【摘 要】波纹管膨胀节是当今热力管道中进行柔性补偿的主要部件之一，具有减振降噪，位移补偿的作用，目前在热力管网、石油石化、核电等行业得到广泛应用。因此文章重点就波纹管膨胀节在化工管道中的应用进行略述。
【关键词】波纹管膨胀节；化工管道；应用
化工管道都会随介质温度变化而热胀冷缩，对于一些应力敏感的设备，比如大型泵、压缩机，管道伸缩引起的应力将会导致工况变化，进而破坏设备或管道。膨胀节就是用来消除由于介质温度而引起的应力，防止管道发生较大位移。由于它具有在有限的空间内能提供很好的柔性、隔离机械振动、节省安装空间、安装简单、性能良好等优点，已被广泛应用于石油、化工、冶金、核能等领域。
一、膨胀节常见的结构形式
波纹管膨胀节按结构型式可分为轴向型、铰链型、自由型、拉杆型、压力平衡型五大类型，现仅简单介绍设计中常用的三种类型。
（一）自由型膨胀节
自由型膨胀节具有最简单的结构形式，其六个方向上的自由度没有任何限制，但它不能自己承受内压盲板力，必须通过膨胀节两端设置的固定架来吸收，否则在内压盲板力的作用下管道会更加不稳定。尽管自由型膨胀节在各个方向上都有自由度，但它承受的压力越高柔性就会越低，且其仅轴向有补偿能力，因此多应用在压力较低的管道上。中间用一段很短的管道连接两个膨胀节，膨胀节之间用固定架分隔限制其位移。此时两个主固定架间的管道的热膨胀由两个膨胀节共同吸收。
（二）大拉杆型膨胀节
大拉杆式膨胀节是由两个波纹管、长中间接管以及大拉杆等零件构成，它能吸收管系任意平面内的横向位移。位移时大拉杆上的球面螺母绕球面垫圈移动，同时大拉杆还具有承受内压推力的能力。大拉杆膨胀节的拉杆通过导向块和中间接管连接，这样可以增加整个结构的稳定性。中间管越长，横向补偿能力越好。它同小拉杆式膨胀节一样，一般安装在与管道平面相垂直的管段上。
（三）铰链型膨胀节
铰链型膨胀节是由波纹管、端管相连的铰链板组成的挠性部件。一般为两个角向铰链型或两个万向铰链型与一个角向铰链一起配套组合使用，适用于“L”型和“Z”型管系中，主要以角偏转的方式补偿多平面弯曲管段的合成位移。由于销轴和铰链板能承受压力推力和其他附加外力的作用，膨胀节自身吸收内压推力，不会对管道产生外力，因此管道支撑的设置可以简化。铰链型膨胀节通过其角度的变化来吸收管道沿轴向方向因热膨胀或收缩所引起的角向位移。通常两件或三件组合使用，补偿量与两个膨胀节间的距离成正比，其优点是体积小，质量轻，膨胀节自身的压力推力由铰链构件承受, 角向铰链式膨胀节可以补偿管线在任意方向的角位移。
二、膨胀节的正确选型
在工程设计中，经常由于工艺、布置空间等方面的要求而使用膨胀节，由于工艺要求、管线走向、空间限制等诸方面的因素是千变万化的，因而，在膨胀节的选型方面的设计及计算也是很复杂的。所有复杂的管系都可以通过在不同的部位设置不同的固定支架，将其分成许多个形状相对简单的独立管段，比如“Z”型管段和“∏”型管段等，从而分别确定每一个管段的变形和补偿量。不同类型的膨胀节有着不同的优点和缺点，因此在管系的总体设计时，应根据管道的走向和管道的支撑方式（固定支架、滑动支架、导向支架等），综合考虑补偿节的配置，正确选择膨胀节的类型，以达到安全、合理、适用、经济的最佳组合。现场有多少安装空间以及需要将推力降低到多少，决定选何种形式的膨胀节，因此弄清楚哪些力和力矩超出了许用荷载是膨胀节选型的首要任务。
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三、应用实例
（一）工程概况
某化工管道在实际运行过程中发现，由于管道工作压力时常产生压力陡降，瞬间压力波动引起介质流动速度失去平衡，而使系统产生紊流、振动和噪声。介质波动经平衡孔后直接作用在曲管压力平衡型膨胀节的盲板处，使膨胀节运行中振动严重，噪声超标，对管道系统运行造成安全隐患。
（二）结构设计
针对现有技术的不足，改进平衡孔结构，显著降低介质对膨胀节盲板的冲击，实现减振降噪。减振降噪曲管压力平衡型膨胀节包括弯管，在弯管的输流端设有第一工作波纹管、第二工作波纹管，在弯管的盲端设有 1 个平衡波纹管，其特别之处是，所述弯管拐弯处设有一屏蔽板，屏蔽板下部与弯管间留有通流间隙 H，在弯管拐弯处的管壁上设有一组平衡孔，屏蔽板遮盖平衡孔。屏蔽板上部与弯管焊合，屏蔽板下部与弯管间的通流间隙 H为 20～30 mm。减振降噪曲管压力平衡型膨胀节的平衡孔为 3 ～8 个，其中，有 1 个中心平衡孔，其他平衡孔环绕在中心平衡孔周边，各平衡孔和中心平衡孔的几何形状及通流面积相同。
（三）技术效应
减振降噪曲管压力平衡型膨胀节针对普通曲管压力平衡型膨胀节平衡孔的单孔结构，在管道内压力陡降时振动严重、噪声超标等问题进行了改进，在平衡孔前设置屏蔽板，将平衡孔的单孔结构改进为多孔结构。经过上述改进，当管道内的介质在流经曲管压力平衡型膨胀节的弯管时首先经屏蔽板缓冲，然后再由屏蔽板下部的通流缝隙流经多孔结构的平衡孔，对盲板的冲击由一个平衡孔的直接冲击，改变为缓冲后多孔分散冲击，从而显著降低对盲板的作用力，同时，实现了管段固有振动频率的屏蔽，降低了介质紊流和管段系统压力陡降带来的系统振动和噪声。减振降噪曲管压力平衡型膨胀节在企业煤气化管道运行表明，完全可以满足预期设计要求，降噪、减振效果明显，提高了管道运行的安全性。
（四）工作原理
减振降噪曲管压力平衡型膨胀节，用于管道系统吸收轴向与横向组合位移，并能平衡波纹管的压力推力。所述膨胀节包括弯管，在弯管的输流端设有第一工作波纹管、第二工作波纹管，在弯管的盲端设有 1 个平衡波纹管。为降低管道系统因瞬间压力波动引起介质流动速度失衡，而对曲管压力平衡型膨胀节盲板产生的巨大冲击和噪音，本文对弯管处的平衡孔结构进行了如下改进: 在弯管拐弯处设有一屏蔽板，屏蔽板下部与弯管间留有通流间隙 H; 在弯管拐弯处的管壁上设有一组平衡孔，屏蔽板遮盖平衡孔。当介质流过时，首先经过屏蔽板缓冲，之后由屏蔽板下部的通流缝隙流过，然后再经过多孔结构的平衡孔后与盲板接触。经过屏蔽板缓冲和平衡孔分散冲击力后，介质对盲板的冲击力大幅度消减，从而显著降低对盲板的作用力，减小了管道及膨胀节的振动和噪音。
（五）技术设计
屏蔽板为圆形板，屏蔽板上部与弯管焊合，形成弧形屏蔽板焊缝，屏蔽板下部开放，以便介质通流，屏蔽板下端与弯管间的通流间隙 H 为 20 ～ 30 mm。平衡孔中所包含的平衡孔为 3 ～8 个。平衡孔的设置方式为: 一个中心平衡孔，其他平衡孔环绕在中心平衡孔周边，各平衡孔的几何形状及通流面积相同。平衡孔的通流面积总和为 M，M = 1.05S，S 为按常规单平衡孔结构经计算得出的平衡孔有效面积 。在实际使用时，可根据曲管压力平衡型膨胀节的工作状态及规格，依据计算出的 F 值设定平衡孔的个数、分布和几何尺寸。
总之，减振降噪曲管压力平衡型膨胀节，在弯管拐弯处设有一屏蔽板，屏蔽板下部与弯管间留有通流间隙，在弯管拐弯处的管壁上设有屏蔽板遮盖平衡孔。
当管道内的介质在流经曲管压力平衡型膨胀节的弯管时首先经屏蔽板缓冲，然后再由屏蔽板下部的通流缝隙流经多孔结构的平衡孔，对盲板的冲击由一个平衡孔的直接冲击，改变为缓冲后多孔分散冲击，从而显著降低对盲板的作用力，同时，实现了管段固有振动频率的屏蔽，降低了介质紊流和管段系统压力陡降带来的系统振动和噪声。
参考文献：
[1]王兆军,聂二磊,谢田桑.膨胀节在GIS中的使用方法[J].电气时代,2015,09
[2]褚振辉.金属波纹管膨胀节在大型煤化工装置中的应用[J].石油化工建设,2011,03
[3]邢桂香.金属波纹管膨胀节的设计与应用[J].民营科技,2013,08
论文作者:蒋家慧
论文发表刊物:《低碳地产》2016年9月第17期
论文发表时间:2016/11/9
标签：膨胀节论文; 屏蔽论文; 管道论文; 通流论文; 压力论文; 弯管论文; 铰链论文; 《低碳地产》2016年9月第17期论文;