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金属波纹膨胀节的设计、制造和安装M.1对管道设计者的要求M.1.1设计者应提供金属波纹膨胀节的设计工况及对设置膨胀节的管道的设计要求，并结合合金元素的含量、制造方法和最终热处理条件来确定材料产生应力腐蚀裂纹的敏感性。
M.1.2除膨胀节中流动介质的性能外，设计者还应考虑其外部环境和由于波纹管在低温下操作，可能在其外壁产生冷凝或结冰的工况。
M.1.3宜给出波纹管的单层最小厚度。
M.1.4应确认膨胀节检修维护的可达性。
M.1.5需要从膨胀节制造商处获得的数据应至少包括下列内容：1波纹管的有效面积；2横向、轴向和角向刚度；3特定设计条件下的设计疲劳寿命；4安装长度和重量；5在管道上附加支撑或约束的要求；6质量证明文件；7试验压力；8设计计算书；9总装配图。
M.1.6 管道设计提出的膨胀节设计条件应包括以下内容：1膨胀节正常操作状态下的压力、温度以及可能出现的压力、温度的波动上、下限。
若给出的膨胀节组件设计温度（不是介质温度），则该温度应通过适当的换热计算方法或试验方法来核实，或通过对在同样条件下服役的相同设备的测量来获得。
2操作期内同时作用的压力、温度、所施加的端点位移、膨胀节本身的热膨胀所对应的循环数。
由短时工况引起的循环数（如开车、停车和非正常操作）应单独说明，并应叠加累积疲劳效应。
3可能承受的动力荷载（如风荷载、地震荷载、热冲击、振动等）和重力荷载（如绝热材料、雪、冰等产生的重力荷载）。
4同设计要求相关的流体介质特性，如业主指定的介质类型、流体速率和方向、内部衬里等。
5影响膨胀节设计的其它条件，如保护罩的使用、内、外隔热层、限位装置、其它约束、膨胀节上的外加接管（如排气和排液管）等。
M.1.7 管道设计应符合下列规定：1在进行管道布置、固定点位置和管架设计时，应避免膨胀节承受过量或非预期的变形和作用力。
2膨胀节不宜承受扭转荷载，当扭转不可避免时，应给出具体的扭矩值，以便膨胀节设计时对受力结构件进行加强。
波纹管膨胀节的选型设计与应用波纹管膨胀节是一种常用于管道系统中的补偿器件。
它能够承受由于温度变化、压力变化等因素引起的管道系统的热膨胀和冷缩，从而保护管道系统的安全运行。
波纹管膨胀节的选型设计与应用是非常重要的。
本文将从以下几个方面对其进行详细介绍。
选型设计：1.需要考虑的因素：选型设计时需要考虑的因素有很多，包括工作条件、介质性质、管道连接方式、尺寸等。
其中最重要的因素是波纹管膨胀节的工作条件，包括工作温度、工作压力以及膨胀补偿量等。
这些因素将直接影响到波纹管膨胀节的选型和设计。
2.选用合适的波纹管膨胀节：根据工程实际需要，可以选用不同形式和材质的波纹管膨胀节。
常见的波纹管膨胀节有不锈钢波纹管膨胀节、橡胶波纹管膨胀节、金属波纹管膨胀节等。
根据工程的实际要求选择合适的波纹管膨胀节。
3.确定波纹管膨胀节的尺寸：应用：1.波纹管膨胀节在化工行业中的应用：在化工行业中，常常需要输送各种介质，这些介质的温度、压力等参数都是不稳定的。
因此，在化工行业中，波纹管膨胀节是必不可少的组件。
它能够对管道系统的热膨胀和冷缩进行补偿，确保管道的正常运行。
2.波纹管膨胀节在锅炉行业中的应用：在锅炉行业中，波纹管膨胀节主要用于锅炉管道系统中。
由于锅炉在工作过程中，温度变化较大，而波纹管膨胀节能够有效地对锅炉管道系统的热膨胀和冷缩进行补偿，保证锅炉的正常运行。
3.波纹管膨胀节在暖通空调行业中的应用：在暖通空调行业中，波纹管膨胀节主要用于冷水管道系统中。
冷水管道系统在工作过程中会由于温度变化而发生热膨胀和冷缩，而波纹管膨胀节能够对其进行补偿，防止管道系统的破裂和泄漏。
4.波纹管膨胀节在工业管道中的应用：在工业管道中，由于管道系统可能存在的温度变化、压力变化等因素，波纹管膨胀节被广泛应用。
它能够对工业管道系统的热膨胀和冷缩进行补偿，保证管道系统的安全运行。
综上所述，波纹管膨胀节的选型设计与应用是非常重要的。
选型设计时需要考虑多方面的因素，以确保选择合适的波纹管膨胀节。
金属波纹管膨胀节的设计和运用分析摘要:改革开放至今，已经走过四十多个春秋，我们国家的发展可以用“日新月异”和“突飞猛进”八个字来形容，尤其是在新形势的大背景之下，越来越多的企业获得更好发展，越来越多的企业在不断更新当中，社会整体科技水平也得到大幅度提高，特别是机械工业生产领域。
具有现代化特点的热管网与热补偿设备重要组成部件金属波纹管膨胀节，其质量需要加强关注与重视，其在水利、化工、电力供热等多个方面都凭借自身强大的优势与特点（补偿外较大、而且密封性较好等），都已经得到广泛的应用。
因此，本篇文章主要对金属波纹管膨胀节的设计及运用进行认真的分析，以做参考。
关键词:金属波纹管膨胀节；设计；运用；在金属管道当中，金属波纹膨胀节是使用较为广泛的柔性补偿原件。
通过波纹管的变形能力能够进行吸收或者是转移位移，其最明显的优势与特点就是补偿外较大、而且密封性较好等，现如今在航天、电力以及石油化工等多个领域当中都已经得到广泛应用，并获得一致好评。
但是相关工作人员还需对其质量加强关注与重视，在产品生产过程当中，加大对质量控制的力度，最终将高质量的金属波纹管膨胀节生产、制造出来。
基于此，本文下面主要对金属波纹管膨胀节的设计以及运用展开深入探讨。
1、金属波纹管设计选型遵循的原则分析据了解，波纹管在应用过程当中，系统或者是子系统给定的条件就是波纹管设计和选型的重要依据，在正常的情况之下，给定设计条件主要包括多项内容，其一:最大空间尺寸；其二:工作载荷的实际性质与大小；其三:工作温度实际范围；其四:精度要求，其五:使用总体时间等等。
工作人员需要结合波纹管的实际使用用途、精度要求、工作温度等多种条件，并对材料形成以及焊接工艺进行深入考虑，最终选择出最合适、最恰当的材料。
材料在选择过程当中，还需对市场来源加深思考。
其一: 对波纹形状进行认真观察。
基于波纹管的实际用途、性能等等，选择出最合适、具有合理性的波纹形状。
在正常的情况之下，工作人员都会优先选择U型波纹[1]。
波纹管膨胀节的设计与应用首先是波纹管膨胀节的设计。
设计波纹管膨胀节时需要考虑以下几个方面：1.波纹管膨胀节的材料选择：常用的材料包括不锈钢、铜、铝合金等。
根据具体工作环境和性能需求来选择合适的材料。
2.波纹管的类型和形状：波纹管的类型包括波纹膨胀节、波纹垫片等。
波纹管的形状可根据具体需求来设计，常见的形状有U形、V形、S形等。
3.波纹管的尺寸和数量：根据管道系统的工作条件和承受的压力、温度变化等因素来确定波纹管的尺寸和数量。
4.波纹管的连接方式：波纹管可以通过焊接、螺纹联接、法兰联接等方式连接到管道系统中，根据具体要求来选择合适的连接方式。
其次是波纹管膨胀节的应用。
波纹管膨胀节广泛应用于以下领域：1.热力系统：在热力系统中，波纹管膨胀节用于补偿管道受热胀冷缩引起的位移和变形，保证系统的正常运行。
2.化工行业：在化工生产过程中，由于温度和压力的变化，管道系统需要有一定的伸缩能力，波纹管膨胀节可以起到补偿和保护作用。
3.海洋工程：在海洋工程中，波纹管膨胀节可以吸收船舶、海浪引起的振动和冲击，保护船舶和管道系统的安全。
4.食品和医药行业：在食品和医药行业中，由于卫生要求较高，波纹管膨胀节通常采用不锈钢材料，起到密封和保护作用。
5.石油和天然气行业：在石油和天然气行业中，波纹管膨胀节用于补偿管道受温度变化引起的热胀冷缩，保证系统的正常运行。
需要注意的是，波纹管膨胀节在应用时需要根据具体工作环境和使用要求来选择合适的类型和规格。
同时，在安装和维护过程中要注意保持波纹管的清洁和定期检查，确保其正常工作。
总结起来，波纹管膨胀节是一种重要的机械密封装置，具有补偿管道热胀冷缩、吸收振动和震动等功能。
在设计和应用时，需要考虑材料选择、形状设计、尺寸和数量、连接方式等因素，以满足具体的工作环境和使用要求。
它广泛应用于热力系统、化工行业、海洋工程、食品和医药行业、石油和天然气行业等领域。
轴向外压式波纹管膨胀节外压式金属膨胀节由承受外压的波纹管、外管和端环等构件组成，只用于吸收轴向位移而不能承受波纹管压力推力的膨胀节。
当所需要的轴向位移较大，采用内压轴向膨胀节因存在柱失稳问题而受限时，可考虑采用外压膨胀节，其特点是不存在柱失稳问题且轴向补偿量大。
膨胀节工作时，波纹管受拉，而不是受压。
我公司生产的轴向外压金属波纹管膨胀节采用美国EJMA标准优化设计。
被广泛应用到热力管网、冶炼、电厂、工业装备制造和工程管道管系的连接上，有效的保证了管道要求的大补偿量、高压、耐腐蚀及耐疲劳和耐磨损等性能特点。
设计压力：0.1～4.0（Mpa）设计温度：-20℃～450℃材质：SUS304, SUS321, SUS316L执行标准：GB/T12777-2008轴向外压式波纹管膨胀节的性能特点：轴向外压式波纹管膨胀节由内筒、波纹管、外筒及附属构件组成。
波纹管受外压作用，封闭和抗弯性好，可吸收大移位量。
可做成单式、复式、双向等形式。
轴向外压式波纹管膨胀节主要吸收轴向位移，具有补偿量大、保温性能好、残余介质可以排除等优点。
轴向外压式波纹管膨胀节安装使用注意事项：1、内衬筒方向应与介质流向一致（膨胀节上有流向标志）。
2、安装时注意放气口朝上，疏水口朝下。
3、现场安装完毕后，必须拆除小拉杆。
轴向外压式波纹管膨胀节承受的压力推力简图：管道中受有压力及推力管道中不再承受压力及推力此时的系统需要主固定支架轴向外压式波纹管膨胀节的压力及推力是由于压力施加在波纹管上所产生的力。
这个力是系统压力乘以波纹管有效区域得出的。
如果没有膨胀节，管道系统是会受到压力影响的，系统由于管道与张力是反方向的原因是不会移动的。
当一个不受约束的膨胀节应用到管道系统中之后，管道中的力就会被膨胀节所吸收而不会对管道系统本身造成影响。
这个压力及推力必须包含主固定支架或者受控制的膨胀节以承受压力推力的负荷。
这个主固定支架必须能够承受压力推力和少量由于波纹管偏移所引起的力。
波纹管膨胀节的设计与应用作者：钱逸膨胀节也称补偿器，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)。
膨胀节的补偿元件是波纹管。
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。
所以，保证其安全可靠地工作是十分重要的。
膨胀节除作为热位移补偿装置使用外，也常被用于隔振和降噪。
膨胀节波纹管的波形较多，常用的有U形、Ω形、S形等。
在这里，主要介绍U形波纹管膨胀节的设计与应用中的有关问题。
1、波纹管膨胀节的结构类型及其应用1.l U形波纹管膨胀节的结构类型U形波纹管膨胀节的结构类型较多，不同类型的膨胀节，适用的场合也各不相同。
主要的类型有单式轴向型、单式和复式铰链型、复式自由型、复式拉杆型、直管和弯管压力平衡型等。
各种类型的结构示意图见图l～图10。
(1) 单式轴向型膨胀节由一个波纹管及结构件组成，主要用于吸收轴向位移而不能承受波纹管压力推力的膨胀节（见图1）。
(2) 单式铰链型膨胀节由一个波纹管及销轴、铰链板和立板等结构件组成、承受波纹管压力推力的膨胀节（见图2）。
(3) 单式万向铰链型膨胀节由一个波纹管及销轴、铰链板、万向环和立板等结构组成、能在任意平面内角位移并能承受波纹管压力推力的膨胀节（见图3）。
(4) 复式自由型膨胀节由中间管所连接的两个波纹管(及控制杆或四连杆)等结构件组成、主要用于吸收轴向与横向组合位移而不能承受波纹管压力推力的膨胀节（见图4）。
(5) 复式拉杆型膨胀节由中间管所连接的两个波纹管及拉杆和端板等结构件组成、能吸收任一方向横向位移并能承受波纹管压力推力的膨胀节，（见图5）。
(6) 复式铰链型膨胀节由中间管所连接的两个波纹管及销轴、铰链板和立板等结构件组成、只能吸收单方向横向位移并能承受波纹管压力推力的膨胀节（见图6）。
(7) 复式万向铰链型膨胀节由中间管所连接的两个波纹管及十字销轴、铰链板和立板等结构件组成、能吸收一方向横向位移并能承受波纹管压力推力的膨胀节（见图7）。
(8)弯管压力平衡型膨胀节由一个或中间管所连接的两个工作波纹管和一个平衡波纹管及弯头或三通、封头、拉杆和端板等结构件组成、主要用于吸收轴向与横向组合位移并能承受波纹管压力推力的膨胀节（见图8）。
(9) 直管压力平衡型膨胀节由位于两端的两个工作波纹管和位于中间的一个平衡波纹管及拉杆和端板等结构件组成、主要用于吸收轴向位移并能承受波纹管压力推力的膨胀节(见图9)。
(10)外压单式轴向型膨胀节由承受外压的波纹管及外管和端环等结构件组成、只用于吸收位移而不能承受波纹管压力推力的膨胀节（见图10）。
为提高膨胀节的承载能力，可设计带加强环或稳定环的膨胀节，其结构示意如图11 所示。
1.2 膨胀节的应用示例不同型式的膨胀节有不同位移补偿功能，在管路设计中，可以根据管路的结构及压力与通径等参数综合考虑给予选型。
1.2.1 轴向位移的补偿图12是采用单式膨胀节吸收管线轴向膨胀的一个良好的典型实例。
图13是采用复式膨胀节吸收管线轴向膨胀的一个良好的典型实例。
图14是采用膨胀节吸收带支管的管线的轴向膨胀的一个良好的典型实例。
图15是采用膨胀节吸收具有异径管的管线的轴向膨胀的一个良好的典型实例。
图16表示一个包含“Ｚ”形管段的管线上使用膨胀节的方法。
图17是采用弯管压力平衡式膨胀节吸收管线轴向膨胀的一个良好的典型实例。
图18表示如何采用直管压力平衡式膨胀节吸收长的直管段上的轴向位移。
图19是采用弯管压力平衡式膨胀节吸收汽轮机、泵、压缩机等设备的热膨胀的一个良好的典型实例。
膨胀节的主要作用是减小作用到设备壳体上的载荷。
1.2.2 对横向位移、角位移及其组合位移的补偿在具有横向位移、角位移及其组合位移的场合，正确选择和使用膨胀节需要考虑到管道的构形、运行条件、预期的循环寿命、管道和设备的承载能力、可用于支承的结构物等多种因素。
在某些情况下，可能有几种膨胀节都适合同一项应用，这时可以单纯根据经济性来考虑选择哪一种。
然而，更为常见的是在各种可行的设计之中，应考虑到这一种或那一种具有独到之处，特别适合在某些特定的场合下使用。
(1) 单式膨胀节图20、图21是采用单式膨胀节吸收轴向与横向组合位移的典型实例。
图22，图23将图21中膨胀节两端的主固定支架改换为连杆。
(2) 万能式膨胀节万能式膨胀节特别适合吸收横向位移。
此外，这种设计形式也可用于吸收轴向位移、角位移以及任意由这三种形式合成的位移。
万能式膨胀节一般用法是将这种带连杆的膨胀节设置在呈90°的"z"型管道的中间管臂内，图24和图25是两个应用实例。
图26是在存在轴向与横向组合位移的场合使用弯管压力平衡式膨胀节的典型实例。
图27表示在管道转角不等丁90°时也可以使用弯管压力平衡式膨胀节。
图28给出一种常见的非常适于使用弯管压力平衡式膨胀节的场合。
图29给出了在横向位移较大的场合使用万能压力平衡式膨胀节的实例。
(3) 铰链式膨胀节铰链式膨胀节一般以两、三个作为一组使用，用于吸收单平面管系中一个或多个方向的横向位移。
在这种系统中每一个膨胀节被它的铰链所制约，产生纯角位移;然而，被管段分开的每对铰链式膨胀节互相配合，能够吸收横向位移。
给定单个膨胀节的角位移。
每对铰链式膨胀节所能吸收的横向位移与其铰链销轴之间的距离成正比，因此为了使膨胀节充分发挥效用，应尽量加大这一距离。
膨胀节的铰链通常用于承受作用于膨胀节上的全部压力推力;另外，也可以用于承受管道和设备的重量、风载或类似的外力。
图30说明如何用双铰链系统吸收单平面"z"形弯管的主要热膨胀。
如果单平面管系的柔性不足以吸收双铰系统的弯曲挠度，或者由弯曲而产生的载荷超过了连接设备的许用极限，则可采用具有三个铰链式膨胀节的系统。
图31即表示在单平面"Z"形弯管中的三铰系统。
竖直管段的热膨胀将由B和C两个膨胀节的动作来吸收。
于是，很明显，膨胀节B必须能吸收由A和C两个膨胀节一起形成的转动。
图32说明在弯管角度不等于90°时，使用铰链式膨胀节的工作原理。
在这里只需要使用中间固定支架平面导向支架。
图33说明连接设备亦产生平面位移时应用铰链式膨胀节的实例。
图34给出了设备与管道连接系统中应用铰链膨胀节的实例。
(4) 万向铰链式膨胀节正如铰链式膨胀节在平面管系中具有很大的优越性一样，万向铰链式膨胀节在空间管系中具有类似的优越性。
万向铰链式膨胀节具有吸收任意平面内的角位移的能力，常常利用这一点将它们组成一对，用来吸收横向位移。
图35给出了一个应用实例。
如果不可能或不打算利用管道的弯曲来吸收竖直管臂的伸长，则可采用如图36所示由两个万向铰链式膨胀节和一个铰链式膨胀节组成的系统。
2、U形波纹管膨胀节刚度和应力计算符号说明:Fex---- 作用在以Dm为直径的圆周上的轴向力，N;e x---- 单波轨向变形量，mm; h---- 波纹管的波高，mm;Dm---- 波纹管的平均直径，mm; q---- 波纹管的波距，mm;Dm=D b+h r---- 波纹管波纹的曲率半径，mm;D b---- 波纹管直边段内径，mm; a---- 波纹管波纹的直线段长度，mm;δ---- 波纹管的名义厚度，mm; δm---- 波纹管成形后的壁厚，mm;E---- 波纹管材料的弹性模量，Mpa; m----波纹管厚度为δ的层数;Cm---- 材料强度系数，热处理态波纹管取Cm=l.5；成形态波纹管取Cm=3.0; Cwb---- 波纹管纵向焊缝;Cf、Cp、Cd---- 形状尺寸系数，由图38、41、42求取。
f i---- 波纹管单波轴向刚度，N/mm;Kx---- 膨胀节整体轴向刚度，N/mm;Ky---- 膨胀节整钵横向(侧向)刚度，N/mm;Kθ---- 膨胀节整体弯曲(角向)刚度,K·m/°θ;Ku---- 计算系数Ku=(3L u2-3L b L u)/(3L u2-6L b L u+4L b2)L b---- 波纹管的波纹段长度，mm;L b=NqN---- 一个波纹管的波数;L u----复式膨胀节中，两波纹管最外端间的距离，mm;2.1 刚度计算2.1.1 波纹管单波轴向刚度计算波纹管的波高与直径之比较小，如将其展开，可简化为如图37(b)所示的两端受轴向线载荷的曲杆。
轴向的总力为Fex。
在弹性范围内，利用变形能法可以推导出轴向力与轴向变形之间的近似关系式(1)。
Fex=[(πD m Eδ3)/24C]-e x N (1)式中 C=0.046r3-0.142hr2+0.285h2+0.083h3 mm3 (2)则波纹管刚度f i′为f i′=Fex/ e x (3)考虑到力学模型的近似性以及波纹管制成后壁厚减薄等因素，对公式（1）进行修正并代入（3）式则得：f i′=(1.7D m Eδm3)/(h3C f) N/mm (4)式中：δm=δ√D b/D m (5)对于多层结构的波纹管，其刚度按（6）式计算：f i=(1.7D m Eδm3m)/(h3C f) N/mm (6)2.1.2 膨胀节整体弹性刚度计算（1）轴向刚度（a）单式膨胀节整体刚度K x=f i/N (7)（b）复式膨胀节整体刚度K x=f i/2N (8)（2）侧向刚度（a）单式膨胀节整体刚度K y=(1.5D m2f i)/[L b N(L b±X)2] (9)（b）复式膨胀节整体刚度K y=(K u D m2f i)/[4NL u(L u-L b±X/2)] (10)侧向刚度计算中，轴向位移X拉伸时取“+”，压缩时取“-”。
（3）整体弯曲刚度Kθ=（πD m2f i）/（1.44×106N） (11)2.2 未加强U形波纹管的应力计算(1)内压引起的周向薄膜应力σ2由图39可知，当受内压P作用时，在一个U形波的纵截面上的内力与作用在半个环壳上的外力平衡。
4(πr+α)δmσ2=qD m Pσ2=(qD m P)/[4(πr+α)δm] MPa (12)几何尺寸r、α有如下关系：r=q/4α=h-q/2 (13)将（13）式代入（12）式，得周向薄膜应力为：σ2=(D m P)/[2mδm(0.571+2h/q)] MPa (14)（2）内压引起的径向薄膜应力σ3当波纹管受内压P作用时，在以D与D b为直径的两个环形截面上的内力与轴向外力平衡，则：π(D+D b)δmσ3=(π/4)(D2-D b2)P (15)因D=D b+2h,代入上式，经整理后得：σ3=Ph/2δm m MPa (16)（3）内压引起的径向弯曲应力σ4在经线为半个U形环壳上切出单位宽度的窄条（见图40），设两端固定，并受均布压力P作用，可得最大弯距为：M=P.h2/12 (17)断面系数为：W=πD mδm2/6 (18)则径向弯曲应力为：σ4=M/w=P.h2/2δm2MPa (19)考虑形状尺寸的影响，引进修正系数(EJMA法)得：σ4=（P.h2Cp）/2cm (20)图39 U形膨胀节的几何参数。
