补偿器的选择

燃气管道设计中补偿器的选择山东设计部吕忠良2008年11月——２００８山东技术部技术交流2公司名称信息补偿器的选择1、前言2、定义与公式3、自然补偿器4、方形补偿器5、波纹补偿器6、金属软管7、总结3公司名称信息1、前言补偿器又称为伸缩器、伸缩节或膨胀节，主要用于补偿管道受温度变化而产生的变形。如果温度变化时管道不能完全自由地膨胀或收缩，管道中将产生温度应力。在管道设计中必须考虑这种应力，否则它可能导致管道的破裂，影响生产的正常运行。燃气管道中有各种形式的补偿器，设计人员有必要了解各种补偿器的特点，并能够正确选择合适的补偿器。下面就补偿器的选择向大家作简单的介绍。4公司名称信息2、定义与公式为了更好的理解后面内容，首先介绍三个定义和两个计算公式（1）定义a、滑动支架：管道轴向、横向均不受限制，即允许管道前后、左右有位移；b、导向支架：是滑动支架的一种，一般只允许管道有轴向位移，而不允许有横向位移。5公司名称信息2、定义与公式对直管式导向支架进行定位，一般推荐：使补偿器靠近一个固定支架，使第一个导向支架与补偿器端面的间距不超过管径的4倍（L1≤4DN）。这种布设方式既可以使位移得到正确的导向，又可以使补偿器的两端得到适当的支承。第二个导向支架与第一个导向支架的间距不得超过管径的14倍（L2≤14DN）。其它导向支架的最大间距可按公式计算，也可按燃规上的规定执行。如下图所示：6公司名称信息2、定义与公式c、固定支架：管道轴向、横向均受限制，不允许管道有位移。固定支架分主固定支架和次固定支架，主固定支架一般设置在管道的盲端、弯头、阀门及侧支管线连接处等位置，次固定支架一般设在直管段上两个轴向型补偿器之间。7公司名称信息2、定义与公式（2）管道伸长量的计算由于温差引起的管道长度变化，由下式计算：△L＝αL△t式中△L—管道的伸长量（m）；α—管道的线膨胀系数（m/m℃），其数值见表1L—管道长度（m）；△t－温差（℃），架空管道在太阳直晒的情况下计算温差可取80℃；8公司名称信息2、定义与公式表1各种管材的线膨胀系数（m/m℃）管道材料α管道材料α普通钢碳素钢镍钢镍铬钢不锈钢12.0×10-611.7×10-613.1×10-611.7×10-610.3×10-6黄铜紫铜铸铁聚氯乙烯13.4×10-616.4×10-610.4×10-670.0×10-69公司名称信息（2）温度应力当管道两端固定时，温度应力为：σ=Eδ式中σ－温度应力（MPa）；E－弹性模数（MPa），钢材取2.1×105MPa；δ－管道的相对变形，δ＝△L/L2、定义与公式10公司名称信息自然补偿器是利用管道自身进行补偿，常用的有两种形式，L型和Z型，如下图：3、自然补偿器11公司名称信息自然补偿器短臂的计算方法如下：（1）L型补偿器短臂长度计算：式中l－L型补偿器的短臂长度(m）；△L－L型补偿器长臂的热伸缩量（mm）；D－管道外径（mm）3、自然补偿器1.1300LDl12公司名称信息（2）Z型补偿器的短臂长度计算：式中l－Z型补偿器的短臂长度(m）；△t－计算温差（℃）；E－弹性模数（MPa）；D－管道外径（mm）；σ－允许弯曲应力（MPa）；k=L1/L23、自然补偿器)2.11(10006ktEDl13公司名称信息小结：自然补偿的管道的长臂臂长一般不超过25m，弯曲应力不应超过80MPa。L形与Z形补偿器可以利用管道中的弯头构成，且便于安装。在管道设计中，应充分利用这两种补偿器做补偿，然后再考虑采用其它种类的补偿器。自然补偿的优点是可以节省补偿器，缺点是管道变形时产生横向位移。架空管道中自然补偿不能满足要求时才考虑装设其它类型的补偿器。3、自然补偿器14公司名称信息方型补偿器又称∪型补偿器，它一般用优质无缝钢管煨弯而成，当管径较大时常用焊接弯管制成。曲率半径通常为3DN-4DN。方型补偿器分为4种型号，补偿能力为30mm一250mm。4、方型补偿器15公司名称信息4、方型补偿器补偿能力△L(mm)型号公称直径（mm）253240506580100125150200250外伸臂长H＝A+2R50123465075085010607208309301120760870970114079088097010508609109801240930930980124010001000－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－表2补偿能力为50mm的方型补偿器相关参数16公司名称信息4、方型补偿器补偿能力△L(mm)型号公称直径（mm）253240506580100125150200250外伸臂长H＝A+2R100123491010701250160098011701360170010501240143017801100125014501700120013301470171012701400150017201400153016001730159016701750184017301830183019802050210021002190－－2300－－－－表3补偿能力为100mm的方型补偿器相关参数补偿能力为30mm、75mm、150mm、200mm、250mm的方型补偿器均有相关的参数列表。17公司名称信息小结：方形补偿器的优点是制造方便，轴向推力较小，补偿量大，运行可靠，严密性好，不需要经常维修。其缺点是介质流动阻力大、单面外伸臂较长，占空间较大，当管径较大时不宜采用。4、方型补偿器18公司名称信息5、波纹补偿器波纹补偿器是采用先进的、对波纹管无损伤的利用薄不锈钢板整体一次液压成型制作的。波纹补偿器在管线上可作轴向、横向和角向三个方向的补偿。波纹补偿器的种类很多，包括轴向型波纹补偿器、自由复式型波纹补偿器、拉杆型波纹补偿器等。后两种结构较为复杂，且在燃气管道中用的较少，主要介绍轴向型波纹补偿器。19公司名称信息5、波纹补偿器轴向型波纹补偿器由一个波纹管和两个接管构成。它通过波纹管的柔性变形来吸收管线轴向位移（也有少量横向、角向位移），一般通过法兰与管道连接。补偿器上的小拉杆主要是运输过程中的刚性支承或作为产品预变形调整用，它不是承力件。如下图所示：轴向型波纹补偿器为了减少介质的流动阻力，在内部设有内套管，在很大程度上限制了横向补偿能力，故一般仅用以吸收或补偿管道的轴向位移；20公司名称信息5、波纹补偿器波纹补偿器补偿能力为：△L=△s×N式中△L－补偿器的补偿能力（mm）；N－波节数；△s－单节波纹的补偿能力（mm）；一般为15-20mm，产品说明书中有相关参数。波纹补偿器允许的补偿能力一般按最大补偿能力的1／2－2／3计算。21公司名称信息5、波纹补偿器单节波纹的补偿能力△s可按下式计算：Ekddss43式中：E－补偿器钢材的弹性模量（MPa）；σs－补偿器钢材屈服极限（MPa）；d－管道内径（cm）；δ－补偿器壁厚（cm）；k－安全系数。当P≤0.25MPa时，k=1.2；当0.25MPa≤P≤0.6MPa时，k=1.3；α－波形补偿器计算系数，据β＝d/D值查表3D－波形补偿器的外径（cm）。22公司名称信息5、波纹补偿器表4波形补偿器计算系数β＝d/Dαβ＝d/Dα0.400.460.500.540.580.600.6414.368.5106.0334.2803.0162.5241.7620.680.700.720.760.800.840.901.2030.9870.80650.5120.3110.17250.047623公司名称信息5、波纹补偿器为了使补偿器处于一个良好的工作位置和改善管道的受力状态，在安装前对补偿器进行“预变形”轴向型补偿器的轴向预变形量△X由下式确定：△X=X{1/2-（T0-Tmin）/（Tmax-Tmin）}式中X—轴向补偿量Tmax—最高使用温度T0—安装温度℃Tmin—最低使用温度24公司名称信息5、波纹补偿器小结：波纹补偿器具有工作可靠、结构紧凑、重量轻、位移补偿量大、变形应力小等优点，广泛应用于燃气管道的补偿中，但由于其管壁较薄、强度低，不能承受扭力、振动，安全性差，施工时应注意保护。25公司名称信息6、金属软管金属软管由不锈钢波纹管、不锈钢网套、金属软管接头组成。如右图所示：不锈钢波纹管是由极薄壁的无缝不锈钢管经过高精度塑性加工而成。有两种形式:一种是环形金属软管、一种是螺旋型金属软管。如下图：环形金属软管螺旋型金属软管26公司名称信息6、金属软管不锈钢网套是金属软管安装在压力管路中的主要承压件，同时对金属软管起保护作用，根据管道中的压力大小及应用场所，可选择一层或多层的不锈钢丝或钢带按一定的参数进行编织。压力范围一般为PN0.6—32.0Mpa，最高达42.0MPa。金属软管接头主要包括螺纹连接、法兰连接、快速接头连接。27公司名称信息6、金属软管常用的金属软管主要参数：28公司名称信息金属软管的主要外形尺寸：公称直径mm公称压力MPa最大横向位移量Y（mm）50100150200250300350400金属软管全长L（mm）400.6-4.0550700900100011001200130014005065080010001100120013001400150065700900110012001300140015001600808001000120013001400150016001700100900120013001500160017001800190012510001200140016001800190021002200150100013001500160018001900210022006、金属软管29公司名称信息金属软管的主要技术特性：6、金属软管公称直径mm内径mm外径mm最小弯曲半径mm4039.8053.94005049.8063.95006574.80100.06508079.8010880010099.801301000125124.801711250150149.80196150030公司名称信息6、金属软管小结：金属软管具备良好的柔软性、抗疲劳性、耐高压、耐高低温、耐蚀性等诸多特性，可广泛应用于燃气管道中进行横向位移的补偿，也可用于燃气管道与用气设备的连接，吸收设备的振动，降低振动对燃气管道的影响。31公司名称信息7、总结架空管道中补偿器的选择应首先应考虑自然补偿，当自然补偿不能满足要求时才考虑装设方型补偿器、波纹补偿器或金属软管。在进行燃气管道设计时应充分地考虑到管道的走向和支撑体系的设计，综合考虑补偿器的选型和配置，以求达到安全、合理、适用、经济的最佳组合。32公司名称信息