全面了解管道伸缩器

伸缩器也可称为管道伸缩节、膨胀节、补偿器，伸缩器。伸缩节是泵、阀门，管道等设备与管道连接的新产品，通过全螺栓把它们连接起来，使其成为整体，并有一定的位移量，方便安装。可承受管线的轴向压力。这样就可以在安装维修时，根据现场安装尺寸进行调整，在工作时，不仅提高工作效率，而且对泵、阀们等管道设备起到一定保护作用。伸缩节分为：波纹伸缩节、套筒伸缩节、方形自然补偿伸缩节等几大类型，其中以波纹伸缩节较为常用，主要为保障管道安全运行。

管道伸缩器是管道连接中由于热胀冷缩引起的尺寸变化给予补偿的连接件。管道伸缩器最常用的有两种，一种是橡胶管道伸缩器，另一种是金属管道伸缩器。

橡胶管道伸缩器特点：

一、体积小、重量轻、弹性好、安装维修方便。

二、安装时可产生轴向、横向、经向、角向位移，不受用户管道不同心、法兰不平行的限制。

三、工作时可减振降噪。

四、用特殊的合成橡胶可耐高温、耐酸碱、耐油，是化工耐腐蚀管道的理想产品。

金属管道伸缩器的主要特点：

伸缩补偿量大，承受温度高，承受压力大。

伸缩器作用：

1.补偿吸收管道轴向、横向、角向受热引起的伸缩变形。

2.吸收设备振动，减少设备振动对管道的影响。

3.吸收地震、地陷对管道的变形量。

因为管道的热胀冷缩，所以对于管道来说，就要产生管壁的应力和推拉力；管壁应力大小，影响管道的强度，推拉力增大，管道的固定支架就要做的很大，来承受管道伸缩所产生的推拉力；所以利用伸缩节补偿的变开量办法，以降低管壁应力和推力。

伸缩器分类

伸缩节（膨胀节）主要用于补偿管道因温度变化而产生的伸缩变形，也用于管道因安装调整等需要的长度补偿，主要分为弯管式膨胀节、波纹管膨胀节和套管伸缩节 3种结构形式。

弯管式膨胀节

将管子弯成U形或其他形体（下图 [弯管式膨胀节]），并利用形体的弹性变形能力进行补偿的一种膨胀节。它的优点是强度好、寿命长、可在现场制作,缺点是占用空间大、消耗钢材多和摩擦阻力大这种膨胀节广泛用于各种蒸汽管道和长管道上。

波纹管膨胀节

用金属波纹管制成的一种膨胀节。它能沿轴线方向伸缩，也允许少量弯曲。下图[波纹管膨胀节]为常见的轴向式波纹管膨胀节，用在管道上进行轴向长度补偿。为了防止超过允许的补偿量，在波纹管两端设置有保护拉杆或保护环，在与它联接的两端管道上设置导向支架。另外还有转角式和横向式膨胀节，可用来补偿管道的转角变形和横向变形。这类膨胀节的优点是节省空间，节约材料，便于标准化和批量生产，缺点是寿命较短。波纹管膨胀节一般用于温度和压力不很高、长度较短的管道上。随着波纹管生产技术水平的提高，这类膨胀节的应用范围正在扩大。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

套管伸缩节

由能够作轴向相对运动的内外套管组成（下图[套管伸缩节]）。内外套管之间采用填料函密封。使用时保持两端管子在一条轴线上移动。在伸缩节的两端装设导向支架。它的优点是对流体的流动摩擦阻力小，结构紧凑；缺点是密封性较差，对固定支架推力较大。套管伸缩节主要用于水管道和低压蒸汽管道。

非金属膨胀节

风道橡胶补偿器由橡胶和橡胶一纤维织物复合材料、钢制法兰、套筒、保温隔热材料组成，主要用于各种风机、风管之间的柔性连接，其功能是减震、降噪、密封、耐介质、便于位移和安装，是环境保护领域中一种极为理想的减震、降噪、消烟除尘的最佳配套件。

纤维织物膨胀节

织物补偿器主要为纤维织物、橡胶、等耐高温材料。能补偿风机、风管运行的震动及管道变形。纤维织物膨胀节可补偿轴向、横向、角向等产品，具有无推力、简化支座设计、耐腐蚀、耐高温、消声减振等特点，特别适用于电厂热风管道及烟尘管道。非金属补偿器中的纤维织物、保温棉体本身具有吸声、隔振的功能，能有效的减少锅炉、风机等系统的噪声和振动。结构简单、体轻，维修方便。

各种管材伸缩节特点以及适用范围

非金属膨胀节

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。

规范要求与选型计算

GB50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》中要求，5.9.5 供暖管道热膨胀及补偿。强制性条文。

供暖系统的管道由于热媒温度变化而引起热膨胀，不但要考虑干管的热膨胀，也要考虑立管的热膨胀，这个问题必须重视。

在可能的情况下，利用管道的自然弯曲补偿是简单易行的，如果自然补偿不能满足要求，则应根据不同情况通过计算选型设置补偿器。对供暖管道进行热补偿与固定，一般应符合下列要求:

1 水平干管或总立管固定支架的布置，要保证分支干管接点处的最大位移量不大于40mm;连接散热器的立管，要保证管道分支接点由管道伸缩引起的最大位移量不大于20mm;无分支管接点的管段，间距要保证伸缩量不大于补偿器或自然补偿所能吸收的最大补偿率;

2 计算管道膨胀量时，管道的安装温度应按冬季环境温度考虑，一般可取0℃-5℃；

3 供暖系统供回水管道应充分利用自然补偿的可能'性;当利用管道的自然补偿不能满足要求时，应设置补偿器。采用自然补偿时，常用的有L 形或Z 形两种形式;采用补偿器时，要优先采用方形补偿器;

4 确定固定点的位置时，要考虑安装固定支架(与建筑物连接)的可行性;

5 垂直双管系统及跨越管与立管同轴的单管系统的散热器立管，当连接散热器立管的长度小于20m 时，可在立管中间设固定卡;长度大于20m 时，应采取补偿措施;

6 采用套筒补偿器或波纹管补偿器时，需设置导向支架;当管径大于等于DN50 时，应进行固定支架的推力计算，验算支架的强度;

7 户内长度大于10m 的供回水立管与水平干管相连接时，以及供回水支管与立管相连接处，应设置2~3 个过渡弯头或弯管，避免采用"T" 形直接连接。

（1）热力管道的热伸长量通常按下式计算：Δ_x=α(t₁-t₂)L

其中：Δ_x—— 管道的热伸长量，mm; α —— 钢管的线膨胀系数，mm/(m ℃), t₁ —— 管内介质温度，℃，管内介质指蒸汽、热水、过热水等; t₂ —— 管道安装时的温度,℃, L —— 管道计算长度，m。

计算管道热伸长量，是为了确定补偿器的所需补偿量，或验算管道因热伸长而产生的压缩应力，所以对于管道的热伸长量应计算其最大值，即取冷态安装条件的最低温度和热态运行条件的最高温度之间的最大温差。

由于管网安装的气候条件差异很大，因此t₂不应有统一的取值，应根据当时的气候条件和施工环境，确定适当的管道安装温度。 
1 、固定支架是暖通空调中经常用到的一种支架，它在系统中起固定和支撑管道的作用，一般由设计人员根据需要设定具体位置，各种规范中规定较少，补偿器用于吸收管道因温度增高引起膨胀造成的长度增大。有“г”型、“Z”型的自然补偿器和方形、套筒、波纹管补偿器等多种形式，设计人设计时依据伸缩量、管径等条件选用。可是现在许多设计人员对此不重视，或漏画，或胡乱对付，位置和数量都没有经过仔细推敲，不甚合理，根据笔者经验，总结了一套在室内95/70℃热水采暖系统设计中快速设置固定支架和补偿器的方法，结合示例详述如下，望能起到抛砖引玉的作用。

2 、设计计算系统中固定支架的设置应在管径计算完毕之后，此时系统管道的布置已经完成，系统每一段的管径已经计算确定，固定支架可以开始布置。

2.1 、计算管道热伸长量

△X=0.012(t1-t2)L ……(1)

其中： △ _X——管道的热伸长量,mm;

t₁——热媒温度,℃,

t₂——管道安装时的温度, ℃,一般按-5℃计算.

L——计算管道长度m;

0.012——钢铁的线膨胀系数,mm/m·℃

按t1=95℃简化得：

△_X=1.2L  ……(2 )

2.2、确定可以不装补偿器和应用“г”型、“Z”型管段自然补偿的管段

对于本文所述系统由固定点起，允许不装补偿器的直管段最大长度民用建筑为33m，工业建筑为42m。(管道伸长量分别为40mm和50mm)。实际设计时一般每段臂长不大于20～30m,不小于2m。在自然补偿两臂顶端设置固定支架。“г”型补偿器一般用于DN150以下管道;最大允许距离与管径关系见表1。“Z” 型补偿器可以看做两个“г”型补偿器。

表1 г”型补偿器最大允许距离

2.3、确定不能进行自然补偿部分管道的热伸长量,并根据计算结果设置补偿器

能进行自然补偿部分管道确定了，其余部分就是应该设置补偿器的部分。计算这部分伸长量，如果较长要设置多个补偿器，应注意均匀设置;并在两个补偿器中间设置固定支架。选择时注意套筒补偿器容易漏水漏气，适合安装在地沟内，不适宜安装在建筑物上部;波纹管补偿器能力大耐腐蚀，但造价高并且需要设置导向支架;方形补偿器需要的安装空间较大，但运行可靠应用广泛。设计时可以根据工程具体情况选用。

3、例题[已知] 如图1所示，某民用建筑95/70℃热媒供热管道a-b段长度为32m，b-c段长度为24m，c-d段长度为63m，d-e段长度为48m，管径如图所示。

 [求] 计算管道热伸长量，设置补偿器和固定支架。

 [解] 首先按照公式(2)计算可得

　　a-b段管道热伸长量=38.4mm

　　b-c段管道热伸长量=28.8mm

　　c-d段管道热伸长量=75.6mm

d-e段管道热伸长量=57.6mm

图1 供热干管示意图干管示意图

由以上计算可知，

a-b段和b-c段伸长量不超过规定值，可不设补偿器，但应在管段中部(点f、g)设一固定支架，使管道可以有固定点向两侧自由伸缩。

d-e段可以从e点开始向d点量33m的p处设一固定支架。p-d段长15m.。

c-d段上设h和k点,这样g-c和c-h形成“г”型补偿器, k-d和d-p形成另一“г”型补偿器。根据管径查表1知c-h长度介于2.5m到18m之间,本系统定为15m; k-d长度介于3m到20m之间,本系统定为15m.。h-k长度为33m设置一个方形补偿器，详见国标图N106，本不再赘述。设定好固定支架和补偿器的系统如图2所示。

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