波紋補償器

波紋補償器，是一種補償元件，利用工作主體波紋管的有效伸縮變形，以吸收管線、導管、容器由熱脹冷縮等原因而產生的尺寸變化，或補償管線、導管、容器等的軸向、橫向和角向位移。波紋補償器主要用於降噪減振，在現代工業中用途廣泛。

簡介

伸縮器

波紋補償器，習慣上也叫膨脹節，或伸縮節。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、導管等附屬檔案組成。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。波紋補償器連線方式分為法蘭連線和焊接兩種。直埋管道補償器一般採用焊接方式（地溝安裝除外）

工作原理

波紋補償器是用以利用波紋補償器的彈性元件的有效伸縮變形來吸收管線、導管或容器由熱脹冷縮等原因而產生的尺寸變化的一種補償裝置，屬於一種補償元件。可對軸向，橫向，和角向位移的的吸收。

檢測

由於不同類型的波紋補償器補償形式不同，主要有軸向、橫向、角向以及組合補償方式。對同時存在多種位移的波紋補償器，要對其各種位移進行合成，求出總等效軸向位移，檢測是對總等效軸向位移而言。也就是說，波紋補償器公稱位移的檢測是對總等效軸向位移檢測。

通用類波紋管的公稱位移，實際上就是波紋管給定的名義位移變形的能力。對於用波紋管制成的膨脹節(補償器）、補償器而言，通常稱為補償量，反映了波紋管吸收系統位移的能力，表示在一定條件下，產品所具有的最大的補償能力。波紋管在正常工作時，要吸收系統位移而產生位移變形，同時還要保證一定次數的正常安全工作位移循環次數。因此波紋管在設計時，根據每一個波可以承受的位移大小，設計有一定的波紋數，當每個波都在均勻地承受位移載荷，沒有局部超負荷時，波紋管可以正常的工作。設計合理時，可以保證一定的設計工作位移循環壽命次數。在JB/T 6169-92“金屬波紋管”標準中，對此項性能的檢測做出了規定。

計算

管道的熱變形計算

計算公式：X=a·L·△T

x 管道膨脹量

a為線膨脹係數，取0.0133mm/m

L補償管線（所需補償管道固定支座間的距離）長度

△T為溫差（介質溫度-安裝時環境溫度）

失效分析

生產企業對波紋管補償器失效原因分析發現，在運行期間的失效主要表現為腐蝕泄漏和失穩變形兩種形式，其中以腐蝕失效居多。從腐蝕失效波紋膨脹節(補償器）的解剖分析發現，腐蝕失效通常分點腐蝕穿孔和應力腐蝕開裂，其中氯離子應力腐蝕開裂約占整個腐蝕失效的95%。因此，正確地選擇波紋管制作材料和結構、合理設計波形參數和疲勞壽命、保證安裝質量等措施，能大大提高波紋膨脹節(補償器）的安全可靠性。設計上，應該考慮補償器的穩定性，預防波紋管失穩。資料顯示，波紋管的補償量取決於其疲勞壽命，疲勞壽命越高，波紋管單波補償量越小。當波紋管設計的許用壽命較低時，不僅其子午向綜合應力較高，環向應力也比較高，使波紋管局部很快進入塑性變形，導致波紋管失穩引起失效。

標準

波紋補償器標準編號:GB/T 12777-2008

波紋補償器標準名稱:金屬波紋管膨脹節通用技術條件

2008-08-04發布，2009-02-01實施

頒布部門:中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會本標準規定了金屬波紋紋補償器的定義、分類、要求、試驗方法、檢驗規則、標誌及包裝、運輸、貯存等。本標準適用於安裝在管道中其撓性件為整體成形無加強U形、加強U形和∩形波紋管的圓形波紋管補償器的設計、製造和檢驗。壓力容器用膨脹節的設計、製造和檢驗亦可參照使用。

連線尺寸

不鏽鋼波紋補償器公稱壓力：1.0MPa

公稱 通徑 DN mm	計算疲勞破壞次 數下軸向補償量 Xomm			補償量			剛度			有效 面積 A cm2	徑向 最大 外形 尺寸 Hmm	接管連線埠 尺寸 doxS(mm)	總長L (mm)		總重W (kg)
	1500	3000	15000	橫 向 Yomm	角向 Yθ度	軸向 Kx N/mm	橫向 KyN/mm	角向 KθN x m/度	法蘭連線			法蘭	接管	法蘭	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

主要分類

一次性波紋管補償器

U型金屬膨脹節波紋管補償器

三維煤粉專用波紋補償器

鉸鏈波紋補償器（JJL型）

平衡型曲管壓力波紋補償器

球型QB型不鏽鋼波紋補償器等等。

主要型號

常見型號

1、軸向型內壓式波紋補償器(HZN)

舉例：0.6TNY500TF

表示：公稱通徑為Φ500，工作壓力為0.6MPa，(6kg/cm2)波數為4個，帶導流筒，碳鋼法蘭連線的內壓式波紋補償器。

2、軸向型外壓式波紋補償器(HZW)

舉例：0.6TWY500×8JB

表示：公稱通徑為500mm，工作壓力為0.6MPa(6kg/cm2)波數為8個，不鏽鋼管連線的軸向型外壓式波紋補償器。

註：疏水口的設定按用戶要求。

3、軸向複式波紋補償器(HZF)

舉例：0.6FS100×20F

表示：工作壓力為0.6MPa，通徑DN=100mm，波數為20，法蘭連線的複式波紋補償器。

4、軸向複式拉桿波紋補償器(HFL)

舉例：0.6FSL200×12J

表示：工作壓力為0.6MPa，通徑DN=200mm，波數為12，接管連線的複式拉桿波紋補償器。

5、直埋式內壓波紋補償器(HZMNY)

舉例：1.6ZMS200×6J

表示：工作壓力為1.6MPa，公稱通徑為200mm，波數為6波，接管連線的直埋式>波紋補償器。

6、萬向鉸鏈波紋補償器(HWJ)

舉例：0.6WJY500×4F

表示：工作壓力為0.6MPa，公稱通徑為500mm，波數為4，碳鋼法蘭連線的萬向鉸鏈波紋補償器。

7、直管壓力平衡式波紋補償器（HZP）

舉例：0.6ZYP500×8/6－JB

表示公稱通徑為500，工作壓力為0.6MPa，大波紋管為8個波，小波紋管為16個波，連線形式為不鏽鋼接管連線的直管壓力平衡式波紋補償器。

8、曲管壓力平衡式波紋補償器

示例：0.25QYP700×8/4JB

表示：公稱通徑為φ700mm，工作壓力0.25Mpa，波數為8/4，不鏽鋼接管連線的曲管壓力平衡式波紋補償器

9、內外壓力平衡式波紋補償器(HNP)

舉例：1.6NP200*8j

表示：工作壓力為1.6Mpa，通徑DN=400mm，波數為4，接管連線的內外壓平衡式波紋補償器。

10、金屬柔性補償器(HFJ)

示例：

(1)FXDA4500×4000F400

表示方形非金屬補償器，長期工作≤100℃，內壁為4500×4000mm，法蘭連線，產品長度400mm

(2)YXDB800F250

表示圓形非金屬性補償器，長期工作≤200℃，內徑為DN800mm，法蘭連線的補償器，長度為250mm

器械選型

波紋管補償器它是以波紋管為核心的擾性元件，在管線上可作軸向、橫向和角向三個方向的補償。軸向補償器為了減少介質的自激現象，在產品內部設有內套管，在很大程度上限制了徑向補償能力，故一般僅用以吸收或補償管道的軸向位移（如果管系中確需少量的徑向位移，也可以吸收軸向、角向和任意三個方向位移的組合；鉸鏈補償器（也稱角向補償器），它以兩個或三個補償器配套使用（單個使用鉸鏈補償器沒有補償能力），用以吸收單平面內的橫向變形；萬向鉸鏈（角向）補償器，由兩個或三個配套使用，可吸收三維方向的變形量。

組焊過程

1.波紋管直邊段內外徑的尺寸公關應符合GB1804中H12級要求。

2.波紋補償器與管道（或設備）的連線法蘭和端管的尺寸及技術要求應符合相應的標準。端管連線時，兩端管口應開30度±2.5度的坡口。

3.波紋補償器的端管為鋼板卷制電焊管時，端管的外接端四周長公差和圓度公差應符合公差表。

4.波紋管與端管（或法蘭）等相連的環焊縫應採用鎢極氬弧焊或熔化極氟弧焊，波紋管單層壁厚大於2mm時可採用電弧焊。

5.組裝波紋補償器時應對波紋管採取保護措施，防止焊接電弧燒穿波紋管和焊渣飛濺到波紋管上。膨脹節(補償器）各部位的焊縫不得有裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，咬邊深度不得大於0.5mm.

6.波紋補償器承壓焊縫焊接之後，應對承壓焊縫進行壓力試驗，試驗壓力為設計壓力的1.5倍。根據膨脹節(補償器）的容積大小，保壓10-30min，檢查膨脹節(補償器）各部位有無滲漏，受壓時最大波距與受壓前波距之比不超過1.15。

7.補償器組焊後應進行外觀和幾何尺寸的檢驗。補償器兩端面同軸度公差；當公稱通徑小於等於500mm時，為5mm;當公稱通徑大於500mm時，為公稱通徑的1%，且小於等於10mm。補償器兩端面與主軸線垂直度公差為公稱通徑的1%，且小於等於3mm。膨脹節(補償器）出廠前的檢驗主要有上述的外觀檢查、幾何尺寸檢查和壓力檢驗。對有特殊要求的膨脹節(補償器），可根據使用工況、工藝要求等，按供需雙方協定進行其它方法的檢驗，如氣密性試驗、滲漏和著色、無損檢驗等。

安裝使用

1、補償器在安裝前應先檢查其型號、規格及管道配置情況，必須符合設計要求。

2、對帶內套筒的補償器應注意使內套筒子的方向與介質流動方向一致，鉸鏈型補償器的鉸鏈轉動平面應與位移轉動平面一致。

3、需要進行“冷緊”的補償器，預變形所用的輔助構件應在管路安裝完畢後方可拆除。

4、嚴禁用波紋補償器變形的方法來調整管道的安裝超差，以免影響補償器的正常功能、降低使用壽命及增加管系、設備、支承構件的載荷。

5、安裝過程中，不允許焊渣飛濺到波殼表面，不允許波殼受到其它機械損傷。

6、管系安裝完畢後，應儘快拆除波紋補償器上用作安裝運輸的黃色輔助定位構件及緊固件，並按設計要求將限位裝置調到規定位置，使管系在環境條件下有充分的補償能力。

7、補償器所有活動元件不得被外部構件卡死或限制其活動範圍，應保證各活動部位的正常動作。

8、水壓試驗時，應對裝有補償器管路端部的次固定管架進行加固，使管路不發生移動或轉動。對用於氣體介質的補償器及其連線管路，要注意充水時是否需要增設臨時支架。水壓試驗用水清洗液的96氯離子含量不超過25PPM。

9、水壓試驗結束後，應儘快排波殼中的積水，並迅速將波殼內表面吹乾。

10、與補償器波紋管接觸的保溫材料應不含氯。

相關計算公式

1.熱力管道的熱伸長量

通常按下式計算：
Δx=α(t1-t2)L
其中：Δx——管道的熱伸長量，mm;
α——鋼管的線膨脹係數，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。

2.安裝軸向型補償器的管道軸向推力F

按下式計算：
Fx=Fp+Fm+Fs
式中：Fp——內壓力產生的推力；
FS——波紋管補償的彈性反力；
Fm——管道活動支架的摩擦力。
計算固定支架推力時，應按管道的具體敷設方式，參考上述公式按支架兩側管道推力的合力計算。

3.管道應力驗算

補償器在內壓作用下的失穩包括兩種情況，即平面失穩和軸向柱狀失穩。
1、平面失穩：表現為一個或幾個波紋的平面相對於波紋管軸線發生轉動而傾斜，但其波平面的圓心基本在波紋管的軸線上。這是由於內壓產生的子午向彎曲應力和周向薄膜應力的合力超過材料屈服強度，局部出現塑性變形所致。
2、柱失穩：波紋管的波紋連續地橫向偏移，使波紋管偏移後的實際軸線成弧形或S形（在多波情況下呈S形）。這種情況多數是因為波紋數太多，波紋管有效長度L跟內徑d之比（L/d）太大造成的。為避免失穩情況發生，對管道應進行應力驗算。

波紋管材質

1、黃銅波紋管H80H-60℃～+100℃彈性較低，遲滯和後效較大，釺焊性較好。可用於非腐蝕介質和精度不高的儀器儀表中作為測量元件。
2、錫青銅波紋管QSn6.5～0.1X-60℃～+100℃彈性、強度和耐蝕均好，遲滯和彈性後效較小，釺焊性較好，廣泛用作測量元件。
3、鈹青銅波紋管QBe2P-60℃～+150℃具有很小的遲滯和彈性後效，很高的彈性穩定性、耐腐蝕、無磁性。多用於高精度的測量儀表中。
4、不鏽鋼波紋管1Cr18Ni9TiG-194℃～+400℃具有很高的彎曲疲勞強度和耐蝕性，焊接性能良好。可用作腐蝕性介質中的測量、密封、連線和補償元件。