受，所以固定支架不承受内压推力载荷。
4．1．2铰链型
铰链型补偿器波纹管的*端绕另*端转动，从而形成补偿器的角向位移”0”。铰链型补偿器*般以两个或三个作为*组使用，用于吸收单平面管系中*个或多个方面的横向位移。在系统中每—个补偿器受它的铰链所制约，产生钝角位移。在管系中每对铰链式补偿器互相配合，能够形成单平面管系中的摆动式以吸收横向位移。每对铰链式补偿器所能吸收的横向位移与其铰链销轴之间的距离成正比。因此，为了使补偿器充分发挥效用，应尽量加大这*距离。补偿器中的铰链组件主要用于承受管道因内压力产生的推力，也可用于承担管道和设备的重量、风载或类似的外力。
4．2支架受力
*式和铰链式补偿器在管系中都是靠波纹管的变形来实现位移的。*式补偿器是利用两个波纹管之间的相互转动，以中间连管的长度来确定横
向位移量；铰链式补偿器是波纹管*端绕另*端转动，形成角位移。支架的受力与波纹管补偿器的横向刚度角向刚度成正比。
4．2．1受力计算
在同*”L”管段中分别选用*式和铰链式补偿器，已知管道直径DN=600mm，操作压力P：1．6MPa．操作T=200~C，管道壁厚t=10mm，短臂长度Ll_’5．sm，
2006年.37卷.l期 《浙江化工》 -27长臂长度L2=70m，流体介质：蒸汽，试选用*型和铰链型波纹金属软管补偿器。
4．2．1．1*式
长臂线膨胀量A L=70×0．0128~200=179．2mmA Y=179．2ramDN600管子弯头直径为1．5D，短臂直管段长度为L=Ll—1．5D=3610mm，按产品样本给定的补偿量选取。产品型号：16BDH600-J-3500
给定横向补偿量A Y=232mm横向刚度Ky=38N／mm
敷设简图：
N^
Mc
C N c
支架受力FA=Ky·A Y=6809．6N冷紧安装50％
FA=34O8．8N
FC=Ky·AY=6809．6N冷紧安装50％ FC-=3408．8N
弯矩M=Fy·L
M~– -3408~2．75=9363．2N-m
Mc=3408×2．75=9363．2N ·m
4．2．1．2铰链式
确定位移量：0=arcsinAL／LA-4．10
选型：产品型号：16BJLK600~6-J
给定角向位移量0=±4．50
给定角向刚度K 0=3672Nm
敷设简图：
G1
支架受力F=Gl=Gz=2X 0 X k 0／LA=12044N
冷紧安装50％，F=6200N
式中：K 0：角向刚度(Nm／n)
0：实际角向位移量(度)
LA：两铰链补偿器的中心距离(m)
△L为长臂管段在温度下的实际位移量mm
5 结论
*型补偿器和铰链型补偿器应用于”LII型、
”z”型、”Ⅱ”型管段中，共同.征都是管线中的固定支架不承受管内介质压力所产生的推力，即盲端力，仅承受波纹管变形过程中由波纹管刚度所产生的弹性反力，两者在安装过程中又采取50％的冷紧或偏装，其弹性反力更小，且*型给固定支架力小于铰链型，在管线实际设计敷设过程中，选用*型和铰链型应综合考虑，当流阻比较大，支架高度比较高，刚度不能满足时，应优先选用*型补偿器。由于铰链型波纹管位移变形后波纹管的轴线变成弧型，所产生的流阻大且不宜设导流筒，否则压降将大于设计允许值。*型波纹管位移变形后波纹管的轴线只是偏离，所以产生的流动阻力比较少，且宜设计导流筒。综合上述和比较*型和铰链型补偿器应用于”LfI型、”z”型和”Ⅱ”型管段中都具有较好的补偿能力，且支架受力小，综合考虑则优先选用*型补偿器，使管线敷设简化，更有利了热力管网中优化设计和具有较好的经济性。
波纹管补偿器技术是*种新型的技术，制造厂应严格控制工艺参数，根据流体的介质条件，选择合适的材料，采用先进的加—T—-T'_艺，保证产品的优良质量；32程设计人员应优化管系，选择合适的波纹管，进行合理的配管设计；施工(使用)单位要保证安装的正确性，并合理维护。只有通过制造厂、设计人员、用户(安装)单位的共同努力，才能全面、正确的掌握和应用波纹管补偿器的技术，使之应用于热力管网，提高管系的经济性和安全性。
