波纹管膨胀节的分类与应用对象

波纹膨胀节按位移形式分类，基本可分为轴向型、横向型、角向型及压力平衡型波纹膨胀节（大多厂家以此种分类方式在说明书上标示其产品）。

按是否能吸收管道内介质压力所产生的压力推力（盲板力）分类，可分为无约束型波纹膨胀节和有约束型波纹膨胀节。

按波纹管的波形结构参数分类，可分为U形、Ω形、S形、V形波纹膨胀节（当前国内外的膨胀节产品以采用U状波形结构者居多）。

每一类都有各自的优点和缺点，所以必须根据不同的使用条件，恰当地选用才能使波纹膨胀节正常工作，做到波纹膨胀节设计选型的经济合理。下面，即对产品的部分分类及相关应用加以介绍：

单式轴向型波纹膨胀节

由一个波纹管及结构件组成，主要用于吸收轴向位移而不能承受介质压力推力的膨胀节。因为结构简单，制造成本低，所以这是所有膨胀节中价格最为便宜的一种，对于管道口径小，固定支座易于设置的管线，应优先采用这一种。但它不能承受压力推力，所以在选用它时，一定要正确计算压力推力，并正确地设置固定支座。对于大口径管线尽管压力低，但压力推力也大得惊人，所以一定要设置好固定支座和滑动支座。

外压单式轴向波纹膨胀节

由承受外压的波纹管、外管和端环等构件组成，只用于吸收轴向位移而不能承受波纹管压力推力的膨胀节。

当所需要的轴向位移较大，采用内压轴向膨胀节因存在柱失稳问题而受限时，可考虑采用外压膨胀节，其特点是不存在柱失稳问题且轴向补偿量大。膨胀节工作时，波纹管受拉，而不是受压。

压力平衡式波纹膨胀节

由一个工作波纹管或中间管所连接的两个工作波纹管和一个平衡波纹管及弯头或三通、封头拉杆、端板和球面与锥面垫圈等结构件组成。主要用于吸收轴向与横向组合位移并能平衡波纹管压力推力的膨胀节。

当波纹管压力推力很大，所需的固定支座不便于设置时，以及与之相连的管道或设备不允许承受内压推力时，应考虑选用这种型式的波纹膨胀节。弯管压力平衡式膨胀节可用于消除作用在泵、压缩机、汽轮机等设备上的载荷。

在需要轴向补偿时，由于管线架空或两容器之间的直管段距离较短，设置固定支架困难或不经济时，这时应考虑使用直管压力平衡式波纹膨胀节。

为使弯管压力平衡式膨胀节正常工作，在选型时要注意：连杆所承受的压力推力一定要大于使膨胀节产生轴向位移所需要的力。否则不宜选用此类膨胀节。

大拉杆横向波纹膨胀节

由中间管连接的两个几何参数和波数相同的波纹管及拉杆、端板组成的挠性部件。 主要用于补偿单平面或多平面弯曲管段的横向位移。适用于\"L\"型和\"Ｚ\"型管系。

由于拉杆能承受压力推力和其他附加外力的作用，膨胀节自身吸收内压推力，不会对管道产生外力，因此膨胀节两端的管道可使用中间固定支架或导向支架，降低施工成本，提高施工效率。

万向铰链式波纹膨胀节

由波纹管、平衡环及两对与平衡环和端管相连的铰链板组成的挠性部件。一般为两个万向铰链型或两个万向铰链型与一个单式铰链一起配套组使用，适用于\"L\"型和\"Ｚ\"型管系中，主要以角偏转的方式补偿多平面弯曲管段的合成位移。

由于平衡环、销轴和铰链板能承受压力推力和其他附加外力的作用，膨胀节自身吸收内压推力，不会对管道产生外力，因此管道支撑的设置可以简化。

非金属波纹膨胀节

顾名思义，构成膨胀节的管体主材为为纤维织物或其他特种非金属材质。

产品特点：

（1）补偿热膨胀：非金属膨胀节可以在较小的尺寸范围内提供较大的多维方向补偿。 （2）补偿安装误差：由于管道连接中，系统误差在所难免，非金属膨胀节可以较好地消除安装误差。

（3）消声隔震：纤维织物、保温棉本身具有吸声、隔绝震动传递的功能，能有效地减小锅炉、风机等系统的噪声和震动。

（4）无反推力：由于主体材料为纤维织物，无力的传递。用非金属膨胀节可简化设计。 （5）密封性能好：在各种介质作用下，具有良好的密封性。安装维修方便。

波纹管膨胀节的重要附件

是波纹膨胀节正常工作的重要保证，根据使用条件不同，应恰当地选用这些部件。

内衬筒：用于减少膨胀节的波纹管内壁与通过它的流动介质相互接触的圆筒，起降低流

体阻力、保护波纹管内表面等作用。又称内套筒或导流筒。内衬筒的材料可与波纹管相同，也可与波纹管不同。

限位杆：设置在膨胀节总成上，一般用杆或棒制成的零件，主要用于限制波纹管在正常

工作状态下的活动范围（轴向、横向、角向），当主固定支架发生破坏时，该零件可以防止波纹管过度拉伸和压缩，同时还可控制全部内压载荷和因支架破坏产生的动载荷。

外罩：对波纹膨胀节的波纹管外表面提供一定保护，使它免受异物接触或机械破坏的装

置。有时也称保护套。

非金属补偿器

产品特点：

１.多向补偿：非金属补偿器可以在较小的尺寸范围内提供较大的轴向、角向和侧向位移。

２.无反推力：主体材料为玻璃纤维织物及其涂覆制品，无力的传递。使用非金属补偿器可简化设计，避免使用大的支架，节省大量的材料和劳动力。

３.消声减震：纤维织物和保温棉本身具有吸声减震的作用，能有效地减少锅炉、风机等系统的噪声和震动。

４.优良的耐高温、耐腐蚀和密封性能：采用有机硅、氟等高分子材料涂覆处理，具有优良的耐高温、耐腐蚀和密封性能。 ５.安装维修方便。

用途：

1.火力发电厂：锅炉，燃气轮机排烟系统，除尘系统。

2.石油化工企业：锅炉，工业用炉的排烟脱硫装置，湿、干法的通风道。 3.钢铁厂：高炉、转炉、排烟等除尘系统。 4.冶炼厂：燃烧炉等供排气系统。 5.水泥厂：窑，集尘，烟尘处理装置系统。

6.装置类：集尘器，吸收塔，空气加热器，鼓风机各设备进出口。

波纹管补偿器的应用及技术参数,技术条件说明

1. 波纹管补偿器适用范围和主要技术参数 1.1. 各种行业的冷热管道

1.2. 需要限制接管载荷敏感设备的进出口管道 1.3. 需要吸收隔离高频机械振动的管道 1.4. 考虑吸收地震或地基沉陷的管道 1.5. 主要技术参数见表一、表二

表一：各种酸碱选材表

硝酸 硫酸 亚硫酸 醋酸 磷酸 盐酸 碱 氨 盐水

30℃ SUS304 SUS316 SUS316 SUS404、316 SUS304 SUS316、317 SUS304 SUS304 SUS036 接近沸点 SUS304 lncoloy825 SUS316、SUS317 SUS316、SUS317 lncoloy825 SUS304、SUS304L SUS316 SUS317、M－5、114M 中间温度 SUS304L lncoloy825 SUS316、SUS317 SUS316、lncoloy825 SUS304L、SUS347 SUS316、SUS316L lncoloy825 表二，几种介质的选材表

介质 水道水 海水 蒸水 原油 轻质油 可使用的材料 优良的材料 SUS304 NTKM－5 SUS316 SUS316L SUS316 SUS316 lncoloy825 SUS316L NTKM－5 SUS316L 介质 粗制进炉气 精制焦炉气 高炉气 烧却炉排气 船舶甲板上蒸汽管 重油 SUS304 SUS316 船舶低温液化气管 锅炉排高温 锅炉排低温 SUS304 SUS316L SUS316L lncoloy825 空气 低温氧气 SUS304 SUS304 SUS304 SUS316L SUS316L SUS316L 可使用的材料 优良的材料 SUS316L SUS316 SUS304 SUS316 SUS316L lncoloy825 SUS316L SUS316 SUS316L lncoloy825 柴油机排气

SUS304 SUS316 高温氧气 SUS316 SUS316L 2. 补偿量、刚度的温度修正。

样本所列各种参数是在20℃下计算并结合试验值得出的，若补偿器实际使用温度与20℃不同，可按表三、表四提供的系数，对补偿器及刚度K值实施修正，以便确定补偿器的实际补偿量和刚度。

表三、温度对补偿量的修正系数f1 温度 F1 0.932 0.942 0.956 0.979 1 1.001 1.002 1.003 1.004 1.005 1.067 1.072

表四，温度对刚度的修正系数F2 温-200 -150 -100 -50 20 50 度 F2 1.071 1.055 1.045 1.028 1 0.992 0.971 0.956 0.937 0.920 0.901 0.881 0.882 注：温度在间隔之内时，系数F1、F2按内插法选取。

100 150 200 250 300 350 400 -200 -150 -100 -50 20 50 100 150 200 300 350 400 2.1. 疲劳破坏次数、安全寿命与补偿量

波纹管补偿器的疲劳寿命与补偿量成反比例关系，为了方便用户，合理地选择产品，在样本中列出了补偿器在1500／3000次疲劳寿命次数下的补偿量仅供参考，但在现场实际安装和使用状态下存在着许多不可估因素，同时波纹管的疲劳问题也是一个比较复杂的问题，其数值的散布度较大，因此根据国家有关标准规定，在确定补偿器的安全疲劳寿命｛N｝时，要有1.5倍的安全系数。 [N]=N÷15 N_疲劳破坏次数

2. 2. 位移量的合成

样本中诸系列表中列出的轴向位移量X0，横向位移量Y0和角位移θ0，是各种形式补偿器单独实施该类位移的最大位移范围，若该补偿器要进行两种或两种以上复合位移，则补偿器的选取应符合式（1）的要求。

式中的X１、Y１、θ X0、Y0、θ

0

0

„„ 为该补偿器同时承受的轴向、横向及角向位移量的实际值。

„„ 为某一疲劳寿命下单独的轴向、横向及角向补偿时的相应补偿量。

3. 补偿器的预变形

为了使补偿器处于一个良好的工作位置和改善管架受力状态，在安装前应对补偿器进行“预变形”。

3.1. 轴向补偿器的轴向预变量△X由式（2）确定:

式中X —— 轴向补偿器, Tmax —— 最高使用 T0 —— 安装温度℃ Tmin —— 最低使用温度

△X为正值时,表示“预拉伸”， △X为负值时，表示“预压缩”。

3.2. 横向补偿器和角向补偿器的冷紧（予变形），可取实际补偿量的一半值，即 Y/2 或 θ/2 ,，“预变形”应反向冷紧，应在实际施工时予以调整。

4. 管线分段与补偿器的选型。

工程管路系统设计由于受到各方面的制约是相当复杂的，但是任何复杂的管系都可以选用若干个固定支架在不同的部位选择不同的设置，将其分成若干形状相对简单的单独管段，“Z”型管段和“∏” 型管段等，并分别确定各管段的变形及补偿量，由于补偿器的种类很多，正确地选型是非常重要的，因此在管系的总体设计时，应充分地考虑到管线的走向和

支撑体系（包括固定管架、导向滑动管架等）的设计和综合考虑补偿器的造型和配置，以示达到安全、合理、适用、经济的最佳组合。

波纹管补偿器它是以波纹管为核心的挠性元件，在管线上再作轴向、横向和角向三个方向的补偿。轴向型补偿器为了减少介质的自激现象。在产品内部没有内套管，在很大程度上限制了径向补偿能力，故一般仅用以吸收或补偿管道的轴向位移（如果管系中确需少量的径向位移，可以订货时予以说明其径最大位移量）：横向位移补偿器（大拉杆）主要吸收垂直于补偿器轴线的横向位移，小拉杆横向位移补偿器适合于吸收横向位移，也可以吸收轴向、角向和任意三个方向位移的组合：铰链补偿器（也称角向补偿器）。它以两上或三个补偿器配套使用（单个使用铰链补偿器没有补偿能力），用以吸收单向平面内的横向变形，万向铰链（角向）补偿器，由两个或三个配套使用，可吸收三维方向的变形量。

5. 波纹管补偿器对管系及管架设计的要求。 轴向型补偿器 5.1. 主固定管架的设置 5.1.1. 安装普通轴向补偿器，

由于在使用普通型轴向补偿器的管道内存在着盲板力，故在管道的盲端、弯头、变截面处或装有截止阀、蝶阀、减压阀的部位以及侧支管线进入主管线入口处，均都要设置主固定管架。

主固定管架主要考虑波纹管的变形弹力以及普通波纹管由介质压力所产生的轴向推力（即盲板力）和滑动管架的摩擦阻力等。 a波纹管轴向弹力的计算公式如下： Fx = f ·Kx ·X „„„„„„„„ (3) 式中Fx —— 波纹管轴向弹性力（N）

f —— 系数，当进行“予变形”（拉伸或压缩）时，取f = 1/2,否则取f = 1. b由介质压力所产生的轴向推力（盲板力）的计算公式如下

Fp=100Pn·A „„„„„„„„ (4)

式中Fp —— 补偿器由介质压力所产生的轴向推力（即盲板力）（N） A —— 波纹管的有效面积（平方厘米）。查样本。 Pn —— 此段管道介质的最高压力（Mpa）

5.1.2. 安装内压平衡式轴向波纹管补偿器.

由于该型号补偿器的内部已设有平衡结构,对主固定管架不产生附加的轴向推力(即盲板力),故主固定管架仅需要考虑补偿器的轴向弹性力和管道的滑动摩擦阻力,补偿器的轴向弹性力按式(3)计算。

5.2. 在管道中除上述所需设置的主固定管架外,可设置若干个中间固定管架(即次固定管架),它的设置应根据实际管道的变形量和其它要求,将管道分成若干个相对独立的区域,实行分段补偿,在管段的两个固定管架之间,仅能设置一个轴向型补偿器,以防止变形量的累计叠加,管道中间固定管架(次固定管架)可不考虑盲板力的作用。

金 属 软 管

金属软管是工程技术中重要的连接构件，由波纹柔性管、网套和接头结合而成。我国已于1993年发布了国家标准《波纹金属软管通用技术条件》（GB/T14525-93）。

金属软管采用奥氏体不锈钢材料或按用户要求的材料制造，具有优良的柔软性，耐蚀性，耐高温性（－235℃ ～ ＋450℃)，耐高压性（最高为32MPa），在管路中可对任何方向进行连接，用以温度补偿和吸收振动、降低噪声、改变介质输送方向、消除管道间或管道与设备间的机械位移等，双法兰金属波纹软管对有位移、振动的各种泵、阀等的柔性接头尤为适用。

金属软管使用的波纹管有两种，一种是螺旋形波纹管；另一种是环形波纹管。

螺旋形波纹管

螺旋形波纹管是波纹呈螺旋状排布的管形壳体，在相邻的两波纹之间有一个螺旋升角，所有的波纹都可通过一条螺旋线连接起来。

环形波纹管

环形波纹管是波纹呈闭合圆环状的管形壳体，波与波之间由圆环波纹串联而成。环形波纹管由无缝管材或焊接管材加工成形。受加工方式制约，较之螺旋形波纹管，其单管长度通常较短。环形波纹管的优点是弹性好、刚度小。

与波纹管有关的名词术语

波纹管的波形

可分为“U”形和“Ω”形。

\"Ω\"形波纹管能够承受高压，但只能承受较小的轴向位移；“U”形波纹管则相反，在壁厚相同的情况下，它能承受较大的位移，但只能承受较小的压力。

为采用U形波纹管伸缩位移较大的特性，弥补U形波纹管只能较小的压力，人们常采取“补强”的方法-即在“U”形波纹管的外部增加增强部件（一般称作铠装环、加强环）。采用多层结构或增加波纹管的厚度也可以提高波纹管承受内压的能力，但是增加厚度会显著降低波纹管的疲劳寿命和增加波纹管的刚度。

膨胀节形式

波纹膨胀节能够起到伸缩作用主要是靠波纹管来实现的，对波纹管膨胀节的功能及强度设计主要是对波纹管的设计，对波纹管的不同设计及组合，可以使波纹管拉伸、压缩或弯曲，从而形成轴向、横向、角向三种基本形式的波纹膨胀节。

波纹管的制作方法

有：机械胀形、液压成形、滚压成形、焊接成形、和电沉积成形等。 液压成形可以获得综合性能较好的波纹管。 滚压成形可以用来制作大直径的波纹管。 焊接成形可以获得弹性较好的波纹管。

电沉积成形可以制作小直径和高精度的波纹管。

刚度

使波纹管产生单位位移所需要的力。是计算波纹膨胀节弹性推力的基础。

对于相同口径相同压力的波纹管，刚度大小是衡量波纹管性能好坏的参数之一。目前生产厂家都是采用EJMA法计算出波纹管单波轴向刚度(fir),由此得出膨胀节轴向刚度（Kx)。

有效面积

一个等效面积，（Ae=(πDm2)/4 mm2 Dm 波纹管平均直径)。

疲劳寿命

在正常工作条件下，波纹管能正常工作的最小循环次数。