直管压力平衡型波纹管膨胀节的平衡与工作原理简述.docx

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1、直管压力平衡型波纹管膨胀节的平衡与工作原理简述摘要:直管压力平衡型波纹管膨胀节主要应用于高、低架空数设的热力管吼而高、低架空敷 段的热力管网中的主固定支架受种抻环境、条件的限制,荷载设计不能满足管道内流体介质 引的盲端推力，又考虑到长输管道流体介质流动时的摩擦损失与压力损失，最正确的选型设比 那么优先考虑选择直管压力平衡型波纹管膨胀节，以满足综合设计性能。本文重点时论其平衡 原理及设计应用.关键词:波纹管膨胀节;工作原理;设计;平衡条件The Balance and Working Principal Description ofStraight Pipe Pressure Balance E

2、xpansion JointsSummary:The straight pipe pressure balance expansion joints are mainly used on the heating power pipework which are supported high above the ground. The main supporting devices for heating popipework are limited by many environmental conditions, the pipework can not absorb the thrust

3、from the blind end, considering the friction and pressure loss, the best choice is straight pipe prbalance expansion joint to meet comprehensive requirements. This article will discuss the balance principal and applicationKey Words: Bellow Expansion Joint: Working Principle; Design and Balance Condi

4、tion1引言随着热力管网敷设技术的开展和应用领域的推广，特别是直管压力平衡型波纹管影胀节 在热力管网中的应用已日臻成熟。最具代表性的是两固定支墩（座、架）直线管段之间选择补 偿元件，因其受两固定支墩（座、架）承受荷载，流体介质摩擦阻力引起的压力损失的双重限制, 普通轴向型波纹管膨胀节无法满足敷设条件，其它型式的补偿元件性能又不能和直管压力平 衡型波纹管膨胀节相比美，这样尢其显得直管压力平衡型波纹管膨胀节在这种特殊工况下应 用的优越性2直管压力平衡型波纹管膨胀节直管压力平衡型波纹管膨胀节是由两个直径相等，波数相同，变形弹性刚度一致的工作波 纹管和一个两倍工作波纹管平均截面面积的平衡波纹管，通过

5、结构件相连构成一个整体而形 成一个完整的直管压力平衡型波纹管膨胀节。3静力平衡原理解析静力平衡原理是基于帕斯卡静力学原理,帕斯卡静力平衡原理是利用作用力的大小相等方 向相反而到达静力平衡。3.1 静力模拟假想一个密闭的圆形容器或一个两端盲端的管道见图1圆筒圆周方向受力圆形容器内压力P,在P的作用下，圆形容器的圆周面任意点都承受P的压力载荷，因容 器是圆形，所以在圆简内任意一点都产生P对应的作用力和反作用力，且力的大小相等而方 向相反，使P的力在容器内处于静力平衡状态。3.2 圆筒端面方向受力圆形容器在内压力P的作用下，圆形容器不但圆周面任意点承受内压力P的载荷，其端 面任意点也同样承受内压力P

6、的载荷，在圆筒两端面任意一点都产生对应的作用力和反作 用力，且它们的力的大小相等而方向相反，使内压力P在容器内处于静力平衡状态。4直线管段对直管压力平衡型波纹管膨胀节的要求直管压力平衡型波纹管膨胀节不仅要具有补偿热胀冷缩的位移能力,且受固定支墩（座、 架）的荷载能力等多方面的因素限制。因此要求直管压力平衡型波纹管膨胀节在系统中，既能 满足内压载荷，又能弹性伸缩变形，内压推力不传递给固定支墩（座、架）确保固定支墩（座，架） 的受力控制在一定范围。4.1 直线管段的敷设设计管道内压推力随压力P和管子截面的大小改变而改变，假设直线管段内不安装直管压力平 衡型波纹管膨胀节，那么管道是一个刚性体。当管道

7、发生热膨胀，其膨胀应力远远大于内压所 产生的压力，固定支（座，架）的强度条件无法满足，当只设普通轴向型波纹管膨胀节，管道 内压推力作用在固定支墩（座、架）上，假设固定支墩支缴（座、架）满足不了内压推力强度条件 时,波纹管在内压推力的作用下就会出现伸长，直至波纹管被拉直或拉断最终发生爆裂失效。 否那么直线管段两固定支墩（座，架）就要设计承受足够大的载荷。所以管线敷设只考虑管道 补偿元件本钱，其设计是不严谨的，增加支墩（座。架）的设计本钱往往给施工带来困难, 有时候环境也不允许，整体布局也不美观。4.2 直管压力平衡型波纹管膨胀节的设计内压下，为了防止波纹管被拉直，保持波纹管具有的补偿功能，利用帕

8、斯卡静力平衡原理 （内力平衡原理），即力的大小相等方向相反的静力平衡定律，我们把管道盲端力平移至波 纹管膨胀节上，改善波纹管膨胀节的结构。为了获得作用力的大小相等方向相反的静力平衡 条件,把波纹管串联在同一轴线,通常设计成工作波纹管和平衡波纹管,平衡波纹管的环形 受压面实际上是人为地创造的一个平衡腔（相当于一个圆筒形容器），平衡波纹管的环形受 压面的环形截面积完全等于工作波纹管的截面积，以满足作用力的大小相等方向相反的平衡 条件。而内压产生的内压推力并没有消失，它是利用相关构件承受内压推力，受力构件在设 计时按最大压力推力l.5PdAQb/Q”设计。受力构件是指串连波纹管的连杆，通过焊接或 钾

9、锢的方法使两波纹管成为联动体，在位移补偿时工作波纹管受压、平衡波纹管受拉，平衡 腔内的容积没有改变，处于自动补充状态，不会产生背压现象。工作原理见图2直管压力平衡型波纹管膨胀节的平衡结构相互串联的波纹管内压受力如图2所示,A, B的截面积等于C、D环截面积，它们的受压 截面积相等，其受力的大小也相等，而方向相反，产生静力平衡，因为波纹管是一个弹性体, 在内压力的作用下，会伸长。为了保证波纹管膨胀节的总体长度不变，只能让其在外力的作 用下，产生位伸压缩变形，因此将串联的波纹管A端与D端连接U端与B端连接，这样当 A端固定的时候，推动B端膨胀节就会发生位移，膨胀节的总长度却没有改变，因为相互串 联

10、的波纹管其中工作波纹管受压，平衡波纹管受拉，膨胀节内的总容积没有受到改变，其变 形力只要克服波纹管膨胀节的变形刚度产生的作用力。5力平衡性能测试直管压力平衡型波纹管膨胀节的力平衡性能测试，主要考核波纹管膨胀节在自由状态下， 利用内压力检测产品总长度是否伸长，假设伸长那么说明内压不能平衡，假设不伸长那么说明内压平 衡，同时可检测受力构件的强度，受力构件的强度检测按荷载为F=1.5pdAQb/qbr的要 求进行检测。6直管压力平衡波纹管膨胀节在系统中的补偿直管压力平衡型波纹管膨胀节在管道系统中，其拉伸或压缩是随管道介质的温度变化而变 化或由外力的变化而变化。波纹管膨胀节主要吸收温度变化所产生的热胀

11、或冷缩位移，管道 热胀或冷缩应力均大于波纹管刚度变化所产生的力。内压力产生的推力，由外部或内部受力 构件承但，当来自外部的力拉压波纹管膨胀节时，其内部容积不发生变化，外部作用力不需 克服内压推力做功，只要克服波纹管刚度在变形过程中产生的弹性推力就能自由伸缩。内（外） 的连接件相当于一连杆在发挥作用。7结论压力平衡型波纹管膨胀节在管道系统中，主要是采用帕斯卡静力学原理，使内压自平衡， 波纹管膨胀节只存在变形刚度所产生的弹性力，管道系统中的支墩（座，架）只承但波纹管 膨胀节变形刚度所产生的弹性反力和管道的摩擦阻力。直管压力平衡型波纹管膨胀节满足管 道热胀或冷缩和外部作用力位移变化，减轻固定支墩的载荷