波纹补偿器是轴向对称的薄壁壳体,由一个或多个波纹连接而成,作为管道连接件而广泛使用。波纹管具有刚度小与质量轻的特点,在设备中经常被用作补偿装置,不仅能补偿轴向位移,而且对角向位移也有一定的补偿作用,同时也具有减振降噪的优点。
波纹管的分类方式多种多样,依据波形进行分类,主要有U形、S形、Ω形等;依据管壁的层数进行分类,波纹管可以分为单层、多层波纹管。单层波纹管一般用在承载能力弱,补偿量小的部件上。多层波纹管是由多层薄壳套合在一起构成,多层波纹管的形变补偿能力和强度较大,柔性更好;依据波纹管的结构进行分类,主要有整体波纹管与焊接波纹管,在对焊接波纹管进行设计时,可以获得更小的波距,因此在长度范围一定时,会拥有较多的波数,于是补偿能力就会更好一些,但它也有缺点,主要是在焊缝处容易发生应力集中;依据管壁材料进行分类,主要有金属波纹管、非金属波纹管两类,金属波纹管具有较为广泛的应用,非金属波纹管只是在特殊场合才被用到;依据波纹管的制造方法进行分类,主要有液压成形、滚压成形与机械胀形法三类,在对精度和表面质量要求比较高时,一般采用液压成形,但这种方法生产的波纹管外径相对较小,要生产外径稍大一些的波纹管,一般采用滚压成形,这种方法得到的波纹管的精度和表面质量要低,在用机械胀形对波纹管进行生产时,可以获得较高的效率,但波纹管的性能不太高,因此在对波纹管进行生产时,要根据特定的要求选取合适的生产方法。
补偿器的种类很多,常用的补偿器一般可分为约束型和非约束型两大类,约束型补偿器所产生的盲板力由其自身带有的约束构件所承受,其管系上不需要设主固定支架。非约束型补偿器的轴向力是由管路的固定支架来承担,故必须设主固定支架。通用型、轴向型、小拉杆横向型补偿器为非约束型,大拉杆横向型、铰链型、万向铰链型补偿器为约束型。
波纹管补偿器用以吸收轴向位移,大拉杆横向型补偿器吸收垂直于补偿器轴向的横向位移,小拉杆横向型补偿器适合横向位移,也可以吸收轴向、角向和任意3个位移的组合,铰链补偿器以2或3个配套使用,可以吸收单平面一个方向或多个方向的位移。补偿器的选型应与管系设计同步进行。根据各工程特点,其选型原则一般可为:
(1)复杂管系为典型管段。可通过固定支架将其分解为“-”、“L”、“π”、“Z”等典型膨胀管段;
(2)根据典型管线工作条件和膨胀形式选择相应的补偿器;
(3)据补偿器的变形轨迹设置相应的导向支架;
(4)据补偿器有无盲板力约束构件,考虑主固定支架的设置;
(5)根据补偿器在规定的疲劳寿命下的最大补偿量,考虑补偿器数量。
由于管系的补偿有多种方案可供选择,选型时应将管线的走向、支撑体系的布局、补偿器的使用要求等予以综合考虑。
通常,使用补偿器的一般要求是:
(1)直线管道上,任何两个相邻的固定支架之间一般只设置一个补偿器,如果设置两个以上的金属补偿器,有可能会因各补偿器刚度不完全相同或各导向支架摩擦力的不同而导致各补偿器负荷不均。
(2)各类固定支架要有足够的刚度和强度,各类导向支架、弹簧吊架要适应补偿器位移形式的要求。
(3)任何两个相邻的次固定支架之间的管径必须相同,而且还要保持直线走向,防止次固定支架承受附加的“盲板力”。