波纹补偿器

波纹补偿器
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补偿元件
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简介
波纹补偿器，习惯上也叫膨胀节，或伸缩节。由构成其工作主体的波纹管（一种弹性元件）和端管、支架、法兰、导管等附件组成。主要用在各种管道中，它能够补偿管道的热位移，机械变形和吸收各种机械振动，起到降低管道变形应力和提高管道使用寿命的作用。波纹补偿器连接方式分为法兰连接和焊接两种。直埋管道补偿器一般采用焊接方式（地沟安装除外）
工作原理
波纹补偿器是用以利用波纹补偿器的弹性元件的有效伸缩变形来吸收管线、导管或容器由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化的一种补偿装置，属于一种补偿元件。可对轴向，横向，和角向位移的的吸收。
检测
由于不同类型的波纹补偿器补偿形式不同，主要有轴向、横向、角向以及组合补偿方式。对同时存在多种位移的波纹补偿器，要对其各种位移进行合成，求出总等效轴向位移，检测是对总等效轴向位移而言。也就是说，波纹补偿器公称位移的检测是对总等效轴向位移检测。
通用类波纹管的公称位移，实际上就是波纹管给定的名义位移变形的能力。对于用波纹管制成的膨胀节(补偿器）、补偿器而言，通常称为补偿量，反映了波纹管吸收系统位移的能力，表示在一定条件下，产品所具有的最大的补偿能力。波纹管在正常工作时，要吸收系统位移而产生位移变形，同时还要保证一定次数的正常安全工作位移循环次数。因此波纹管在设计时，根据每一个波可以承受的位移大小，设计有一定的波纹数，当每个波都在均匀地承受位移载荷，没有局部超负荷时，波纹管可以正常的工作。设计合理时，可以保证一定的设计工作位移循环寿命次数。在JB/T 6169-92“金属波纹管”标准中，对此项性能的检测做出了规定。
计算
管道的热变形计算
计算公式：X=a·L·△T
x 管道膨胀量
a为线膨胀系数，取0.0133mm/m
L补偿管线（所需补偿管道固定支座间的距离）长度
△T为温差（介质温度-安装时环境温度）
失效分析
生产企业对波纹管补偿器失效原因分析发现，在运行期间的失效主要表现为腐蚀泄漏和失稳变形两种形式，其中以腐蚀失效居多。从腐蚀失效波纹膨胀节(补偿器）的解剖分析发现，腐蚀失效通常分点腐蚀穿孔和应力腐蚀开裂，其中氯离子应力腐蚀开裂约占整个腐蚀失效的95%。因此，正确地选择波纹管制作材料和结构、合理设计波形参数和疲劳寿命、保证安装质量等措施，能大大提高波纹膨胀节(补偿器）的安全可靠性。设计上，应该考虑补偿器的稳定性，预防波纹管失稳。资料显示，波纹管的补偿量取决于其疲劳寿命，疲劳寿命越高，波纹管单波补偿量越小。当波纹管设计的许用寿命较低时，不仅其子午向综合应力较高，环向应力也比较高，使波纹管局部很快进入塑性变形，导致波纹管失稳引起失效。
标准
波纹补偿器标准编号:GB/T 12777-2019
波纹补偿器标准名称:金属波纹管膨胀节通用技术条件
2019-05-10发布，2019-12-01实施
颁布部门:中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会　本标准规定了金属波纹纹补偿器的定义、分类、要求、试验方法、检验规则、标志及包装、运输、贮存等。本标准适用于安装在管道中其挠性件为整体成形无加强U形、加强U形和∩形波纹管的圆形波纹管补偿器的设计、制造和检验。压力容器用膨胀节的设计、制造和检验亦可参照使用。
连接尺寸
不锈钢波纹补偿器公称压力：1.0MPa
公称
通径
DN
mm
计算疲劳破坏次
数下轴向补偿量
Xomm
补偿量
刚度
有效
面积
A
cm2
径向
最大
外形
尺寸
Hmm
接管端口
尺寸
doxS(mm)
总长L
(mm)
总重W
(kg)
1500
3000
15000
横
向
Yomm
角向
Yθ度
轴向
Kx
N/mm
横向
KyN/mm
角向
KθN x m/度
法兰连接
法兰
接管
法兰
接管
80
30
25
18
6.4
±6.4
358
418
8.4
81
284
φ89x4
244
344
10
3
37
32
22
10
±8
286
214
6.7
274
374
10
3
200
56
47
31
3.2
±5.3
288
3164
39
479
442
φ219x6
244
344
25
17
84
70
46
7.2
±8
192
9938
26
298
340
27
20
250
63
53
36
4.8
±5.3
588
4371
128
769
497
φ273x8
309
409
38
22
95
80
53
10.8
±8
392
1295
85
387
487
43
27
500
84
70
47
4.8
±4.6
728
9861
515
2445
790
φ529x10
415
517
126
82
126
105
70
10.8
±6.9
485
2922
343
515
615
138
93
1000
58
46
28
1.2
±1.4
5540
495368
14861
9043
1286
φ1020x10
552
278
115
92
56
4.6
±2.8
2770
61921
7431
692
348
230
184
112
19.2
±5.6
1385
7740
3715
1018
468
1500
46
36
22
0.4
±0.8
6090
1879309
32888
19384
1786
φ1520x14
550
462
92
73
44
1.6
±1.6
3045
234914
16444
690
567
183
146
88
6.4
±3.2
1523
29364
822
1046
761
1800
45
35
22
0.4
±0.6
7140
262408
61228
27494
2066
φ1820x14
550
547
89
71
44
1.6
±1.2
3570
328010
30614
690
665
178
142
88
6.4
±2.4
1785
41001
15307
1046
883
2000
53
42
25
0.4
±0.6
8785
3871980
91666
34636
2340
φ2020x14
683
819
107
85
50
1.6
±1.2
4390
483998
45833
83, 3
927
214
170
101
6.4
±2.4
2195
60499
21917
1206
1164
分类
一次性波纹管补偿器
U型金属膨胀节波纹管补偿器
三维煤粉专用波纹补偿器
铰链波纹补偿器（JJL型）
平衡型曲管压力波纹补偿器
球型QB型不锈钢波纹补偿器等等。
材料性能
非金属
非金属柔性补偿器：也称非金属膨胀节、非金属织物补偿器，可补偿轴向、横向、角向，具有无推力、简化支座设计、耐腐蚀、耐高温、消声减振等特点，特别适用于热风管道及烟尘管道。
特点：
1、补偿热膨胀：可以补偿多方向，大大优于只能单式补偿的金属补偿器。
2、补偿安装误差：由于管道连接过程中，系统误差再所难免，纤维补偿器较好的补偿了安装误差。
3、消声减振：纤维织物、保温棉体本身具有吸声、隔震动传递的功能，能有效的减少锅炉、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。用纤维补偿器可简化设计，避免使用大的支座，节省大量的材料和劳动力。
5、良好的耐高温、耐腐蚀性：选用的氟塑料、有机硅材料具有较好的耐高温和耐腐蚀性能。
6、密封性能好：有比较完善的生产装配系统，纤维补偿器可保证无泄露。
7、体轻、结构简单、安装维修方便。
8、价格低于金属补偿器、质量优于进口产品。
不锈钢
有直筒型、复式、角向型和方型等四种类型。
不锈钢补偿器可补偿轴向、横向、角向、具有无推力、简化支座设计、耐腐蚀、耐高温、消声减振等特点，特别适用于热风管道及烟尘管道。
金属
金属波纹补偿器的可靠性是由设计、制造、安装及运行管理等多个环节构成的。可靠性也应该从这几个方面进行考虑。材料选择对用于供热管网的波纹管的选材，除应考虑工作介质、工作温度和外部环境外，还应考虑应力腐蚀的可能性、水处理剂和管道清洗剂对材料的影响等，并在此基础上结合波纹管材料的焊接、成型以及材料的性能价格比，优选出经济实用的波纹管制作材料。
一般情况下，选用波纹管的材料应满足下列条件：
（1）高弹性极限、抗拉强度和疲劳强度，保证波纹管正常工作。
（2）良好的塑性，便于波纹管的加工成形，且能通过随后的处理工艺（冷作硬化、热处理等）获得足够的硬度和强度。
（3）较好的耐腐蚀性能，满足波纹管在不同环境下工作要求。
（4）良好的焊接性能，满足波纹管在制作过程中的焊接工艺要求。
对于地沟敷设的热力管网，当补偿器所处管道地势较低时，雨水或事故性污水会浸泡波纹管，应考虑选用耐蚀性更强的材料，如铁镍合金、高镍合金等。由于此类材料价格较高，在制造波纹管时，可以考虑仅在与腐蚀性介质接触的表面增加一层耐蚀合金。 疲劳寿命设计由波纹管补偿器的失效类型及原因分析可以看出，波纹管的平面稳定性、周向稳定性及耐腐蚀性能均与其位移量即疲劳寿命相关。过低的疲劳寿命将会导致金属波纹管稳定性及耐蚀性能下降。
型号
常见型号
1、轴向型内压式波纹补偿器(ZN)
举例：0.6TNY500TF
表示：公称通径为Φ500，工作压力为0.6MPa，(6kg/cm2)波数为4个，带导流筒，碳钢法兰连接的内压式波纹补偿器。
2、轴向型外压式波纹补偿器(ZW)
举例：0.6TWY500×8JB
表示：公称通径为500mm，工作压力为0.6MPa(6kg/cm2)波数为8个，不锈钢管连接的轴向型外压式波纹补偿器。
注：疏水口的设置按用户要求。
3、轴向复式波纹补偿器(ZF)
举例：0.6FS100×20F
表示：工作压力为0.6MPa，通径DN=100mm，波数为20，法兰连接的复式波纹补偿器。
4、轴向复式拉杆波纹补偿器(FL)
举例：0.6FSL200×12J
表示：工作压力为0.6MPa，通径DN=200mm，波数为12，接管连接的复式拉杆波纹补偿器。
5、直埋式内压波纹补偿器(ZMNY)
举例：1.6ZMS200×6J
表示：工作压力为1.6MPa，公称通径为200mm，波数为6波，接管连接的直埋式>波纹补偿器。
6、万向铰链波纹补偿器(WJ)
举例：0.6WJY500×4F
表示：工作压力为0.6MPa，公称通径为500mm，波数为4，碳钢法兰连接的万向铰链波纹补偿器。
7、直管压力平衡式波纹补偿器（ZP）
举例：0.6ZYP500×8/6－JB
表示公称通径为500，工作压力为0.6MPa，大波纹管为8个波，小波纹管为16个波，连接形式为不锈钢接管连接的直管压力平衡式波纹补偿器。
8、曲管压力平衡式波纹补偿器
示例：0.25QYP700×8/4JB
表示：公称通径为φ700mm，工作压力0.25Mpa，波数为8/4，不锈钢接管连接的曲管压力平衡式波纹补偿器
9、内外压力平衡式波纹补偿器(NP)
举例：1.6NP200*8j
表示：工作压力为1.6Mpa，通径DN=200mm，波数为8，接管连接的内外压平衡式波纹补偿器。
10、金属柔性补偿器(FJ)
示例：
(1)FXDA4500×4000F400
表示方形非金属补偿器，长期工作≤100℃，内壁为4500×4000mm，法兰连接，产品长度400mm
(2)YXDB800F250
表示圆形非金属性补偿器，长期工作≤200℃，内径为DN800mm，法兰连接的补偿器，长度为250mm
选型
波纹管补偿器它是以波纹管为核心的扰性元件，在管线上可作轴向、横向和角向三个方向的补偿。轴向补偿器为了减少介质的自激现象，在产品内部设有内套管，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，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），它以两个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。
组焊过程
1.波纹管直边段内外径的尺寸公关应符合GB1804中H12级要求。
2.波纹补偿器与管道（或设备）的连接法兰和端管的尺寸及技术要求应符合相应的标准。端管连接时，两端管口应开30度±2.5度的坡口。
3.波纹补偿器的端管为钢板卷制电焊管时，端管的外接端四周长公差和圆度公差应符合公差表。
4.波纹管与端管（或法兰）等相连的环焊缝应采用钨极氩弧焊或熔化极氟弧焊，波纹管单层壁厚大于2mm时可采用电弧焊。
5.组装波纹补偿器时应对波纹管采取保护措施，防止焊接电弧烧穿波纹管和焊渣飞溅到波纹管上。膨胀节(补偿器）各部位的焊缝不得有裂纹、气孔、夹渣等缺陷，咬边深度不得大于0.5mm.
6.波纹补偿器承压焊缝焊接之后，应对承压焊缝进行压力试验，试验压力为设计压力的1.5倍。根据膨胀节(补偿器）的容积大小，保压10-30min，检查膨胀节(补偿器）各部位有无渗漏，受压时最大波距与受压前波距之比不超过1.15。
7.补偿器组焊后应进行外观和几何尺寸的检验。补偿器两端面同轴度公差；当公称通径小于等于500mm时，为5mm;当公称通径大于500mm时，为公称通径的1%，且小于等于10mm。补偿器两端面与主轴线垂直度公差为公称通径的1%，且小于等于3mm。膨胀节(补偿器）出厂前的检验主要有上述的外观检查、几何尺寸检查和压力检验。对有特殊要求的膨胀节(补偿器），可根据使用工况、工艺要求等，按供需双方协议进行其它方法的检验，如气密性试验、渗漏和着色、无损检验等。
安装使用
1、补偿器在安装前应先检查其型号、规格及管道配置情况，必须符合设计要求。
2、对带内套筒的补偿器应注意使内套筒子的方向与介质流动方向一致，铰链型补偿器的铰链转动平面应与位移转动平面一致。
3、需要进行“冷紧”的补偿器，预变形所用的辅助构件应在管路安装完毕后方可拆除。
4、严禁用波纹补偿器变形的方法来调整管道的安装超差，以免影响补偿器的正常功能、降低使用寿命及增加管系、设备、支承构件的载荷。
5、安装过程中，不允许焊渣飞溅到波壳表面，不允许波壳受到其它机械损伤。
6、管系安装完毕后，应尽快拆除波纹补偿器上用作安装运输的黄色辅助定位构件及紧固件，并按设计要求将限位装置调到规定位置，使管系在环境条件下有充分的补偿能力。
7、补偿器所有活动元件不得被外部构件卡死或限制其活动范围，应保证各活动部位的正常动作。
8、水压试验时，应对装有补偿器管路端部的次固定管架进行加固，使管路不发生移动或转动。对用于气体介质的补偿器及其连接管路，要注意充水时是否需要增设临时支架。水压试验用水清洗液的96氯离子含量不超过25PPM。
9、水压试验结束后，应尽快排波壳中的积水，并迅速将波壳内表面吹干。
10、与补偿器波纹管接触的保温材料应不含氯。