5.7 补偿器解析
补偿器基本知识详解
金属波纹膨胀节概述
现代工业生产中，设备和管路的热补偿技术是由 各种补偿器实现的，并大多数采用金属波纹膨胀节（又 称金属波纹补偿器）和金属波纹软管。
金属波纹膨胀节的类型很多，但均以波纹管为核心元 件，装配以各种结构件后组成，可以完成不同的功能。 膨胀节的设计依据有两种：一是根据设计院提供的膨胀 节参数表；二是根据设计院提供的管系图纸，进行管道 应力分析，选择合适的膨胀节。
4. 设计制造标准
国家标准：
• GB/T 12777 金属波纹管膨胀节通用技术条件 • GB 16749 压力容器波形膨胀节 • GB 12522 不锈钢波形膨胀节（船用） • GJB 1996 管道用金属波纹管膨胀节通用规范 • GB/T 14525 金属波纹软管通用技术条件 • SH/T 3412 石油化工管道用金属软管选用、检验及验收 • SY/T 4073 储罐抗震用金属软管与波纹补偿器选用标准
• 螺旋形金属软管波纹呈螺旋状的波纹管，在相邻的两波纹之间有一个螺旋 升角，所有的波纹都可通过一条螺旋线连接起来。螺旋形波纹管选用薄壁 不锈钢带通过连续剪裁、卷圆、自动焊接、自动成型加工而成。它具有连 续的螺旋波形，无需对接焊。适用于静态场合适用和运动量不大的场合。 一般长度比较长。
金属软管的结构特点
横向变形
复式横向变形
典型管系应用
CAESAR II中的模拟
10 曲管压力平衡型
• 可吸收90°轴向位移 • 能承受管道内压推力
典型管系应用
11 复合直管压力平衡型
• 可吸收横向位移及横向组合位移 • 能承受管道内压推力
波纹金属软管概述
主要内容
金属软管的结构特点 金属软管的标准、性能参数及应用 金属软管的生产工艺 金属软管的检验与试验 金属软管安装注意事项
波纹管补偿器常用规格型号
波纹补偿器属于一种补偿元件。
利用其工作主体波纹管的有效伸缩变形，以吸收管线、导管、容器等由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化，或补偿管线、导管、容器等的轴向、横向和角向位移。
也可用于降噪减振。
在现代工业中用途广泛。
常见型号有：1、轴向型内压式波纹补偿器(ZN)举例：0.6TNY500TF表示：公称通径为Φ500，工作压力为0.6MPa，(6kg/cm2)波数为4个，带导流筒，碳钢法兰连接的内压式波纹补偿器。
2、轴向型外压式波纹补偿器(ZW)举例：0.6TWY500×8JB表示：公称通径为500mm，工作压力为0.6MPa(6kg/cm2)波数为8个，不锈钢管连接的轴向型外压式波纹补偿器。
注：疏水口的设置按用户要求。
3、轴向复式波纹补偿器(ZF)举例：0.6FS100×20F表示：工作压力为0.6MPa，通径DN=100mm，波数为20，法兰连接的复式波纹补偿器。
4、轴向复式拉杆波纹补偿器(FL)举例：0.6FSL200×12J表示：工作压力为0.6MPa，通径DN=200mm，波数为12，接管连接的复式拉杆波纹补偿器。
5、直埋式内压波纹补偿器(ZMNY)举例：1.6ZMS200×6J表示：工作压力为1.6MPa，公称通径为200mm，波数为6波，接管连接的直埋式>波纹补偿器。
6、万向铰链波纹补偿器(WJ)举例：0.6WJY500×4F表示：工作压力为0.6MPa，公称通径为500mm，波数为4，碳钢法兰连接的万向铰链波纹补偿器。
7、直管压力平衡式波纹补偿器（ZP）举例：0.6ZYP500×8/6－JB表示公称通径为500，工作压力为0.6MPa，大波纹管为8个波，小波纹管为16个波，连接形式为不锈钢接管连接的直管压力平衡式波纹补偿器。
8、曲管压力平衡式波纹补偿器示例：0.25QYP700×8/4JB表示：公称通径为φ700mm，工作压力0.25Mpa，波数为8/4，不锈钢接管连接的曲管压力平衡式波纹补偿器中泰管道设备有限公司是一家专注于管道构件产品研究，生产以及销售为一体的创新企业。
补偿器的分类
用于管径较大、压力较低的热力管道上。安装时按设计规定进行预拉伸。补偿器应与管道保持同轴，只允许承受轴向力不得横向受力，不得倾斜或错位
7
球形
依靠球体的角位移来吸收或补偿管道一个力
优点：具有补偿能力大，流体阻力和变形应力小，且对固定支座的作用力小等特点。特别对远距高热能的输送，即使长时间运行出现渗漏时，也可不需停气减压便可维护；
缺点：成本高，制造复杂
用于热力管道中，补偿热膨胀，其补偿能力为一般补偿器的5－10倍；用于冶金设备（如高炉、转炉、电炉、加热炉等）的汽化冷却系统中，可作万向接头用；用于建筑物的各种管道中，可防止因地基产生不均匀下沉或震动等意外原因对管道产生的破坏
补偿器的分类、作用原理、特点、应用
序
分类
名称
作用
结构与作用原理
优缺点
应用
1
自然补偿器
L形
消除管道因温度变化产生膨胀或收缩应力对管道的影响
利用管路几何形状所具有的弹性吸收热能产生的变形
优点：制造简单、成本低；
缺点：管道变形时会产生横向位移，而且补偿的管段不能很大
安装时应正确确定弯管两端固定支架的位置
2
主要用在安装方形补偿器时空间不够的场合。单向补偿器应安装在固定支架旁的直线管道上，双向补偿器器安装在两个固定支架中间，并在靠近补偿器两侧各设置一个导向支架
6
波形（分单波、多波）
由波节和内衬套简组成，内衬套筒一端与波壁焊接，另一端可自由伸缩，靠波形管壁的弹性变形来吸收热胀或冷缩
优点：结构紧凑，只发生轴向变形，与方形补偿器相比占据空间位置小。
4
Ω形
5
填料式
（又称套筒式，分单向、双向）
补偿器类型及选用
补偿器类型及选用摘要：补偿器又称膨胀节，在管道采用补偿器可以在承受系统压力的同时，吸收因温差引起的热膨胀，这种设备在冶金装置、炼油设备、化工设计，火电厂或核电站，供热和制冷系统，以及低温设备中获得了成功的应用。
用以补偿管道长度变化长生的应力的补偿方式可以分为自然补偿和补偿器补偿，其中补偿器可分为方形补偿器，波纹管补偿器，套筒补偿器以及球型补偿器等，本文主要介绍各种补偿器的优缺点及适用条件。
关键词：管道补偿，补偿器，热补偿补偿器是指在仪器中用于补偿相位差、光程差、偏振差、光强度或机械位移等变量的部件。
在暖通设计的范围内，由于工作介质及环境温度的变化导致管道长度发生变化，并产生拉（压）应力。
当超过管道本身的抗拉强度时，会使管道变形或破坏。
为此，在管道局部架空地段应设置补偿器，即膨胀器，使由温度变化而引起管道长度的伸缩加以调节得到补偿。
通常情况下，管道的变形产生位移可以由管道自己一定程度内的变形得到补偿，即所谓的自然补偿；当管道变形比较大管道自身不能在安全使用的条件下补偿的时候，就需要额外设置补偿器来补偿形变。
1.管道自然补偿通常采用的自然补偿器有L型和Z型两种型式。
其应用场合转角不大于150°时，管道臂长不宜超过20~25m，弯曲应力不应超过80MPa。
L形与Z形补偿器可以利用管道中的弯头构成，且便于安装。
在管道设计中，应充分利用这两种补偿器做补偿，然后再考虑采用其它种类的补偿器。
自然补偿的优点是可以节省补偿器，缺点是管道变形时产生横向位移。
架空管道中自然补偿不能满足要求时才考虑装设其它类型的补偿器。
2.补偿器补偿2.1方形补偿器方形补偿器就是最早常用一种补偿器,通常用无缝钢管煨制或机制弯头组合而成，常用有四种构造形式。
方形补偿器由于其构造形式，具有以下优点:1、制造简单,常用无缝钢管煨制或机制弯头组合；2、安装方便,可以水平安装,也可以垂直安装；3、轴向推力较小；4、补偿能力大,严密性好，运行可靠、方便,不需要经常维修,使用期限长,使用寿命等于管道使用年限；5、不需要设置管道检修平台,或检查室；6、适用范围广,可以适用任何工作压力及任何热媒介质的供热管道。
补偿器的原理
补偿器的原理补偿器是一种常见的机械装置，它能够在机械系统中起到很重要的作用。
补偿器的原理是通过一定的机械结构和工作原理，来实现对机械系统中的不平衡力或者不平衡力矩进行补偿，从而使机械系统能够更加平稳地运行。
在本文中，我们将详细介绍补偿器的原理以及其在机械系统中的应用。
首先，补偿器的原理是基于力的平衡原理。
在一个机械系统中，如果存在不平衡的力或者力矩，就会导致系统产生振动或者不稳定运行的情况。
补偿器通过一定的结构设计和工作原理，能够对这些不平衡力或者力矩进行有效地补偿，从而使机械系统能够保持平稳运行。
这种原理的应用范围非常广泛，可以应用在各种不同的机械系统中。
其次，补偿器的原理是基于动力学平衡原理。
在机械系统中，如果存在不平衡的动力，就会导致系统产生振动或者不稳定运行的情况。
补偿器通过一定的结构设计和工作原理，能够对这些不平衡动力进行有效地补偿，从而使机械系统能够保持平稳运行。
这种原理的应用也非常广泛，可以应用在各种不同的机械系统中。
另外，补偿器的原理还包括了能量平衡原理。
在机械系统中，能量的不平衡会导致系统运行不稳定，甚至损坏机械结构。
补偿器通过一定的结构设计和工作原理，能够对这些能量不平衡进行有效地补偿，从而使机械系统能够保持平稳运行。
这种原理的应用同样非常广泛，可以应用在各种不同的机械系统中。
总的来说，补偿器的原理是基于力的平衡、动力学平衡和能量平衡原理，通过一定的结构设计和工作原理，对机械系统中的不平衡力或者不平衡力矩进行补偿，从而使机械系统能够更加平稳地运行。
补偿器在工程领域中有着广泛的应用，可以应用在各种不同的机械系统中，对系统的稳定运行起到了至关重要的作用。
在实际的工程应用中，补偿器的原理需要根据具体的机械系统和工作条件进行合理的设计和选择，以确保系统能够获得最佳的补偿效果。
因此，在进行补偿器的设计和选择时，需要充分考虑机械系统的特点和工作条件，以及补偿器的结构设计和工作原理，从而实现对不平衡力或者不平衡力矩的有效补偿，保证机械系统的稳定运行。
冶金行业金属波纹管补偿器的介绍
波纹管补偿器一．概述补偿器又称膨胀节，在管系中采用波纹补偿器可以在承受系统压力的同时吸收因温差引起的热膨胀。
补偿器由波纹元件及接管（筒节）、导流筒、外护管、端板等相关结构件构成。
在冶金、石油、化工、电力、供热和制冷系统以及低温设备中获得了成功的应用，可吸收对轴向、横向和角向位移。
其典型的工作条件为：压力从真空至6.4MPa，温度从-200℃至1350℃.与一般的管道元件不同，波纹管是用相当薄的材料制作而成，以便使它具有足够的柔性，可以吸收在使用中预期出现的机械位移和热位移，也能起到吸振降噪的作用。
在设计、制造、运输、安装和测试等各个环节都必须注意这种产品的独特之处。
二．波纹管设计与主要性能参数波纹管是波纹管补偿器的核心部件，是其关键功能元件。
波纹管补偿器的性能主要取决于波纹管元件。
2.1 波纹管波形结构的分类波纹管的波形结构分为U形、Ω形、S形、C形等，不同的波形有不同的性能特点。
2.1.1 U形波纹管的特点U形波纹管是目前应用最多的一种波形。
其特点是：在同等壁厚条件下承压能力较高，补偿能力较大，应力分布均匀，疲劳寿命较高，综合性能好。
U形波纹管的性能主要取决于壁厚、波高、波距、层数等。
2.1.2 Ω形波纹管的特点Ω形波纹管特点是截面能耐高压，但补偿能力低，刚度值低。
适用于压力高、位移量小、挠曲小的场合使用，制造工艺复杂。
2.1.3 C形波纹管的特点C形波纹管特点是承压能力较高，补偿能力低，刚度值高，制造工艺简单。
一般情况下不采用。
2.1.4 S形波纹管的特点S形波纹管特点是承压能力较高，但补偿能力略低，工艺性较差，制造比较复杂，但不易产生应力集中，波纹管受力状态较好，刚度值低于U形。
在既要耐压高，又要求较大位移时，可采用S形波纹管。
目前，波纹管补偿器绝大多数采用U形波纹管。
U形波纹管工艺性好，便于加工，耐压能力和补偿能力较好，无增强U 型波纹管一般适用于压力2.5MPa以下场合。
2.2 U形波纹管按层数分类可分为单层波纹管和多层波纹管。
管道补偿器
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直埋式波纹补偿器
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球型补偿器特点
优点：能做空间变形，补偿能力大，占地小，安装方 便，投资节省，适用于架空铺设，密封性能良好，寿 命较长。
布置形式如下：
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通用型波纹补偿器
利用波纹补偿器的弹性元件的有效伸缩变形来吸收管 线、导管或容器由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化 的一种补偿装置，属于一种补偿元件。可对轴向，横 向，和角向位移的的吸收。
直埋式波纹补偿器主要用于直埋管道的轴向补偿，具 有抗弯能力。直埋式波纹补偿器主要适用于轴向补偿， 同时具有超强抗弯能力，所以不考虑管道下沉的影响， 直埋式波纹补偿器在外壳及导向套筒保护下实现自由 伸缩补偿，其它性能跟普通波纹补偿器相同。
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万向铰链波纹补偿器
要用于电厂锅炉送粉管道，吸收锅炉炉膛向下热膨胀 和炉膛的横向膨胀及送粉管道的热位移。本补偿器能 吸收任意方向的位移。本部件一般装设在燃烧器入口 的水平或垂直送粉管道上。
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4
自然补偿器特点
优点：不必特设补偿器。 缺点：管道变形时会产生横向位移，管段不能很长。
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5
方形补偿器
方形补偿器由管子煨制而成，由于补偿器工作时，其 顶部受力最大，因而顶部应用一根管子煨制，不允许 焊口存在。其煨制工艺有冷弯及热弯两种。
方形补偿器主要作用是：补偿管道的热变形量。方形 补偿器多用于管道穿过结构伸缩缝、抗震缝及沉降缝 处铺设进行补偿。
补偿器工作原理
补偿器工作原理
补偿器是一种用于补偿或调整某些物理量的装置，常见于各种工程领域。
其工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 感应检测：补偿器通常会包含一个感应元件，例如传感器或探测器，用于检测需要补偿的物理量。
这可以是温度、压力、电流等等。
2. 反馈信号：感应元件将感测到的物理量转化为电信号，并将信号传输给补偿器的控制部分。
3. 比较与偏差计算：控制部分将感应元件生成的电信号与设定的目标值进行比较，并计算出补偿器需要进行的调整量。
这个偏差计算可以通过一些逻辑电路或计算机算法来实现。
4. 补偿输出：控制部分将计算出的偏差量转化为适当的控制信号，通过执行器或调节器调整传输介质或系统的参数，以达到补偿或调整物理量的目的。
5. 循环控制：补偿器通常会通过反馈信号持续地进行偏差计算和补偿输出，以实现持续的调整和控制。
补偿器的工作原理可以根据不同的应用领域和具体设计而有所不同。
例如，在温度补偿器中，感应元件可能是一个温度传感器，控制部分可能包括一个PID控制器来计算偏差和输出控
制信号。
而在压力补偿器中，感应元件可能是一个压力传感器，控制部分可能使用不同的控制算法来实现补偿控制。
总的来说，补偿器的工作原理是通过感应、反馈、比较和补偿输出等步骤来实现对某些物理量的精确控制和补偿。
它在各个工程领域中的应用非常广泛，例如自动控制系统、仪器仪表、传感器技术等。
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单向式套筒膨胀节结构
1、补偿管， 2、压紧法兰， 3、螺栓， 4、螺母 ， 5、填料 ， 6、外 筒 ， 7、填料函
套筒式补偿器
—特点
① 套筒式补偿器采用新型的密封材料柔性石墨环，其具有强度大，摩擦系 数小（0.04~0.10)，不老化，效果好，维修方便等特点。
② 套筒式补偿器的使用寿命大，疲劳寿命与管道相当。滑动表面经特殊处理， 在盐水、盐溶液等环境下耐腐蚀性能好，比奥氏体不锈钢高50倍以上。同时， 多年后因磨损导致密封效果减弱时，可再次紧固法兰，增强密封性能，也可将 螺栓松开，取下压圈，再装进一层或两层密封环，紧压圈，继续使用。 ③ 套筒式补偿器对氯离子含量无要求，特别适用于介质或周围环境氯离子超 标的系统上。
波纹管的类型
（2）滚压成形波纹管
滚压成形工艺主要用于加工大型波 纹管，是依靠设在管坯中的成形轮的滚 压成形，可以单波滚制成形，有的装置 方可一次成数个波纹。
波纹管的类型
（3）机械胀形波纹管
采用在管坏内部扩胀的胎具，逐个地胀压成波纹，初步成形 后，再用内外辊精压定型 （4）焊接成形波纹管 对于波高过大或波形特殊的波纹管，多采用冲击焊接工艺，当 波高超过极限时，材料延伸率已不允许采用整体成形工艺，或因 波形复杂，极其困难时也多采用焊接成形，这类波纹管由于不能 承受内压，不太适用于作膨胀节的柔性段
波纹管的类型
（二）按结构材料分类 （1）金属波纹管： 常用金属波纹管材料有奥氏体不锈钢、耐蚀合金等。 （2）非金属波纹管：有聚四氟乙烯（PTEE）波纹管、橡胶波纹管、复合 材料波纹管。
波纹管的类型
（三）按壁厚分类 （1）厚壁波纹管 厚壁波纹管多用于压力容器，例如管壳式换热器筒体和废热锡炉内件的热补偿等。 壁厚3~22mm与公称直径相应关系如下： DN65~150mm δ3~7mm DN200~1350mm δ4~18mm DN1400~3400mm δ5~22mm 由于厚壁波纹管多用于容器筒体本身的热补偿变形、补偿量小，一般只需1~2 个波。 （2）薄壁波纹管 薄壁波纹管用于管道膨胀节柔性段，其单层壁一般不超过3mm，大多数不锈钢 板壁厚为0.2~3mm。 管道用波纹管通常要求有尽可能大的补偿量，因此波纹管在满足承压的前提下， 尽可能减小壁厚以获得较高的柔性，同时考虑到环境腐蚀影响，材料多选用不锈钢， 对于承压较高的波纹管，多采用薄壁多层不锈钢结构。
球形补偿器
球形补偿器主要依 靠球体的角位移来 吸收或补偿管道一 个或多个方向上横 向位移，该补偿器 应成对使用，单台 使用没有补偿能力， 但它可作管道万向 接头使用。
非金属柔性膨胀节
简称织物补偿器，由多层复合材料 制成，吸收轴向位移和侧向位移是 按圈带的轴向长度而定.可以补偿多 方向位移；可以补偿适当的安装误 差；消声减震；无反弹力；体轻安 装方便；适用于钢铁、石油化工、 电力、水泥、空调送风系统以及工 业中输送气体（或含尘气体）的低 压管道作补偿位移、减振用。
旋转补偿器工作原理是内外套筒，相对旋转且旋转角度小，对密封材 料产生磨损少。当填料发生微量磨损时，依靠压紧弹簧的张力给予补偿； 当磨损量超过弹簧张力补偿量时，只需扳紧弹簧压紧法兰上方的螺帽即 可。
是一种自调密封无推力可旋转式套管补偿器，它由变径管、 内管、密封座、填料、螺母、螺栓、填料压盖构成；填料盖 左端面至所配连接螺栓尾部之间设有压簧；可动的填料压盖 与相对静止的填料及密封座的轴向压紧，及时自动的补偿填 料的磨损量，保持配合件的密封。另外，内管右端与变径管 相配合处有间距的设置两圈滚珠，有利于结构自动补偿或调 整密封，也有利于内管相对于变径管的运动。
5.7补偿器
补偿器也称膨胀节，是一种弹性补偿装置，主要用来补 偿管道或设备因温度影响而引起的热胀冷缩位移 (有时也称 热位移)。金属波纹膨胀节的补偿元件是波纹管。利用其工 作主体波纹管的有效伸缩变形，以吸收管线、导管、容器 等由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化，或补偿管线、导 管、容器等的轴向、横向和角向位移。也可用于降噪减振。 在现代工业中用途广泛。在操作过程中，波纹管除产生位 移 (变形)外，往往还要承受一定的工作压力，因此，膨胀 节也是一种承压的弹性补偿装置。
非金属柔性膨胀节适用在温度不 高、压力不大、轴向和径向补偿量 大的管系中。
金属波纹膨胀节
波纹管膨胀节：由一个或几个波纹管及结构件组成，用来吸收由于热胀 冷缩等原因引起的管道和（或）设备尺寸变化的装置。
波纹管：膨胀节中由一个或多个波纹及端部直边段组成的挠性元件。 膨胀节波纹管的波形较多，常用的有U形、Ω 形等。
5.7补偿器
用途:不仅用作吸收热位移和地基不均匀沉降产生的机械位 移，而且可用作消除机械振动，降低噪音等。 补偿器分类： 常见的有波纹补偿器、套筒补偿器、旋转补偿器、方 形自然补偿器、织物补偿器、特种补偿器等几大类型，其 中以波纹补偿器较为常用，主要为保障管道安全运行。
套筒式补偿器
④ 套筒式补偿器分单向型和双向型补偿结构，双向型特点是不论介质从补 偿器何端流入，其补偿器两端的滑动套筒总是自由滑动，达到双向补偿作用， 增大补偿量。
⑤ 直埋型套筒式补偿器能直埋于地下，安装时可不设置维修井，工程造价低
旋转补偿器
当热力管网中轴向位移或轴向推力较大，以及管网线路结构走向需 要调整时，利用该补偿器可获得较大的补偿量和平衡能力，也可根据管 网的结构改变管道的走向。
图片
轴向型补偿器
横向的类型可以按其成形工艺、结构材料和形状参数的不同来 分类。
（一）按成形工艺分类 （1）液压成形波纹管，液压成形是波纹管的最常用成形方法，利 用在管坯中的液体压力，使管坯在限制环中胀形，直至沿环向出现屈服 ，然后再压缩管坯到所需的长度。
（1）结构型式
套筒式补偿器称管式伸缩节，是热流体管道的补偿装置，主 要用于直线管道的辅设。适用于热水、蒸气、油脂类介质，通过 滑动套筒对外套筒的滑移运动，达到热膨胀的补偿。适用于介质 工程压力≤2.5MPa，介质温度-40℃~600℃。
套筒式补偿器
套筒式补偿器
套筒式补偿器
套筒式补偿器主要由补偿管、外套筒、压紧法兰、填料及填 料函构成。为防止补偿管锈蚀，其表面采用镀铬等防腐方法处理， 保持表面光洁，提高密封效果。 执行CJT3016.2－94<<城市供热补偿器焊制套筒补偿器 >>， 公称直径大于或等于300㎜的膨胀节外筒及补偿管采用符 合GB3274标准的钢板卷制，而公称直径小于或等于250㎜的，外 筒及补偿管采用符合GB8163标准的无缝钢管制造。