返回新闻资讯膨胀节是现代受热管网和设备进行热补偿的部件之一✿★★◈，除了补偿位移的作用外九州酷游✿★★◈，还同时兼有减振降噪和密封的功能[1]✿★★◈。膨胀节是一个比较特殊的受力结构✿★★◈，在使用中要求它既有高的承压能力✿★★◈、稳定性和疲劳寿命✿★★◈，又要有良好的柔性✿★★◈。系统压力作用在与系统轴向垂直的投影面（比如弯头✿★★◈、三通✿★★◈、异径管✿★★◈、关闭的阀门及设备）时✿★★◈，压力推力就产生了✿★★◈，如图1.1所示✿★★◈。而膨胀节作为系统中的柔性件大浦安娜✿★★◈，其刚度比系统中的其他组件低很多✿★★◈。当压力推力克服了膨胀节的刚度力后✿★★◈，会促使膨胀节发生“不期望”的变形✿★★◈。在工程实践中✿★★◈，我们经常会遇到“这台膨胀节的拉杆是否应该拆掉后试车？”的问题✿★★◈，或者是试车时膨胀节及其设备发生远远超出其许用位移甚至是破坏的情形✿★★◈。为厘清压力推力在带有膨胀节的管道系统中的作用原理✿★★◈，减少工程实践中的不安全因素✿★★◈，基于力学原理✿★★◈，分析压力推力产生的原理✿★★◈，并通过两个工程实例分析了其在工程中的危害及相应处理办法✿★★◈。
对于一段封闭的承压管道✿★★◈，内压力P作用在内壁✿★★◈，使之产生各方向分离的趋势✿★★◈，见图2.1-1✿★★◈。但管道的封头是不会移动的九州酷游✿★★◈，因为内压产生的作用在两端封头上的力FP✿★★◈，通过产生的轴向拉伸应力平衡✿★★◈，除非内压产生的应力超出了材料承受的极限而产生了断裂破坏✿★★◈。压力与管道轴向应力σ的平衡可以表示为✿★★◈：
膨胀节是个柔性元件✿★★◈，是设计用来吸收位移的✿★★◈。当一个系统中有这个柔性元件时✿★★◈，系统的端部会在这个内压产生的作用力下分离✿★★◈，这个因内压产生的使膨胀节分离的作用力就是膨胀节的压力推力✿★★◈。该力不是直接作用到膨胀节上✿★★◈，而是通过弯头✿★★◈、关闭的阀门以及其他元件来传递✿★★◈，如图2.1-2所示✿★★◈。此时✿★★◈，计算压力P与波纹管有效面积的乘积可得膨胀节的压力推力✿★★◈：
当系统膨胀节两端没有承受压力推力的约束时✿★★◈，压力推力会在克服膨胀节的刚度反力后✿★★◈，将膨胀节的波纹拉伸或将此载荷传递到相连设备的管口及支座上✿★★◈。因此✿★★◈，对于安装了无约束型膨胀节的系统✿★★◈，应在介质流向改变处✿★★◈、管道盲端✿★★◈、管道规格变化✿★★◈、分支处以及两个膨胀节之间应设置固定架✿★★◈，以承受相关载荷（包括压力推力✿★★◈、刚度反力✿★★◈、支架摩擦力及冲击载荷等）和控制位移方向[2]大浦安娜✿★★◈。
带拉杆或铰链的膨胀节通称为受约束的膨胀节九州酷游✿★★◈，其拉杆或铰链用来承受膨胀节的压力推力✿★★◈，防止膨胀节受压后沿轴向拉伸✿★★◈，如图2.2-1所示✿★★◈。该类膨胀节仅能吸收约束范围内的轴向热膨胀✿★★◈。一般地✿★★◈，用此类膨胀节的角位移或横向位移来吸收与之垂直方向的系统热位移✿★★◈。
压力平衡型膨胀节主要使用的有直管压力平衡型和曲管压力平衡型两种✿★★◈，其受力简图分别见图2.3-1和图2.3-2✿★★◈。
直管压力平衡型主要通过平衡波有效面积的设置以及平衡波与工作波之间的拉杆传递载荷大浦安娜✿★★◈，从而实现平衡压力推力的目的✿★★◈。根据图2.3-1✿★★◈，在仅考虑内压的作用下✿★★◈，拉杆的受力按式2.3-1表示✿★★◈：
分析可知✿★★◈，平衡波的有效面积是工作波有效面积的2倍时✿★★◈，才能达到平衡压力推力✿★★◈。由于制造商模具等原因的限制✿★★◈，直管压力平衡型膨胀节的压力推力并不是一定能完全平衡✿★★◈，因此设计时应特别注意核算此部分未平衡的压力推力对系统的影响✿★★◈。根据直管压力平衡型膨胀节结构特性✿★★◈，此类膨胀节一般仅能用于吸收轴向热位移✿★★◈。
曲管压力平衡型主要通过平衡波以及三组波之间的大拉杆传递载荷✿★★◈，实现平衡压力推力的目的九州酷游✿★★◈。由图可见✿★★◈，此类膨胀节主要设置在弯头处✿★★◈，利用两组波纹形成的工作波来吸收轴向和横向位移✿★★◈。
某氮气增压机出口管系的布置如图3.1-1所示✿★★◈。系统的操作压力0.7MPa✿★★◈，操作温度为90℃大浦安娜✿★★◈，管道公称直径为200✿★★◈，属于典型的小口径✿★★◈、低温度和高压力系统✿★★◈。压缩机出口的波纹管膨胀节EJ-1由设备制造商随机配置✿★★◈，为通用型✿★★◈。EJ-1的基本参数如表3.1-1所示✿★★◈。
系统的试运行因该膨胀节的大变形而中止✿★★◈，变形后的膨胀节如图3.1-2所示✿★★◈。由图可知✿★★◈，该膨胀节的波纹发生了较为明显的轴向拉伸和角位移（法兰产生了偏移）✿★★◈，超出了膨胀节的允许补偿范围✿★★◈。由于该系统除了这个膨胀节外✿★★◈，其他元件均可认为是刚性✿★★◈，此膨胀节的变形亦会体现到管道元件上✿★★◈。可以推测✿★★◈，弯头B处也发生了较大的变形✿★★◈。
由于该膨胀节是没有约束的通用型膨胀节✿★★◈，在承压的过程中✿★★◈，介质压力作用于管道系统和波纹管内壁✿★★◈，产生了没有约束的压力推力✿★★◈。根据式（2.1-1）得✿★★◈：
由表3.1-1可知✿★★◈，该膨胀节的轴向刚度为928N/mm✿★★◈，压力推力远远超出了使膨胀节产生轴向拉伸的力的要求✿★★◈，膨胀节必然发生图3.1-2所示的形变✿★★◈。
上述计算仅考虑压力推力的作用✿★★◈，实际计算还应包括刚度反力和重量✿★★◈。按照通用型膨胀节两端应有主固定架的原则✿★★◈，假设该膨胀节的上方竖直段设置一主固定架（见图3.1-3）✿★★◈，用于承受这个载荷✿★★◈。同时✿★★◈，该支架还需要承受一定的水平力✿★★◈，由管道热变形产生✿★★◈。当设置了这个主固定支架时✿★★◈，膨胀节对增压机管口的载荷Feq计算如下✿★★◈：
从现有的设备及管道布置分析✿★★◈，两个设备管口主要承受一个较大的水平力及相应的力矩✿★★◈。膨胀节的设计初衷应该是降低管口的受力✿★★◈，减小振动对增压机的影响✿★★◈。根据管道布置及工艺参数✿★★◈，该管线的热态位移较小大浦安娜✿★★◈。在竖直管段上✿★★◈，两段管线的长度基本一样✿★★◈，热膨胀可相互抵消✿★★◈，不需要膨胀节在竖直方向吸收位移✿★★◈。考虑到增压机管口受力的严格要求✿★★◈，可以保留现有膨胀节和配管✿★★◈，仅增强膨胀节拉杆和支耳抗拉强度大浦安娜✿★★◈，将现有的通用型膨胀节变为一个能吸收少量横向位移的受约束的横向型膨胀节✿★★◈。
某硫酸装置转化器1段与过热器之间的管道操作压力和操作温度分别为0.031MPa和435℃✿★★◈，管道公称直径为2200✿★★◈，属于典型的大口径✿★★◈、高温度和低压力系统✿★★◈，设置膨胀节是解决系统热应力的首先方案✿★★◈。该系统的管道布置如图3.2-1所示✿★★◈，原设计为具有两组波纹的通用型膨胀节EJ-D2✿★★◈，用于吸收两台设备之间的水平热膨胀和两台设备竖直方向的热膨胀差值✿★★◈。制造商提供的膨胀节基本参数见表3.2-1大浦安娜九州酷游✿★★◈。
系统试运行期间✿★★◈，随着温度和压力的上升大浦安娜✿★★◈，监测发现过热器靠近转化器侧的支座向上抬起离开基础支撑面达50mm✿★★◈。
压力推力和刚度反力叠加✿★★◈，共同作用在膨胀节EJ-D2附近弯头上✿★★◈，可计算得出作用于过热器支座的弯矩为（过热器支座至过管道中心距约为9.5m）1503052N.m✿★★◈。在此载荷的作用下✿★★◈，使得过热器发生偏转✿★★◈，一侧支座离开了基础✿★★◈。
（1）使用曲管压力平衡型膨胀节代替目前使用的通用型✿★★◈，可以同时解决压力推力和两个方向热膨胀的问题✿★★◈；
（2）增加拉杆（从两个设备中心线）✿★★◈，使之成为横向大拉杆型膨胀节✿★★◈，利用拉杆吸收膨胀节的压力推力和刚度反力✿★★◈，膨胀节吸收拉杆范围内的热位移✿★★◈。
力学推导和案例分析表明膨胀节的压力推力对管道系统的安全影响较大✿★★◈。对于温度低但压力高的应用✿★★◈，膨胀节一般是作为减震✿★★◈，可以采用加小拉杆和球形螺母垫圈的方法来承受压力推力并吸收小量的横向位移✿★★◈；设计膨胀节时✿★★◈，也应该按承受压力推力核算支耳和拉杆的强度✿★★◈，不能作为运输拉杆设计✿★★◈。对于温度高但压力低的应用✿★★◈，膨胀节主要作用是吸收热位移✿★★◈，此时应该设置合适的固定支架承受压力反力或用长拉杆来解决压力推力和热膨胀✿★★◈。对于压力平衡型的膨胀节九州酷游✿★★◈，特别是高压工况下✿★★◈，设计时应考虑膨胀节由于制造等原因而未能平衡的压力推力✿★★◈。返回搜狐✿★★◈，查看更多九州酷游✿★★◈。九州酷游官网登录✿★★◈，酷游在线登录九州ku游官网✿★★◈，酷游KU游✿★★◈，