全面了解管道伸縮器

伸縮器也可稱為管道伸縮節(jié)、膨脹節(jié)、補償器，伸縮器。伸縮節(jié)是泵、閥門，管道等設備與管道連接的新產品，通過全螺栓把它們連接起來，使其成為整體，并有一定的位移量，方便安裝?？沙惺芄芫€的軸向壓力。這樣就可以在安裝維修時，根據現場安裝尺寸進行調整，在工作時，不僅提高工作效率，而且對泵、閥們等管道設備起到一定保護作用。伸縮節(jié)分為：波紋伸縮節(jié)、套筒伸縮節(jié)、方形自然補償伸縮節(jié)等幾大類型，其中以波紋伸縮節(jié)較為常用，主要為保障管道安全運行。

管道伸縮器是管道連接中由于熱脹冷縮引起的尺寸變化給予補償的連接件。管道伸縮器最常用的有兩種，一種是橡膠管道伸縮器，另一種是金屬管道伸縮器。

橡膠管道伸縮器特點：

一、體積小、重量輕、彈性好、安裝維修方便。

二、安裝時可產生軸向、橫向、經向、角向位移，不受用戶管道不同心、法蘭不平行的限制。

三、工作時可減振降噪。

四、用特殊的合成橡膠可耐高溫、耐酸堿、耐油，是化工耐腐蝕管道的理想產品。

金屬管道伸縮器的主要特點：

伸縮補償量大，承受溫度高，承受壓力大。

伸縮器作用：

1.補償吸收管道軸向、橫向、角向受熱引起的伸縮變形。

2.吸收設備振動，減少設備振動對管道的影響。

3.吸收地震、地陷對管道的變形量。

因為管道的熱脹冷縮，所以對于管道來說，就要產生管壁的應力和推拉力；管壁應力大小，影響管道的強度，推拉力增大，管道的固定支架就要做的很大，來承受管道伸縮所產生的推拉力；所以利用伸縮節(jié)補償的變開量辦法，以降低管壁應力和推力。

伸縮器分類

伸縮節(jié)（膨脹節(jié)）主要用于補償管道因溫度變化而產生的伸縮變形，也用于管道因安裝調整等需要的長度補償，主要分為彎管式膨脹節(jié)、波紋管膨脹節(jié)和套管伸縮節(jié) 3種結構形式。

彎管式膨脹節(jié)

將管子彎成U形或其他形體（下圖 [彎管式膨脹節(jié)]），并利用形體的彈性變形能力進行補償的一種膨脹節(jié)。它的優(yōu)點是強度好、壽命長、可在現場制作,缺點是占用空間大、消耗鋼材多和摩擦阻力大這種膨脹節(jié)廣泛用于各種蒸汽管道和長管道上。

波紋管膨脹節(jié)

用金屬波紋管制成的一種膨脹節(jié)。它能沿軸線方向伸縮，也允許少量彎曲。下圖[波紋管膨脹節(jié)]為常見的軸向式波紋管膨脹節(jié)，用在管道上進行軸向長度補償。為了防止超過允許的補償量，在波紋管兩端設置有保護拉桿或保護環(huán)，在與它聯接的兩端管道上設置導向支架。另外還有轉角式和橫向式膨脹節(jié)，可用來補償管道的轉角變形和橫向變形。這類膨脹節(jié)的優(yōu)點是節(jié)省空間，節(jié)約材料，便于標準化和批量生產，缺點是壽命較短。波紋管膨脹節(jié)一般用于溫度和壓力不很高、長度較短的管道上。隨著波紋管生產技術水平的提高，這類膨脹節(jié)的應用范圍正在擴大。由構成其工作主體的波紋管（一種彈性元件）和端管、支架、法蘭、導管等附件組成。主要用在各種管道中，它能夠補償管道的熱位移，機械變形和吸收各種機械振動，起到降低管道變形應力和提高管道使用壽命的作用。波紋補償器連接方式分為法蘭連接和焊接兩種。直埋管道補償器一般采用焊接方式

套管伸縮節(jié)

由能夠作軸向相對運動的內外套管組成（下圖[套管伸縮節(jié)]）。內外套管之間采用填料函密封。使用時保持兩端管子在一條軸線上移動。在伸縮節(jié)的兩端裝設導向支架。它的優(yōu)點是對流體的流動摩擦阻力小，結構緊湊；缺點是密封性較差，對固定支架推力較大。套管伸縮節(jié)主要用于水管道和低壓蒸汽管道。

非金屬膨脹節(jié)

風道橡膠補償器由橡膠和橡膠一纖維織物復合材料、鋼制法蘭、套筒、保溫隔熱材料組成，主要用于各種風機、風管之間的柔性連接，其功能是減震、降噪、密封、耐介質、便于位移和安裝，是環(huán)境保護領域中一種極為理想的減震、降噪、消煙除塵的最佳配套件。

纖維織物膨脹節(jié)

織物補償器主要為纖維織物、橡膠、等耐高溫材料。能補償風機、風管運行的震動及管道變形。纖維織物膨脹節(jié)可補償軸向、橫向、角向等產品，具有無推力、簡化支座設計、耐腐蝕、耐高溫、消聲減振等特點，特別適用于電廠熱風管道及煙塵管道。非金屬補償器中的纖維織物、保溫棉體本身具有吸聲、隔振的功能，能有效的減少鍋爐、風機等系統(tǒng)的噪聲和振動。結構簡單、體輕，維修方便。

各種管材伸縮節(jié)特點以及適用范圍

非金屬膨脹節(jié)

非金屬，非金屬柔性補償器：也稱非金屬膨脹節(jié)、非金屬織物補償器，可補償軸向、橫向、角向，具有無推力、簡化支座設計、耐腐蝕、耐高溫、消聲減振等特點，特別適用于熱風管道及煙塵管道。

特點：

1、補償熱膨脹：可以補償多方向，大大優(yōu)于只能單式補償的金屬補償器。

2、補償安裝誤差：由于管道連接過程中，系統(tǒng)誤差再所難免，纖維補償器較好的補償了安裝誤差。

3、消聲減振：纖維織物、保溫棉體本身具有吸聲、隔震動傳遞的功能，能有效的減少鍋爐、風機等系統(tǒng)的噪聲和震動。

4、無反推力：由于主體材料為纖維織物，無力的傳遞。用纖維補償器可簡化設計，避免使用大的支座，節(jié)省大量的材料和勞動力。

5、良好的耐高溫、耐腐蝕性：選用的氟塑料、有機硅材料具有較好的耐高溫和耐腐蝕性能。

6、密封性能好：有比較完善的生產裝配系統(tǒng)，纖維補償器可保證無泄露。

7、體輕、結構簡單、安裝維修方便。

8、價格低于金屬補償器、質量優(yōu)于進口產品。

不銹鋼：有直筒型、復式、角向型和方型等四種類型。

不銹鋼補償器可補償軸向、橫向、角向、具有無推力、簡化支座設計、耐腐蝕、耐高溫、消聲減振等特點，特別適用于熱風管道及煙塵管道。

金屬：金屬波紋補償器的可靠性是由設計、制造、安裝及運行管理等多個環(huán)節(jié)構成的?？煽啃砸矐搹倪@幾個方面進行考慮。材料選擇對用于供熱管網的波紋管的選材，除應考慮工作介質、工作溫度和外部環(huán)境外，還應考慮應力腐蝕的可能性、水處理劑和管道清洗劑對材料的影響等，并在此基礎上結合波紋管材料的焊接、成型以及材料的性能價格比，優(yōu)選出經濟實用的波紋管制作材料。

一般情況下，選用波紋管的材料應滿足下列條件：

（1）高彈性極限、抗拉強度和疲勞強度，保證波紋管正常工作。

（2）良好的塑性，便于波紋管的加工成形，且能通過隨后的處理工藝（冷作硬化、熱處理等）獲得足夠的硬度和強度。

（3）較好的耐腐蝕性能，滿足波紋管在不同環(huán)境下工作要求。

（4）良好的焊接性能，滿足波紋管在制作過程中的焊接工藝要求。

對于地溝敷設的熱力管網，當補償器所處管道地勢較低時，雨水或事故性污水會浸泡波紋管，應考慮選用耐蝕性更強的材料，如鐵鎳合金、高鎳合金等。由于此類材料價格較高，在制造波紋管時，可以考慮僅在與腐蝕性介質接觸的表面增加一層耐蝕合金。疲勞壽命設計由波紋管補償器的失效類型及原因分析可以看出，波紋管的平面穩(wěn)定性、周向穩(wěn)定性及耐腐蝕性能均與其位移量即疲勞壽命相關。過低的疲勞壽命將會導致金屬波紋管穩(wěn)定性及耐蝕性能下降。

規(guī)范要求與選型計算

GB50736-2012《民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》中要求，5.9.5 供暖管道熱膨脹及補償。強制性條文。

供暖系統(tǒng)的管道由于熱媒溫度變化而引起熱膨脹，不但要考慮干管的熱膨脹，也要考慮立管的熱膨脹，這個問題必須重視。

在可能的情況下，利用管道的自然彎曲補償是簡單易行的，如果自然補償不能滿足要求，則應根據不同情況通過計算選型設置補償器。對供暖管道進行熱補償與固定，一般應符合下列要求:

1 水平干管或總立管固定支架的布置，要保證分支干管接點處的最大位移量不大于40mm;連接散熱器的立管，要保證管道分支接點由管道伸縮引起的最大位移量不大于20mm;無分支管接點的管段，間距要保證伸縮量不大于補償器或自然補償所能吸收的最大補償率;

2 計算管道膨脹量時，管道的安裝溫度應按冬季環(huán)境溫度考慮，一般可取0℃-5℃；

3 供暖系統(tǒng)供回水管道應充分利用自然補償的可能'性;當利用管道的自然補償不能滿足要求時，應設置補償器。采用自然補償時，常用的有L 形或Z 形兩種形式;采用補償器時，要優(yōu)先采用方形補償器;

4 確定固定點的位置時，要考慮安裝固定支架(與建筑物連接)的可行性;

5 垂直雙管系統(tǒng)及跨越管與立管同軸的單管系統(tǒng)的散熱器立管，當連接散熱器立管的長度小于20m 時，可在立管中間設固定卡;長度大于20m 時，應采取補償措施;

6 采用套筒補償器或波紋管補償器時，需設置導向支架;當管徑大于等于DN50 時，應進行固定支架的推力計算，驗算支架的強度;

7 戶內長度大于10m 的供回水立管與水平干管相連接時，以及供回水支管與立管相連接處，應設置2~3 個過渡彎頭或彎管，避免采用"T" 形直接連接。

（1）熱力管道的熱伸長量通常按下式計算：Δ_x=α(t₁-t₂)L

其中：Δ_x—— 管道的熱伸長量，mm; α —— 鋼管的線膨脹系數，mm/(m ℃), t₁ —— 管內介質溫度，℃，管內介質指蒸汽、熱水、過熱水等; t₂ —— 管道安裝時的溫度,℃, L —— 管道計算長度，m。

計算管道熱伸長量，是為了確定補償器的所需補償量，或驗算管道因熱伸長而產生的壓縮應力，所以對于管道的熱伸長量應計算其最大值，即取冷態(tài)安裝條件的最低溫度和熱態(tài)運行條件的最高溫度之間的最大溫差。

由于管網安裝的氣候條件差異很大，因此t₂不應有統(tǒng)一的取值，應根據當時的氣候條件和施工環(huán)境，確定適當的管道安裝溫度。 
1 、固定支架是暖通空調中經常用到的一種支架，它在系統(tǒng)中起固定和支撐管道的作用，一般由設計人員根據需要設定具體位置，各種規(guī)范中規(guī)定較少，補償器用于吸收管道因溫度增高引起膨脹造成的長度增大。有“г”型、“Z”型的自然補償器和方形、套筒、波紋管補償器等多種形式，設計人設計時依據伸縮量、管徑等條件選用。可是現在許多設計人員對此不重視，或漏畫，或胡亂對付，位置和數量都沒有經過仔細推敲，不甚合理，根據筆者經驗，總結了一套在室內95/70℃熱水采暖系統(tǒng)設計中快速設置固定支架和補償器的方法，結合示例詳述如下，望能起到拋磚引玉的作用。

2 、設計計算系統(tǒng)中固定支架的設置應在管徑計算完畢之后，此時系統(tǒng)管道的布置已經完成，系統(tǒng)每一段的管徑已經計算確定，固定支架可以開始布置。

2.1 、計算管道熱伸長量

△X=0.012(t1-t2)L ……(1)

其中： △ _X——管道的熱伸長量,mm;

t₁——熱媒溫度,℃,

t₂——管道安裝時的溫度, ℃,一般按-5℃計算.

L——計算管道長度m;

0.012——鋼鐵的線膨脹系數,mm/m·℃

按t1=95℃簡化得：

△_X=1.2L  ……(2 )

2.2、確定可以不裝補償器和應用“г”型、“Z”型管段自然補償的管段

對于本文所述系統(tǒng)由固定點起，允許不裝補償器的直管段最大長度民用建筑為33m，工業(yè)建筑為42m。(管道伸長量分別為40mm和50mm)。實際設計時一般每段臂長不大于20～30m,不小于2m。在自然補償兩臂頂端設置固定支架?！哀浴毙脱a償器一般用于DN150以下管道;最大允許距離與管徑關系見表1?！癦” 型補償器可以看做兩個“г”型補償器。

表1 г”型補償器最大允許距離

2.3、確定不能進行自然補償部分管道的熱伸長量,并根據計算結果設置補償器

能進行自然補償部分管道確定了，其余部分就是應該設置補償器的部分。計算這部分伸長量，如果較長要設置多個補償器，應注意均勻設置;并在兩個補償器中間設置固定支架。選擇時注意套筒補償器容易漏水漏氣，適合安裝在地溝內，不適宜安裝在建筑物上部;波紋管補償器能力大耐腐蝕，但造價高并且需要設置導向支架;方形補償器需要的安裝空間較大，但運行可靠應用廣泛。設計時可以根據工程具體情況選用。

3、例題[已知] 如圖1所示，某民用建筑95/70℃熱媒供熱管道a-b段長度為32m，b-c段長度為24m，c-d段長度為63m，d-e段長度為48m，管徑如圖所示。

 [求] 計算管道熱伸長量，設置補償器和固定支架。

 [解] 首先按照公式(2)計算可得

　　a-b段管道熱伸長量=38.4mm

　　b-c段管道熱伸長量=28.8mm

　　c-d段管道熱伸長量=75.6mm

d-e段管道熱伸長量=57.6mm

圖1 供熱干管示意圖干管示意圖

由以上計算可知，

a-b段和b-c段伸長量不超過規(guī)定值，可不設補償器，但應在管段中部(點f、g)設一固定支架，使管道可以有固定點向兩側自由伸縮。

d-e段可以從e點開始向d點量33m的p處設一固定支架。p-d段長15m.。

c-d段上設h和k點,這樣g-c和c-h形成“г”型補償器, k-d和d-p形成另一“г”型補償器。根據管徑查表1知c-h長度介于2.5m到18m之間,本系統(tǒng)定為15m; k-d長度介于3m到20m之間,本系統(tǒng)定為15m.。h-k長度為33m設置一個方形補償器，詳見國標圖N106，本不再贅述。設定好固定支架和補償器的系統(tǒng)如圖2所示。

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