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1、膨胀节的类型和构造一、波纹膨胀节的类型波纹管配备相应的构件，形成具有各种不同补偿功能的波纹膨胀节。按补偿形式分为轴向型、横向型、角向型及压力平衡型。轴向型：一般轴向型、抗弯型、外压型、直埋型、直管力平衡型、一次性直埋型。 横向型： 单向横向型、万向铰链横向型、大拉杆横向型、小拉杆横向型。 角向型：单向角向型、万向角向型。 以上是基本分类，每类都具备共同的功能。在一些特定状况还可以有特别功能，如耐腐蚀型、耐高温型。按特定场合的不同，分为催化裂化装置用、高炉烟道用。按用于不同介质分为：热风用、烟气用、蒸汽用等。二、波纹膨胀节的结构1、轴向型波纹膨胀节1一般抽向型：是最基本的轴向膨胀节结构。其中支撑
2、螺母和预拉杆的作用是支撑膨胀节达到最大额定拉伸长度和到现场安装时调整安装长度冷紧。如果补偿量较大，可用两节，甚至三节波纹管。使用多节时，要增加抗失稳的导向限位杆。 2抗弯型：增加了外抗弯套筒，使整体具有抗弯能力。这样可以不受支座的设置必需受4D、14D的约束，支架的设置可以将这段按刚性管道合计。 3外压型：这种结构使波纹管外部受压，内部通大气。外壳必需是密闭的容器，它的特点是：1波纹管受外压不发生柱失稳，可以用多波，实现大补偿量。2波纹内不含杂污物及水，停气时冷凝水不存波纹内可从排污阀排掉不怕冷冻。3结构稍改善也具有抗弯能力。 4直埋型：它的外壳起到井的作用，把膨胀节保护起来密封结构防止土及水
3、进入。实际产品分防土型和防土防水型。对膨胀节的特别要求是必需与管道同寿命。 5一次性直理型：它的使用是装在管线上后整个管线加热升温到管线的制定温度范围的中间温度，管线伸长，波纹管被压缩，两个套筒滑动靠近，然后把它们焊死，再由检压孔打压检验焊缝不漏即可。它的特点是：1焊死后波纹管再不起作用，它的寿命一次就够。2波纹管的制定压力按施工加热的压力制定。材质用一般碳钢。 2、横向型波纹膨胀节1单向横向型：它只能在垂直于铰链轴的平面内弯曲变形。 2万向横向型：它可以对不在一个平面内的空间管道进行各方向的补偿变形。 3大拉杆横向型：它属于万向横向型，除了可以承受较大的横向变形，还能汲取中间长接管的热变形。
4、如果不需要用拉杆平衡内压的推力，它还可以补偿来自管线的轴向变形，即所谓“万能膨胀节。由干弯曲和轴向变形同时发生且轴向变形由两个波纹管均担，则要求它们的变形量要在膨胀节结构上给以限位，以便均匀分配各波纹管的变形量，使其各自的变形量都小超过额定值。 4小拉杆横向型：在需要由拉杆平衡内压推力时，它可以进行横向和自身热变形补偿。如不需拉杆平衡内压推力，它可以承受轴向补偿，这也是万能膨胀节的一种。横向膨胀节具有以下优点：1能进行大位移补偿。2内压引起的轴向力由自身的拉杆及铰链平衡，使它的支架成为次固定支架，降低支架的造价。3 拉杆横向式还具有汲取轴向变形的能力，在变形较复杂的管线上可以发挥它的作用。4
5、它更大的优点是由子在结构上受拉杆及铰链的保护，对管道的安装误差甚至事故不像轴向膨胀节那样敏感，有时即使有管道事故也不致损坏膨胀节。在管系制定中如果可能尽量用横向型膨胀节。 3角向型波纹膨胀节1单向角向型：它只能弯曲变形，形成角位移。内压推力由铰链承受。 2万向角向型：万向角向型波纹膨胀节特点是采纳万向铰链，可以在过轴线的任何平面内弯曲。角向型一般由两个或三个组合使用补偿线位移。 4力平衡型波纹膨胀节波纹膨胀节内压推力比较大，易对相连的设备产生不良影响。力平衡型膨胀节通过自身结构使内压引起的推力坚持平衡而不作用或很少作用于相连的设备，且能坚持本身的轴向补偿功能。1直管力平衡型：它由两个工作波纹管
6、，一个平衡波纹管及端板、平衡拉杆组成。其中的关键是平衡波纹管的有效面积必需是工作波纹管有效面积的两倍，这样工作波纹管内压引起的向外侧的轴向推力通过平衡拉杆被平衡波纹管因内压引起的相反方向的推力所抵消，而无轴向推力输出，管道或设备不再受力在正常的补偿过程中，它自身的力平衡关系不变。 2弯管力平衡型：这是用于管道转弯处进行轴向、横向或两者组合补偿。由工作波纹管和平衡波纹管及平衡拉杆、弯头组成。平衡波纹管的有效面积必需与工作波纹管的有效面积相等，则内压引起的轴向推力正好方向相反，大小相等。通过拉杆相抵消。横向位移校大时可用两个工作波纹管，如横向位移和轴向位移都比较小，可用一个工作波纹管。 3其它力平
7、衡型：由于发展的需要，开发了合适于在不同状况下使用的各种力平衡式波纹膨胀节。一般都是依据内压自身平衡的原理按特别要求制定的。常见类型如：1套叠直管压力平衡型膨胀节2外压浮筒式膨胀节3内联式直管压力平衡式膨胀节4内压并联型膨胀节5旁管力平衡式膨胀节 力平衡型膨胀节主要用于设备之间或不适于设置固定支座的场合。而不合适用在需要很多膨胀节的长管线上。因它的造价很高，是相同使用参数的一般轴向膨胀节的四倍以上。力平衡型和一般轴向型膨胀节不能在同一管线上串联使用，否则平衡型和一般轴向型之间的支架将变成主固定支架，力平衡变得无意义。强调这点是因为曾经出现过对力平衡型膨胀节的错误理解和使用。5特别结构的波纹膨胀
8、节1带隔热层：在导流筒和波纹管之间加绝热材料层。在绝热材料和波纹之间的气体是死区，与在导流简内流动的高温介质几乎隔绝。高温介质的热量只能通过绝热层传给波纹管，热传导缓慢。波纹管外面是大气温度，大气被加热自然形成对流，起散热作用，也可用人工强化对流。通过制定不同厚度的绝热层，可以控制波纹管的温度，使其不超过波纹管材料的同意使用温度。依据介质温度的凹凸选用不同类型的绝热材料。绝热材料起隔热作用，也可用由外部通入高于管道的介质压力的蒸汽或空气代替，导流筒端部与端管之间配合间隙相对要小些。由于连续通人气体，在导流筒端部与端管之间的间隙不断喷出气体到管道内，使高温介质不能进入导流筒和波纹之间，波纹管的实
9、际温度不会高于汽或气的温度。 2带强化环：在U型波纹的波谷加刚性圆截面的圆环，能提升抗柱失稳和平面失稳的能力，从而提升耐压能力。工作压力在2.5MPa以上时应用强化环比较合适，强化环截面可以是实心圆也可以是空心圆环。如果采纳加稳定环措施，其抗失稳能力更强。 3焊接结构：波纹管由焊接而成。特点是刚度小、补偿量大、轴向尺寸小。缺点是耐压强度低。为提升耐压也可以焊成多层。此外，其上艺技术要求高，成本高，它只合适在特别场合使用。 4矩形：它用于低压、通风矩形管道。它的工作跟圆形波纹膨胀节相同，有轴向、角向、横向及它们的组合。波形一般为U 型和V 型。它的拐角结构型式常见的有三种，其中以圆弧转角受力状态
10、较好。 膨胀节的计算与制定一、膨胀节的分类和特点波纹膨胀节的主要元件是波纹管，利用波纹管易于伸缩变形而起补偿作用。按波纹管横截面可分为U形、形、S形、V形等波纹膨胀节。U形波纹管工艺性好，便于加工，耐压能力和补偿能力较好，无加强U 型波纹管一般适用于压力2.5MPa以下场合。目前，波纹膨胀节绝大多数采纳U形波纹管。形波纹管工艺性一般，采纳强化环在波谷处强化，适用于压力和温度较高的场合，但补偿能力较差。S形波纹管工艺性较差，制造比较复杂，但不易产生应力集中，波纹管受力状态较好。在既要耐压高，又要求较大位移时，可采纳S形波纹管。V形波纹管补偿能力强，可用以汲取超大伸缩，但边角应力较集中，耐压能力差
11、。波纹膨胀节按波纹管层数可分为单层多层波纹膨胀节。单层波纹管由一层管壁组成，容易制造，但补偿能力一般。多层波纹管由多层管壁组成，如同多个薄片弹簧，因而刚度小。与单层波纹管相比，在总的管壁厚度和波形相同条件下，多层波纹管容易变形，补偿能力大。变形所产生的应力较小，疲惫寿命高。因此，它可满足大补偿量与高压力冲击的要求单层波纹管要求管壁薄，波纹深；多层波纹管要求管璧厚，波纹浅在一定的工作条件下，即一定的压力、补偿量与疲惫寿命下，多层波纹管比单层波纹管外径较小，长度较短。使得多层波纹膨胀节结构紧凑，可节省材料，制造时成形容易。由于波高小，设置外套筒保护容易，安装支撑和间隔方便。当波纹膨胀节用于腐蚀环境
12、时，多层波纹管只需在内、外层用耐腐蚀材料制造，因而可节省贵重金属。有时为了防腐，内、外层可用较大板厚的材料制造。此外，如果管壁内层由于某一原因，如腐蚀、缺陷、疲惫、安装等而出现裂痕，虽然内层已经泄漏，但其它层仍能起密封作用，这样多层波纹膨胀节不易出现突发性破坏，可延长检修周期。由于多层波纹膨胀节具有优良的性能，因此在国外已经有了较大的发展。例如美国，日本、德国、英国、前苏联等国家，均已制定、制造与使用。国外制造的多层波纹膨胀节产品，直径已超过4m。美国膨胀克制造商协会标准已将多层波纹膨胀节列入标准。在我国，多层波纹膨胀节也得到了很大的发展，大多数生产厂家采纳了多层结构。由于现在国内生产和使用的
13、波纹膨胀节绝大多数都采纳U形，下面所谈的主要是U形波纹膨胀节。二、膨胀节的几种主要计算方法波纹管的制定计算是一个复杂的弹性力学间题，而且随着波纹膨胀节在管道、设备、装置上日益广泛应用，波纹管的变形不再局限于弹性变形，而且有很大的塑性变形，仅用弹性力学的理论来分析将会产生较大误差。由于波纹管是一个复杂的壳体，其工艺过程及使用条件对性能又有很大的影响，故不可能提出能适应各种条件的工程上有用的计算公式。近些年来，人们作过大量的分析研究和实验验证工作，提出了不少工程制定使用的计算公式和图表但是有的方法由于公式和图表繁复，工程制定使用不方便；也有些假设条件过于简化和理想与实际应用状况偏差较大，难以确保工
14、程上的安全可靠，均未能为工程界所接受。目前，能够符合工程有用要求的计算方法并不很多，应用较普遍的主要有以下几种方法：1. 美国膨胀克制造商协会标准计算法EJMA法2. 美国凯洛格公司计算法KELLOGG法3. 日本东洋公司计算法TOYO法4. 前苏联维赫曼等人提出的计算方法维赫曼法5. 前西德AD受压容器规范计算法AD法6. 日本滨田一竹园提出的计算法滨田一竹园法EJMA 法在计算方法上有比较显然的优点，如：对波壳的应力分析比较全面，假设条件较合理，加上算式对实际存在的影响作了必要的修正，因而计算结果有一定准确性。同时，在内容上不仅对工程制定中必需合计的间题，如强度、刚度、位移、疲惫、稳定性、
15、振动等都规定了相应的算式，而且对各种多层或单层、无强化和带强化元件的波壳均可适用，较好地满足了工程上有用的要求。特别是作为膨胀克制造者的专用标准，这个标准不仅在计算方法具有优点，而且对膨胀节的制造和使用，甚至包装运输都作出了相应的规定，因而EJMA有相当大的影响。目前国外一些标准和规定已逐步采纳EJMA 法，可推举作为工程制定中的通用计算方法。我国的国家标准金属膨胀节通用技术条件GB/T 12777、钢制压力容器GB 15和钢制管壳式换热器GB 151中有关波纹管的计算均采纳EJMA 的计算方法。目前，我国的波纹膨胀节生产厂家大多也是应用EJMA 法进行产品制定。KELLOGG法是美国凯洛格公司工程制定的规定方法，具有简便有用的特点，而且对各项计算内容的评定标准有一定的施行基础，故比较稳妥可靠，多年来在国外广为采纳。如1977 年日本工业标准JISB 8243 - 1977 和JISB2352 - 1977仍将KELLOGG法列入其中。近些年来，凯洛格公司又在总结施行的基础上进一步对计算方法进行了修订，内容更加完善，计算准确性和应用范围大有改善，适于在工程制定中使用和参照。TOYO法由于其假设条件能较好反映波壳特性，计算有一定的准确性，而且算法简便，规定较具体，近些年来国内的工程制定上也有应用此种方法。但与上面两种方法相比，无论在计算内容
