膨胀节也称补偿器

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1、膨胀节也称赔偿器，是1种弹性赔偿装置，重要用来赔偿管道或设备因温度影响而引起地热胀冷缩位移 (有时也称热位移)。膨胀节地赔偿元件是波纹管。在操作过程中，波纹管除产生位移 (变形)外，往往还要承受1定地工作压力。因此，膨胀节也是1种承压地弹性赔偿装置。因此，保证其安全可靠地工作是10分重要地。膨胀节除作为热位移赔偿装置使用外，也常被用于隔振和降噪。膨胀节波纹管地波形较多，常用地有U形、形、S形等。在这里，重要推荐U形波纹管膨胀节地设计与应用中地有关难题。1、波纹管膨胀节地构造类型及其应用1.l U形波纹管膨胀节地构造类型 U形波纹管膨胀节地构造类型较多，不一样类型地膨胀节，合用地场所也各不相似。

2、重要地类型有单式轴向型、单式和复式铰链型、复式自由型、复式拉杆型、直管和弯管压力平衡型等。多种类型地构造示意图见图l图10。为提高膨胀节地承载能力，可设计带加强环或稳定环地膨胀节，其构造示意 如图11 所示。(1) 单式轴向型膨胀节由1个波纹管及构造件构成，重要用于吸取轴向位移而不能承受波纹管压力推力地膨胀节（见图1）。(2) 单式铰链型膨胀节由1个波纹管及销轴、铰链板和立板等构造件构成、承受波纹管压力推力地膨胀节（见图2） 。 (3) 单式万向铰链型膨胀节由1个波纹管及销轴、铰链板、万向环和立板等构造构成、能在任意平面内角位移并能承受波纹管压力推力地膨胀节（见图3）。(4) 复式自由型膨胀节

3、由中间管所连接地两个波纹管(及控制杆或四连杆)等构造件构成、重要用于吸取轴向与横向组合位移而不能承受波纹管压力推力地膨胀节（见图4）。(5) 复式拉杆型膨胀节由中间管所连接地两个波纹管及拉杆和端板等构造件构成、能吸取任1方向横向位移并能承受波纹管压力推力地膨胀节，（见图5）。(6) 复式铰链型膨胀节由中间管所连接地两个波纹管及销轴、铰链板和立板等构造件构成、只能吸取单方向横向位移并能承受波纹管压力推力地膨胀节（见图6）。(7) 复式万向铰链型膨胀节由中间管所连接地两个波纹管及10字销轴、铰链板和立板等构造件构成、能吸取1方向横向位移并能承受波纹管压力推力地膨胀节（见图7）。(8)弯管压力平衡型

4、膨胀节由1个或中间管所连接地两个工作波纹管和1个平衡波纹管及弯头或三通、封头、拉杆和端板等构造件构成、重要用于吸取轴向与横向组合位移并能承受波纹管压力推力地膨胀节（见图8）。(9) 直管压力平衡型膨胀节由位于两端地两个工作波纹管和位于中间地1个平衡波纹管及拉杆和端板等构造件构成、重要用于吸取轴向位移并能承受波纹管压力推力地膨胀节(见图9)。(10)外压单式轴向型膨胀节由承受外压地波纹管及外管和端环等构造件构成、只用于吸取位移而不能承受波纹管压力推力地膨胀节（见图10）。1.2 膨胀节地应用示例不一样型式地膨胀节有不一样位移赔偿功能，在管路设计中，可以根据管路地构造及压力与通径等参数综合考虑予以

5、选型。 1.2.1 轴向位移地赔偿图12是采用单式膨胀节吸取管线轴向膨胀地1个良好地经典实例。图13是采用复式膨胀节吸取管线轴向膨胀地1个良好地经典实例。图14是采用膨胀节吸取带支管地管线地轴向膨胀地1个良好地经典实例。 图15是采用膨胀节吸取具有异径管地管线地轴向膨胀地1个良好地经典实例。图16表达1个包括“”形管段地管线上使用膨胀节地措施。图17是采用弯管压力平衡式膨胀节吸取管线轴向膨胀地1个良好地经典实例。图18表达怎么采用直管压力平衡式膨胀节吸取长地直管段上地轴向位移。图19是采用弯管压力平衡式膨胀节吸取汽轮机、泵、压缩机等设备地热膨胀地1个良好地经典实例。膨胀节地重要作用是减小作用到

6、设备壳体上地载荷。答复 举报 飘过 0 砸 0 顶 0 2楼 admin 刊登于 .06.07 03:20:31 符号阐明:Fex- 作用在以Dm为直径地圆周上地轴向力，N;ex- 单波轨向变形量，mm; h- 波纹管地波高，mm;Dm- 波纹管地平均直径，mm; q- 波纹管地波距，mm;Dm=Db+h r- 波纹管波纹地曲率半径，mm;Db- 波纹管直边段内径，mm; a- 波纹管波纹地直线段长度，mm;- 波纹管地名义厚度，mm; m- 波纹管成形后地壁厚，mm;E- 波纹管材料地弹性模量，Mpa; m-波纹管厚度为地层数;Cm- 材料强度系数，热处理态波纹管取Cm=l.5；成形态波纹管

7、取Cm=3.0;Cwb- 波纹管纵向焊缝;Cf、Cp、Cd- 形状尺寸系数，由图38、41、42求取。fi- 波纹管单波轴向刚度，N/mm;Kx- 膨胀节整体轴向刚度，N/mm;Ky- 膨胀节整钵横向(侧向)刚度，N/mm;K- 膨胀节整体弯曲(角向)刚度,Km/;Ku- 计算系数Ku=(3Lu2-3LbLu)/(3Lu2-6LbLu+4Lb2)Lb- 波纹管地波纹段长度，mm;Lb=NqN- 1个波纹管地波数;Lu-复式膨胀节中，两波纹管最外端间地距离，mm;2.1 刚度计算2.1.1 波纹管单波轴向刚度计算波纹管地波高与直径之比较小，如将其展开，可简化为如图37(b)所示地两端受轴向线载荷

8、地曲杆。轴向地总力为Fex。在弹性范围内，运用变形能法可以推导出轴向力与轴向变形之间地近似关系式(1)。Fex=(DmE3)/24C-ex N (1)式中 C=0.046r3-0.142hr2+0.285h2+0.083h3 mm3 (2) 则波纹管刚度fi为 fi=Fex/ ex (3)考虑到力学模型地近似性以及波纹管制成后壁厚减薄等原因，对公式（1）进行修正并代入（3）式则得：fi=(1.7DmEm3)/(h3Cf) N/mm (4)式中：m=Db/Dm (5)对于多层构造地波纹管，其刚度按（6）式计算：fi=(1.7DmEm3m)/(h3Cf) N/mm (6)图38 系数Cf2.1.2

9、 膨胀节整体弹性刚度计算（1）轴向刚度（a）单式膨胀节整体刚度Kx=fi/N (7)（b）复式膨胀节整体刚度Kx=fi/2N (8)（2）侧向刚度（a）单式膨胀节整体刚度Ky=(1.5Dm2fi)/LbN(LbX)2 (9)（b）复式膨胀节整体刚度Ky=(KuDm2fi)/4NLu(Lu-LbX/2) (10)侧向刚度计算中，轴向位移X拉伸时取“+”，压缩时取“-”。（3）整体弯曲刚度K=（Dm2fi）/（1.44106N） (11)2.2 未加强U形波纹管地应力计算(1)内压引起地周向薄膜应力2 由图39可知，当受内压P作用时，在1个U形波地纵截面上地内力与作用在半个环壳上地外力平衡。4(r

10、+)m2=qDmP2=(qDmP)/4(r+)m MPa (12)几何尺寸r、有如下关系：r=q/4=h-q/2 (13)将（13）式代入（12）式，得周向薄膜应力为：2=(DmP)/2mm(0.571+2h/q) MPa (14) （2）内压引起地径向薄膜应力3当波纹管受内压P作用时，在以D与Db为直径地两个环形截面上地内力与轴向外力平衡，则：(D+Db)m3=(/4)(D2-Db2)P (15)因D=Db+2h,代入上式，经整顿后得：3=Ph/2mm MPa (16)（3）内压引起地径向弯曲应力4在经线为半个U形环壳上切出单位宽度地窄条（见图40），设两端固定，并受均布压力P作用，可得最大

11、弯距为：M=Ph2/12 (17)断面系数为：W=Dmm2/6 (18)则径向弯曲应力为：4=M/w=Ph2/2m2 MPa (19)考虑形状尺寸地影响，引进修正系数(EJMA法)得：4=（Ph2Cp）/2cm (20)图39 U形膨胀节地几何参数。图40 环壳上地几何尺寸（4）由轴向力Fex引起地径向薄膜应力5 由式（3）、式（4）可得：5=Fex/Dmm=（1.7Em2ex）/（h3Cf） MPa (21)按EJMA法修正后，其公式形式为：5=（Em2ex）/（2h3Cf） MPa (22)式（22）为实际计算公式。（5）由轴向力Fex引起地径向弯曲应力6 可以证明在Fex作用下，最大弯矩

12、发生在波顶B处（见图37），其值为：Mmax=Fexh/2 (23)断面系数为：W=Dmm2/6 (24)则弯曲应力为：6=Mmax/w=3Fexh/Dmm2 MPa (25)引入公式（3）、（4）地关系，得：6=（5Emex）/（h2Cd） MPa (26)按EJMA法修正后得：6=（5Emex）/（3h2Cd） MPa （27）（6）应力评估a、薄膜应力2Cwbbt (28)3b b、弯曲应力：3+4Cmbt (29)c、经向总应力范围：t=0.7(3+ 4)+5+6 (30)以上推荐地U形膨胀节计算地措施，尽管由于力学模型地简化，给计算成果带来1定程度地误差，但因公式比较简朴，又根据实际

13、状况进行了修正与调整，故在工程设计时仍然得到广泛地应用。U形膨胀节也可看作环壳与环板地组合体，承受轴对称地载荷。列出平衡方程进行求解也可得出计算公式。但其过于繁复，不便于应用。近年来运用有限元法对膨胀节地应力分析研究工作也获得了进展。它以有限单元地集合替代无限单元地持续体，作物理上地近似，通过能量原理得出离散方程，通过求解，可以得到各离散单元地应力与位移地数值解。有助于进行精确地设计计算。（注：由于不能贴图，浏览图片请到原载网站：弗莱希波泰格金属波纹管有限企业 ）网页地址：符号阐明：Db-波纹管直边段内径，mm;Cz-转换点系数，Cz=(4.72fiuq2)/(0.2tDbAc) Ac-单个波

14、纹地金属截面积，mm2;Ac=(0.571q+2h)nm C-基于初始角位移地柱失稳压力减弱系数；C=1-1.822r+1.348r2-0.529r3r-初始角位移与最终角位移之比：r=(Dm)/(Dm+0.3Lb)-单个波纹管地角位移，弧度；a-平面失稳应力影响系数；a=1+22+(1-22+44)0.5 - 平面失稳应力比： =K4/3K2 K2-平面失稳系数: K2=（Dm/2mm）/1/(0.571+2h/q)K4-平面失稳系数: K4=(Cp/2m)/(h/m)2 其他符号意义同前。3.1 波纹管地稳定性概念膨胀节在使用中，若内压过大可以使波纹管丧失稳定，即出现屈曲。屈曲对波纹管地危

15、害在于它会大大减少波纹管地疲劳寿命和承受压力地能力。最常见地两种形式是柱屈曲和平面屈曲。柱屈曲系指波纹管地中部整体地侧向偏移，它使波纹管地中心线变成如图43(a)所示地曲线。当波纹管地长度与直径之比比较大时这种现象常常发生，与压杆失稳相似。波纹管柱失稳极限设计压力计算式见式 (31)、(32)，这些公式是假设波纹管两端固定。在其他支承条件下地极限设计压力按如下措施估算，固定/铰支: 0.5Psc铰支/铰支: 0.25Psc固定/横向导向: 0.25Psc固定/自由: 0.06Psc应当指出:外压不会产生柱屈曲，当波纹管承受外压时可按3.3中讨论地措施对其稳定性进行校核。平面屈曲系指1个或多种波

16、纹平面发生移动或偏转:即这些波纹地平面不再与波纹管轴线保持垂直。变形地特点是1个或多种波纹出现倾斜或翘曲，如图43(b)所示。导致这种屈曲重要是由于沿子午向作用地弯曲应力过大，并在波峰和波谷形成了塑性铰。当波纹管地长度与直径之比比较小时常常会发生这种现象。对无增强波纹管进行平面屈曲校核地措施见公式(33)。为了防止波纹管在试验条件下发生屈曲，试验压力应当低于或等于极限设计压力地1.5倍，这是根据材料在室温下可以保持柱稳定或平面稳定地力学性质而确定地。此外，应当使试验地固定方式尽量靠近现场地安装条件。3.2 U形波纹管极限设计内压地计算(1)波纹管两端固支时，柱失稳地极限设计内压a)当Lb/Db

17、Cz时， GB/T 12777-99中给出地计算式为:Psc=(0.34fiu)/(N2q) MPa (31a)EJMA-98中给出地计算式为：Psc=(0.34Cfiu)/(N2q) MPa (31b)b)当Lb/DbCz时，GB/T 12777-99中给出地计算式为:Psc=(0.58Ac0.2t)/(Dbq)1-0.6Lb/CzDb MPa (32a)EJMA-98中给出地计算式为：Psc=(0.87Ac0.2t)/(Dbq)1-0.73Lb/CzDb MPa (32b)(2)波纹管固支时平面失稳地极限设计内压力GB/T 12777-99中给出地计算式为:Psi=(1.4nm20.2t)

18、/(h2Cp) MPa (33a)EJMA-98中给出地计算式为：Psi=(0.510.2t)/K2a MPa (33b)3.3 U形波纹管受外压时周向稳定性计算当波纹管承受外压时，还需对波纹管以及与其相连地壳体进行稳定校核，这时将波纹管视为具有厚度是地eq当量外压圆筒，其直径为Dm，波数为N，则长度为Lb=Nq，此当量外压圆筒地断面惯性矩I2-2=(Lbeq3)/12,应与原波纹管地断面惯性矩I1-1相等（见图44），即：I1-1=I2-2=(Lbeq3)/12 mm4 (34)故 eq为（12I1-1/Lb）开三次方 （35）而I1-1值可以根据图44所示图形计算，其近视公式为：I1-1=

19、Nm(2h-q)3/48+0.4q(h-0.2q)2 mm4 (36)与波纹管相连地筒体壁厚为S0,假如S0eq，则将波纹管与筒体作为1持续地筒体进行外压校核。假如S0eq，则将波纹管视为外直径为Dm，长度为Nq地当量圆筒进行外压校核。经校核后，假若设计外压P不小于许用外压P，则应修改设计参数，重新按以上环节进行计算，直到满足PP地条件为止，外压校核按GB150-98中6.2.1规定进行。 （注：由于不能贴图，浏览图片请到原载网站：弗莱希波泰格金属波纹管有限企业 ）网页地址：在膨胀节工程应用中，当波纹管地自振频率和系统中地任1振动频率相似或相近时，就会产生共振。这样，1方面使波纹管地寿命大大减

20、少，另1方面将引起容器、管道和法兰等应力集中和残存应力较大部位地泄漏和疲劳断裂。因此，研究波纹管地自振频率，合理地进行工程计算，使之与系统振动频率隔开，以防止发生共振，是10分必要地。5.1 波纹管地自振频率计算膨胀节在实际使用中，大多为水平或垂直于地面安装，也许使波纹管承受横向(梁型)振动和轴向(手风琴型)振动，其自振频率应分别加以计算。(1) 轴向自振频率计算当将波纹管简化为离散力学模型，即把波纹管地所有质量分割为有限个质点，在两端固支地边界条件下，可推得其轴向自振频率为:fi=CiKx/G HZ (45)式中Ci为常数，可根据波纹管地波数N从表1查取;Kx和G分别为波纹管地轴向总刚度(N

21、/mm)和重量(N);i为频率阶数，i=1，2，3当将波纹管视作质量持续均布，根据不一样地边界约束条件，可分别求得波纹管地轴向自振频率计算公式:两端固支时 fi=49.5iKx/G HZ (46)1端固定，另1端自由时，fi=49.5（i-1/2）Kx/G HZ (47)1端固定，另1端具有重物（重为W0,N）时，fi=15.76iKx/G HZ (48)式中i，可按下列措施求取：itgi=a (49)i=(i-1)+i (50)先求出a值，a=G/W0,在将式（50）代入式（49），通过试差渴求地任意频率阶数地i （0i/2，i=1,2,3,）；接着从式（49）对应频率阶数地i 。（2）横向

22、自振频率计算将波纹管简化为质量持续均布地直管，可推出在两端故知边界条件下地横向自振频率为：fi=Ci(Dm/L)Kx/G HZ (51)式中：Ci为常数，在1-5阶频率时，Ci分别为124.63，343.55，673.53，1113.28，1663.13；Dm为波纹管平均直径（mm），Dm=D0+h，其中D0、h分别为波纹管波根外径和波高（mm），L为波纹管长度，L=Nq+2L1,其中q和L1分别为波纹管地波距和端部直边端长度（mm），见图45。 在式（45）-（48），（51）地自振频率计算公式中，为减小自振频率理论计算值与实测值之间地差异，波纹管地轴向刚度Kx应尽量采用对应振动状态下波纹管

23、地实际刚度值。若实际刚度值不晓得，则可用下列公式进行计算:Kx=1.7EtDmm3m/h3nCf N/mm (52)式中 Et-波纹管材料在工作温度下地弹性模量(N/mm2)m-成型减薄后地波纹管1层材料厚度，m=(D0/Dm)0.5 (mm);-波纹管1层地名义厚度(mm);m-波纹管厚度为""地层数;Cf-系数。此外，对于波纹管地重量G，当管内为气体介质时，因重量较小，在计算轴向和横向自振频率时可忽视，只计算波纹管材料地重量，即：G=G1=2NmmB12-B22+(B1r1+B2r2)+2(r12-r22)+2(R2+R1)L1mm N (53) 当波纹管内为液体介质时

24、，液体介质地重量对自振频率影响较大，应予计入。对于轴向自振频率地计算应包括各波之间地液体重量G2，即整个波纹管内地液体重量减去管内径以内地液体重量，因此:G=G1+G2=G1+NB12(2r1-mm)+(/4)B1(2r1-mm)2+(1/6)(2r1-mm)3+B22(2r2+mm)3-(/4)B2(2r2-mm)2 +(1/6)(2r2-mm)3 -R22q N (54)对于横向自振频率地计算，则应计入整个波纹管内液体地重量G3，即：G=G1+G3=G1+G2+LR22 N (55)式（53）-（55）中：、-分别为波纹管材料和管内液体地单位体积重量（N/mm3）;r1、r2-为波峰、波谷

25、圆弧中间面半径 (mm)；B1=R1-r1-(mm)/2,R1为波纹管外半径(mm),R1=D0/2+h;B2=R2+r2+(mm)/2,R2为波纹管外半径(mm),R2=D0/2-mm;当在压缩机、真空泵和柴油机等地管道系统中设置膨胀节时，管路设计应使机器地檄发频率、管道内地气柱固有频率、管系构造地固有频率和波纹管地自振频率不相重叠。在盲目配管时，有也许使以上某几种频率相等或相近，此时，管系将发生强烈地振动。对机器激发频率可按下式求取:fj=Mn/60 HZ (56)式中，n为机器曲轴转速 (rpm);M为在曲轴1转内，在管道地1个端口处，向管道排气或者吸气地次数。如单缸单作用时，M=l:单

26、缸双作用时，M=2。有关气柱1端开口，1端闭口状况地固有频率，在声学里己作了完善地研究，可用下式计算：fgi=(i-0.5)C/2L HZ (57)式中i为频率阶数，i=1，2，3;L为气柱长度，一般也就是管道长度（m）;C为气体地声速（m/s），C=KgRT ,其中K为绝热指数，空气为1.4；g为重力加速度9.8(m/s2) ,R为气体常数，空气为29.3，T为绝热温度(K) 。由式（56）和（57）可得到气体发生共振式应有如下关系：fj=fgi=(i-0.5)30C/(Mn) m (58)若取fj=（0.8-1.2）fgi作为共振区，则共振管长对应地范围值为：L=(0.8-1.2)(i-0

27、.5)30C/(Mn) m (59)采用同样地措施，根据fi=fj,fi=(0.8-1.2)fgi 地共振条件，从式（45）或式（46）、式（47）、（48）和式（56）、（57）可分别推得波纹管轴向与机器以及气柱发生共振时地Kx-n,L-Kx关系式： 波纹管两端固支时 Kx=G(Mn/60Ci)2 N/mm (60)L=(0.8-1.2)(i-0.5)(C/2Ci)G/Kx m (61) 或 Kx=G(Mn/2970i)2 N/mm (62)L=(0.8-1.2)(i-0.5)(C/99i)G/Kx m (63) 波纹管1端固定，另1端自由时Kx=G(Mn/2970(i-0.5)2 N/mm

28、 (64)L=(0.8-1.2)(C/99)G/Kx m (65)波纹管1端固定，另1端具有重物时Kx=G(Mn/945.6i2 N/mm (66)L=(0.8-1.2)(i-0.5)(C/31.55i)G/Kx m (67)有关管系构造地固有频率，在管道地设计阶段，可根据详细管路、支承等状况进行计算，详细计算措施可查阅有关文献。综上所述，为防止波纹管及管系发生共振，在设计时应注意到:(1)由于机器地转速n一般为1定值，1般不会变化，为使其激发频率与波纹管地自振频率不相重叠，波纹管地刚度值应不小于或不不小于由式 (60)或 (62)、式 (64)、(66)地计算值。波纹管地刚度值，尤其是当波纹

29、管作为消振元件使用时，应尽量取其对应工况下地实测值，从而使自振频率地计算值较为精确。必要时，对批量生产地波纹管可进行抽样刚度测试。试验状况证明，通过调整波纹管地预变形量使其刚度值发生变化，从而可合适变化其自振频率值，但应注意波纹管其他力学性能地变化，并且在设计阶段不作这样地考虑。(2)为了防止气性地固有频率与机器地激振频率及波纹管地自振频率重叠而发生共振，配管长度L不应落在由式(59)、式(61)、或 (63)式(65)和(67)计算得出地范围内。(3)对于管系构造地固有频率，也应与系统中地其他振动频率错开，当构造固有频率与机器激振频率相似或相近时，用增添管道支承地措施，能明显地变化管道机械固

30、有频率，从而防止与激振力形成共振。同步构造固有频率也不应与波纹管地自振频率和气柱固有频率重叠，若出现上述状况，可通过变化波纹管地刚度 Kn和变化配管长度L，以及增添管道支架等措施，使它们互相错开，防止共振。(4)金属波纹管可以在高频率和低振幅地振动场所下使用，但不适合于低频率和高振幅地振动场所。由于压力脉冲会通过流动介质传递到波纹管以外地地方去，因此，当系统地振动是由压力脉冲引起时，是不能用设置波纹管来消除地。同步，假如管道振动是由于过大地压力脉冲引起地，哪么，采用增添管道支承和捆绑加固地措施也是不行地。在这种状况下，可考虑装设缓冲器和减振器等，使高振幅低频率振动转换成为不太剧烈地较高频率和较

31、低振幅地脉冲。此外，在高流速地状况下，发生在波纹管上地紊流以及其内部地湍流都可以导致振动。为了减少这些现象，波纹管内应当设置内套筒。总之，在设计装有波纹管地管系时，应保证管系上地振动频率不相重叠以及振动载荷不会损害波纹管地功能。波形膨胀节具有优良地柔性，用于吸取管道热膨胀产生地位移和吸取机器产生地振动时，具有优良地性能。不过正由于具有优良地柔性，假如安装不妥，不仅不能发挥其优良地性能，还轻易发生破坏，因此对设置膨胀节地管路，对旳地进行支架设计和受力计算是非常重要地。符号阐明：X-X 向位移，mm; -角位移，度;Y-Y 向位移，mm; Y-侧向位移，mm; Y=Y2+Z2 Z-Z 向位移，mm

32、; x-轴向位移，mm;y-侧向位移产生地当量轴向位移，mm;-角位移严生地当量轴向位移，- 总位移，mm; =x+y+额定-膨胀节地设计额定总位移，mm;L-管道或设备受热地伸长量，mm;L=tLG-材料地线膨胀系数，mm/mm;t-操作温度芍安装温度之差，;E- 管子材料地弹性模量，Mpa; I- 管子惯性矩，mm4;A- 波纹管地平均截面积，mm2; P- 设计压力，Mpa;KL-确定侧向位移产生地当量轴向位移地系数: KL=3L(L+Lb)/(3L2+Lb2)Lb- 1个膨胀节地有效长度，mm;L- 复式膨胀节两组波纹管中心之间地距离，mm;Dm- 波纹管平均直径，mm; F- 固定管

33、架所受地合力，N;dt-管道外径，mm； G- 管道(包括介质保温材料)地重量，N;Kx- 膨胀节轴向工作刚度，N/mm; Fp-内压产生地推力，N;LG-两个固定管架之间地长度，mm; F- 位移产生地反力，N;F- 侧向位移产生地反力，N; Ff- 摩擦力，N;F- 流动产生地离心力，N; Fx- 轴向位移产生地反力，N;- 弯曲角度，度; - 摩擦系数:Ai- 管内截面积，mm2;Ai=di2/4 di- 配管内径，mm;Fx- X方向所受地力，N; Mx- 坐标系中YOZ平面所受地力矩，N-mm;Fy- Y方向所受地力，N; My- 坐标系中XOZ平面所受地力矩，N-mm;Fz- Z方

34、向所受地力，N； Mz- 坐标系中XOY平面所受地力矩，N-mm:Lx、Ly、Lz- 为力作用点地坐标。6.1 膨胀节地位移(1)单式一般膨胀节x=Xy=(3DmY)/(LbX)(拉伸时x取"+"号，压缩时取"-"号)=(Dm/2)(/180)(2) 单式铰链膨胀节 =(Dm/2)(/180)(3) 复式万能膨胀节 x=X/2(带长拉杆时，X仅为拉杆内地热膨胀量)y=(KLDmY)/2(LX/2)(4) 复式铰链膨胀节 x=X/2(X仅为铰链内地热膨胀量)y=(DmY)/2L(5) 总位移 =x+y+使额定 6.2 膨胀节所受地力和力矩Fx=Kxx F=

35、(KxDmy)/2(L+Lb)(对于单式膨胀节，L=0)My=(KxDmy)/4 M=(KxDm)/46.3 固定管架地受力计算(1)主固定管架管系安装1个或几种不吸取压力推力地一般膨胀节时，在管系地端点、分支点、弯曲点、设置阀门或盲板处应安装主固定管架。主固定管架要承受内压和流动所产生地推力，以及膨胀节位移产生地力和(或)力矩、导向管架和支架等产生地摩擦力。在某些场所下还要考虑管道、管路附件、保温材料和介质地重量，以及风载荷、管段弯曲等所产生地力和力矩。直管段主固定管架所受地力:F=Fp+F+Ff式中：Fp=PAiF=KxFf=G对于弯曲处地主固定管架还需计及流体流动产生地离心力(当流速较慢

36、、密度较小时，可忽视不计)。(2) 次固定管架管系安装带长拉杆地复式万能膨胀节、铰链膨胀节和压力平衡膨胀节时，内压产生地推力由拉杆或铰链销承受，这时可设置次固定管架，它承受除内压产生地推力以外地载荷F=F+Ff6.4 导向管架导向管架是为了保证膨胀节地位移沿着预定地方向进行，以及防止管道失稳。因此，它必须承受位移产生地反力和管道重量等载荷。(1)轴向导向架轴向导向架地设置是为了使管道沿着轴向进行。因此，1般规定导向管架与管子之间地间隙，以及导向管架间距，在保证对旳导向地前提下，选用较大地间隙以减少摩擦力。导向管架与管子地间隙可参照下列简介值选用:管径100mm时，间隙为1.5mm；管径>

37、100mm时，间隙为3mm。膨胀节与第1个导向管架地距离为管子直径地4倍。第1个与第二个导向管架地距离为管子地14倍。其他导向管架之间地距离由下式求得:L2-n=1.571(EI)/(PAKxx)式中:L2-n- 第二个至第n个地每个导向管架之间地距离，mm;I- 管子惯性距，mm4;其他同上。(2)侧向位移和角位移地导向管架在侧向位移或角位移地状况，导向管架与管子地间隙除考虑轴向导向管架地规定外，还要考虑某1方向地附加间隙，以容许管道在设计范围内地侧向位移和(或)弯曲。这种导向管架地构造伴随使用膨胀节型式地不一样和管道地布置方式不一样而有异。6.5 管道支架管道支架地设置要容许管道自由位移而

38、又能支承管道、管路附件、保温材料、流动介质等重量。保证这些重量不作用在膨胀节上。弹簧吊架、管环、U形螺栓、棍子支架等是常用地管道支架。6.6 几种经典管道布置方式地膨胀节选型及其管架推力计算(1)符号阐明:主固定管架:定向主固定管架:次固定管架:导向管架：具有附加间隙地导向管架管架推力计算时，在示例中假设:a.管系和膨胀节被恰当地支承和导向;b.管道地重量和管内介质地重量由支架支承;c.管道与导向管架、支架等地摩擦力为零;d.管道地挠曲所产生地力和力矩忽视不计;e.管系地坐标原点位于所考虑地点上，坐标系统如下，箭头所指方向为+,相反为-；Mx=FzLy-FyLzMy=FxLz-FzLxMz=F

39、yLx-FxLy(2)直管段a. 直管段上只安装1个单式一般膨胀节地状况，如图46所示1)膨胀节地位移X=LG=tLGx=X,y=0,z=0=x+y+z=X+0+0=X选择额定地单式一般膨胀节即可。2) 管架所受地推力内压产生地推力:Fp=PAi位移产生地反力:F=Kx作用于A点地力:FXB=-FXA=-(Fp+F)A和B均为主固定管架。3)导向管架地间距L14d,L214dL2-n1.571(EI)/(PAKxx)b.直管段上安装二个相似地单式一般膨胀节地状况如图47所示。膨胀节地选择、导向间距和A、B点地受力计算同上节aA和B点设置主固定管架，C点设置次固定管架。由于AC和BC对称，正常操

40、作时，受力互相抵消，不过，刚开始操作时，1端先受热膨胀，因此C点考虑承受1个膨胀节地位移产生地反力较安全。即C点所受地力为：FXC=KxX （注：由于不能贴图，浏览图片请到原载网站：弗莱希波泰格金属波纹管有限企业 ）网页地址：(3) L形管道a. 在管段上安装1个带拉杆地单式一般膨胀节地状况如图48所示。1)膨胀节地位移:X=L1; Y=L2x=X; y=(3DmY)/(LbX) =x+y选择额定地带拉杆地单式一般膨胀节。由于带拉杆，因此A点和B点可设置次固定管架，C点设置带附加间隙地导向管架。2)位移产生地力FX=Kxx F=(KxDmy)/2LbA点所受地力和力矩Fx=0; Fy=-F;

41、Fz=0LX=L3+Lb/2 ; Ly=0; Lz=0Mx=0; My=0Mz=FyLx-FxLy=-F(L3+Lb/2)-0=-F(L3+Lb/2)B点所受地力和力矩Fx=0; Fy=F; Fz=0LX=-(LG-L3-Lb/2) ; Ly=-L2; Lz=0Mx=0; My=0Mz=FyLx-FxLy=F-(LG-L3-Lb/2)-0=-F(LG-L3-Lb/2) 这种布置方式地缺陷是膨胀节只能吸取拉杆内地轴向位移。拉杆外地轴向位移要由管段L2地变位吸取，因此管架受力要增长由此而产生地力和力矩。因此，应尽量增大拉杆地长度，如侧向位移较大时(BCAC)可采用带长杆地复式万能膨胀节。假如xy，

42、膨胀节也只能安装在轴向时，这样可以采用定向固定管架。b. 在管段上安装1个不带拉杆地单式一般膨胀节地状况如图49所示。1)膨胀节地位移X=L1; Y=L2x=X; y=(3DmY)/(LbX)选择额定地单式一般膨胀节。2)位移和内压产生地推力:FX=Kxx F=(KxDmy)/2Lb Fp=PAi3)管架所受地力和力矩A点：Fx=0; Fy=F; Fz=0LX=L3+Lb/2 ; Ly=-L2; Lz=0Mx=FzLy-FyLz=0My=FxLz-FzLx=0Mz=FyLx-FxLy=F(L3+Lb/2)-0=F(L3+Lb/2)B点：Fx=-(FX+Fp);Fy=0; Fz=0LX=L3+L

43、b/2 ; Ly=0; Lz=0Mx=0; My=0; Mz=0C点：Fx=FX+Fp;Fy=-F; Fz=0；LX=-(L1-L3-Lb/2) ; Ly=0; Lz=0；Mx=0; My=0;Mz=FyLx-FxLy=(-F)-(L1-L3-Lb/2)-0=F(L1-L3-Lb/2);c.在较短地管段上安装两个单式铰链膨胀节地状况如图50所示。1) 膨胀节地位移：Y=L3 =arcSin(Y/L)选择两个相似地单式铰链膨胀节，使额定也可根据额定，求出L:L=Y/Sin额定2) 偏转力和偏转力矩=DmY/2L M=(KxDm)/4 F=2M/L3) 管架所受地力和力矩A点：Fx=0; Fy=F

44、; Fz=0;Lx=-(L1+L/2); LY=0; Lz=0;Mx=0; My=0; Mz=FyLx-FxLy=F(L1+L/2)-0=F(L1+L/2);B点：Fx=0; Fy=-F; Fz=0;Lx=L2+L/2;LY=L3; Lz=0;Mx=0; My=0; Mz=FyLx-FxLy=(-F)(L1+L/2)-0=-F(L1+L/2);4) C点为具有附加间隙地导向管架，它与膨胀节地距离LB为：LB=1.5L/2.5=0.6L这种布置非常简朴，但不能吸取轴位移，假如轴向位移较大时，要采用复式铰链膨胀节，或者三支铰链膨胀节地布置方式。(4) Z形管道安装1个带长拉赶复式万能膨胀节地布置方

45、式，如图51所示。1) 膨胀节地位移X=L3 Y=L1+L5 x=X/2KL=3L(L+Lb)/(3L2+Lb2)y=(KLDmY)/2(LX/2) =x+y选择膨胀节时，使每组波纹管地额定赔偿量额定。有些原则，给出L系列,并给出Y额定。这样，直接选用Y额定Y地带长拉杆地复式万能膨胀节即可。2) 位移产生地力F=(KxDmy)/2(L+Lb)=KYy (Ky=(KxDm)/2(L+Lb)，侧向刚度) 3) 次固定管架所受地力和力矩A点：Fx=0; Fy=F; Fz=0Lx=L2+L/2; LY=L1; Lz=0;Mx=0; My=0; Mz=FyLx-FxLy=(-F)(L2+L/2)-0=-

46、F(L2+L/2)B点：Fx=0; Fy=F; Fz=0；Lx=-(L4+L/2); LY=-L5; Lz=0;Mx=0; My=0; Mz=FyLx-FxLy=F-(L4+L/2)-0=-F(L4+L/2) （注：由于不能贴图，浏览图片请到原载网站：弗莱希波泰格金属波纹管有限企业 ）网页地址：7.1 试验目地及规则膨胀节是1个承受内压和位移载荷地弹性元件，不仅规定其具有设计所规定地功能，还应当能保证安全地工作，显然，这是10分重要地。为了考核有关地力学性能和安全性。必须进行有关地性能试验。非常是在下列状况，更有必要进行试验:当新产品投产;产品正式生产后因其构造、材料、工艺有较大变化且也许影响

47、膨胀节地性能时;长期停产后恢复生产;劳动部门进行制造资格认证或质量监督机构规定进行质量检查时都要做1系列地性能试验。试验地重要项目有:耐压试验、气密试验、应力测定、刚度测定、稳定性试验、疲劳试验和爆破试验等。所有试验都应遵照国家或行业地有关原则与技术条件地规定，也可参照国外有关原则和技术条件。7.2 试验项目及技术规定1)耐压试验膨胀节产品在出厂前，都要按规定进行耐压试验。试验地目地是检查膨胀节在超工作负荷条件下地宏观强度，检查它是不是具有在设计载荷下安全运行地能力，同步，可检查膨胀节地致密性，检查材料、构造和制造工艺中也许存在地难题。耐压试验时，规定两端用盲板密封，还要将两端固定，便之在压力

48、试验时不得伸长，1般状况下，是用结实地拉杆拉紧两端盖。同步要测量各波间地波距。1)液压试验液压试验时，试验压力按式(68)和式(69)计算，取其中地小值。PT=1.5P/t (68)PT=1.5PscE/Et (69)式中:PT试验压力，Mpa;P(内压或外压地)设计压力，Mpa;、t分别为试验温度和设计温度下波纹管材料地许用应力，Mpa;E、Et分别为试验和设计温度下波纹管材料地弹性模量，MPa;Psc为柱失稳极限设计压力，Mpa;外压式膨胀节按式(68)决定试验压力。进行耐压试验时，应注意检查波纹管波距地变化，在试验压力下，对于不带加强环(或稳定环)地膨胀节，受压时最大波距与受压前波距之比

49、不得不小于1.15;对于带加强环地膨胀节，受压时最大波距与受压前波距之比不得不小于1.20。假如通过度析不能保证膨胀节在试验压力下波距地变化限制在规定范围内，可考虑合适减少试验压力，最终是不是降压试验，须由技术负责人决定。液压试验时，可用室温水作试验介质。对奥氏体不锈钢波纹管膨胀节，试验用水地氮离子含量应不越过25ppm。试验时，压力应缓缓上升，当加压至设计压力后，压力应逐层增长，每级压力级差不超过试验压力地10%，1直升压至规定地试验压力，并保压10分钟，此时，各连接部位和焊缝处应无渗漏、无异常变形和异常地响声，并测量波距，分析波距地变化，判断其是不是发生过错稳现象，并作出质量结论。试压状况

50、及结论应及时记录在试验汇报上，试验结束后，应排尽水，并擦洁净膨胀节内外表面地水渍。在耐压试验中，要注意到试验介质地温度和环境温度，由于，当试验温度低于材料地脆性转变温度时，有也许导致材料发生低应力脆断事故。为安全起见，参照压力容器安全监察规程地规定，当端管、中间管和法兰为碳素钢和16MnR钢制造时，试压时地水温和环境温度不应低于5，当为其他低合金钢时(不包括低温用钢)，控制温度不低于15。其他材料制膨胀节地耐压试验温度按图样设计规定规定。在进行水压试验前，应进行必要地强度校核，使波纹管和有关接管地1次总体薄膜应力值不得超过所用材料在该试验温度下屈服点地90%。若强度校核不合格，由技术负责人处理

51、，可作出降压试验地决定。在液压试验过程中，首先应将膨胀节内部充斥水，排净滞留在膨胀节内地气体，静置1段时间，待膨胀节壁温与液体介质温度相似后方升压。试验过程中，必须保持膨胀节外部表面干燥、清洁。试验过程中所用压力表应在检查有效斯内，其最大量程为试验压力地1.5-3倍。精度应符合规定，对低压状况精度不低于2.5级，对中压状况，精度不低下1.5级。并应安装在明显位置。2)气压试验当膨胀节由于构造复杂，液压试验局限性以反应出各点试压规定，或因其他缘故不适合进行液压试验时，可考虑进行气压试验。试验压力按式(70)和式(71)计算，并取其中地较小值。PT=1.1P/t (70)PT=1.1PscE/Et

52、 (71)式中符号意义同式(68)和式(69)。进行气压试验时，现场必须有可靠地安全防护措施。进行气压试验地膨胀节，其重要焊缝应进行100%地无损探伤检测。气压试验介质1般为干燥、清洁地空气，也可以是氮气或其他惰性气体。试验温度也同样有1定规定，当接管等为碳素钢和低合金钢制膨胀节，试验用气体温度不得低于15，对于其他材料，则根据图样耍求。试压过程中，首先缓馒升压至规定试验压力地10%，保压5110分钟，并对所有焊缝和连接部位进行初次检查，若无泄漏，可继续升压至规定试验压力地50%，若无异常状况，其后，按每级为规定试验压力地10%逐层升压到试验压力，保压10分钟，此间压力应保持不变。不得采用持续

53、加压地措施维护压力。不得在有压力地状况下紧固螺拴。经肥皂液或其他措施检漏。无漏气，无可见异常变形为合格。(2)气密试验膨胀节气密试验地重要目地是检查焊缝及各个可拆连接密封部位地致密性和密封性，以保证膨胀节在工作条件下严密不漏。在工程上，并非所有膨胀节都要进行气密性试验。根据规定，只有当工作介质为易燃易暴或为中度危害以上时，真空条件下操作且真空度不小于0.085Mpa时或对泄漏有特殊规定期，进行气密试验。所谓易燃介质是指与空气混合地爆炸下限不不小于10%，或爆炸上限和下限之差值不小于等于20%地气体，如-甲胺、乙烷、乙烯、氯甲烷、环氧乙烷、环丙氢烷、丁烷、三甲胺、丁二烯、丁烯、丙烷，丙烯、甲烷等

54、。所谓中度危害介质，是指最高容许浓度为1.0-10mg/m3地介质，这是根据GB5044职业性接触毒物危害程度分级地规定。按规定危害程度分四级，其中中度危害为级。极度危害为I级;中度危害介质如:二氧化硫、氨、1氧化碳、氯乙烯、甲醇、氧化乙烯、硫化乙烯、二硫化碳、乙炔、硫化氢等。气密试验应在耐压试验合格后进行，若耐压试验为气压试验时，则无需进行气密试验。气密性试验压力1般取1倍地设计压力。气密试验前，应使膨胀节两端固定，防止试验时膨胀节端部移动。在试验时，压力应缓缓上升，到达规定试验压力后保压10分钟，不得有泄漏现象。试验介质温度应不低于5。在气密试验时，可采用如下措施检查是不是泄漏。1) 在焊

55、缝、法兰等连接部位涂抹发泡剂(如用重量比为10%地肥皂水)进行检查。若有泄漏，该处会出现鼓泡。2) 沉水检查。对于尺寸不大地膨胀节，一般将其沉没于水池中检查，根据有无气泡冒出，判断是不是严密。3) 在试验气体介质中加入1%地氨气，在外壁焊缝等处贴上比焊缝宽2Omm地试纸，观测有无颜色变化判断是不是渗漏。例如，用酚酞试剂浸渍过地试纸遇了氨气就展现红色。在进行气密试验时，也要有对应得地安全防护措施。(3)应力测定对于波形膨胀节，不管是采用U形波还是形波，其力学状态都是比较复杂地，为了便于工程计算，在进行力学分析时，都对计算模型进行了简化，如U形波，不一样地研究者，分别将其简化成直梁、曲梁、环板模型

56、。当然，这些模型与实际状态是有1定区别地。为了研究波纹地应力状态和最大应力点位置，对其应力进行实际测量是必要地，这种分析应力地措施，简称之谓试验应力分析。日前应用较多地试验应力分析措施重要有光弹措施和电阻应变法，电阻应变法有精度高、数据处理简朴等特点，不过只能测定构件表面地应力，所测应力也只是电阻应变片栅长范围内地平均应力值。有关应力测定地详细措施和规定，请参阅有关资料。(4)刚度测定膨胀节地刚度反应了产生单位变形弹性反力地大小，是重要地力学性能之1，在工程上，有时规定提供较为精确地刚度值，如将膨胀节用在汽轮机上时，规定较为精确。不过，日前提供地计算式是在简化了地计算模型上推演得到地，和实际状

57、况有1定地偏差，还计算值皆为弹性范围内地刚度，而膨胀节地工作状态往往会进入塑性状态，因此，为了精确地掌握膨胀节地刚度特性，进行实际测定是非常必要地。有时顾客也规定提供较为符合实际地工作刚度。1)刚度测定措施膨胀节地刚度可以在有关地材料力学试验机上进行测定，也可在有关地自制地试验机上进行测定，不管在那种装置上测定，都规定能测定所加载荷并精确记录对应地位移，从而求得刚度。此外也可运用膨胀节地拉杆对波纹管加载，由电应变法测得加载后地应变，由应变求得拉杆上地应力，从而求得载荷值、在加载地同步，也测定波纹管产生地位移值;懂得载荷和位移值，可求得刚度。在自制地简易装置上测定刚度时，可以运用测力计或拉压力传

58、感器测定载荷，同步用有关量具测定位移量，从而求得刚度。给出地刚度值应注明是单波刚度还是整体刚度，其单位为N/mm。2） 轴向工作刚度地决定膨胀节地波纹管在弹性范围内，刚度和位移是成直线关系地，当位移较大时，波纹管进入塑性区，就不再保持直线关系了。实测刚度时，在载荷-位移曲线上体现为位移较小时地各测点连线近似为直线，当位移较大时，就超过了波纹管地弹性范围，此时各点地连线就不再是直线了，如图52所示。图52表达了波纹管轴向作用力和位移地关系，曲线D为轴向作用力和位移变化地实际对应关系，加载初期为直线，当位移增长到1定程度后则变为曲线。卸载时为直线，若反向进行轴向加载，可答复到初始位置，曲线A为按理论公式计算地成果，在位移较小时，和D曲线向吻合，由图可见，此时，若以A作为轴向刚度，则设计时给出地弹性反力会比实际大。若以连接00地B线作为轴向工作刚度，则设计时给出地弹性反力都比实际小。若以连接OE地直线C平移至C作为轴向工作刚度，则给出地弹性反力值居于A和B之间，与实际值地偏差相对较小，不过与实际值还是有1定地出入。在工程设计中，可分析详细状况进行设计。 有些工程设计，需要精确地掌握波纹管地轴向工作刚度，此时，生产厂家应阐明所提供地刚度地由来。必要时，需对实际产品进行测试，以便提供精确地载荷1位移特性。对于有角向位移与横向位移地膨胀节，也可以运用轴向工作刚度分