EJMA标准膨胀节设计计算

关于Ω型膨胀节设计与计算理论说明及软件说明按GB 16749 《压力容器波形膨胀节》的规定，波形膨胀节的设计计算应包括————应力计算及其校核；————轴向刚度和轴向位移计算；————平面失稳压力计算；————疲劳寿命校核；————外压校核；第一部分Ω型膨胀节的设计与计算理论设计参数（运行工艺参数）：——设计压力P，MPa；——设计温度T，℃；；——失效循环次数Nc——所需要的补偿量，mm；，mm；——筒体内径DbΩ型膨胀节的各参数及含义如下：1、D b——Ω型膨胀节的直边段内直径(等于筒体内径),mm ；2、R——Ω型膨胀节的内半径, mm；（R应小于10%D b）3、t——每层膨胀节名义厚度, mm；4、n——Ω型膨胀节的层数；5、D m——Ω型膨胀节波纹管的平均直径, mm ；（由结构图经计算可的）6、L k——Ω型膨胀节的开口量, mm；（膨胀节的开口量应小于R/2）7、L bt——波距（膨胀节相邻两个波中心的距离），mm；（波距一般取2.8R）8、L b——Ω型膨胀节直边段到第一个波中心的距离，mm；9、C wb——波纹管材料的纵向焊缝系数，可以取0.9或1；10、C wc——增强套箍材料的纵向焊缝系数，可以取0.9或1；11、L w——Ω型膨胀节两端连接焊缝的间距，一般Lw=2L b+(n-1)L bt；12、E b——波纹管材料在设计温度下的弹性模量，MPa；13、E b20——波纹管材料在室温下的弹性模量，MPa；14、E c —— 增强套箍材料在设计温度下的弹性模量，MPa ； 15、E c 20—— 增强套箍材料在室温下的弹性模量，MPa ； 16、D c —— 波纹管直边段增强套箍的平均直径，mm ； 17、r d —— 膨胀节倒角小波的内半径，mm ； 18、Lb c —— 相邻两个外侧加强环中心线的距离；19、L bc —— 外侧加强环中心线与相邻的膨胀节波中心的距离，mm ；20、A t —— 波纹管所有增强套箍横截面的金属面积；（注：该截面与管道轴线平行）22、t c —— 直边段增强套箍的厚度，mm ；23、S ab —— 波纹管在设计温度下的许用应力，MPa ； 24、S ac —— 增强套箍在设计温度下的许用应力，MPa ； 25、t p —— 考虑到成型减薄后膨胀节单层的实际厚度，mbp D D t t =，mm ； 26、e —— 一个波的轴向位移，mm ；27、B 1，B 2，B 3—— 随形状变化因子（查形状因子系数曲线可获得）；28、μ—— 膨胀节形状变化因子，p m t D R *2*6.61=μ；29、r —— 波纹管波纹的平均直径，2ntR r +=，mm ；30、δC —— 基于初始角位移得柱状失稳压力削弱系数，32-1.348+-=γγγδ529.0822.11C ，31、γ —— 初始角位移和最终角位移之比，bm m L D D 3.0+=θθγ；32、θ —— 从平直位置起的最大的角位移（弧度）；33、20b σ—— 膨胀节材料在室温下的强度限（抗拉极限）；34、t b σ—— 膨胀节材料在设计温度下的强度限（抗拉极限）；35、N —— 总波数；Ω型膨胀节的计算公式：按美国膨胀节制造协会标准（EJMA ）C-4.2.3 Ω型波纹管的设计公式如下：（1）、内压在波纹管直边段中所产生的环向（周向）薄膜应力： ))((2)(21t c c b b w bw b A E D E nt D ntL E L nt D P S +++=（C-39a ）其中S 1≤ C wb S ab ；（2）、内压在套箍中所产生的环向（周向）薄膜应力：))((2'21t c c b b w cw c A E D E nt D ntL E L PD S ++=（C-39b ） 其中S 1’≤ C wc S ac ； （3）、内压在波纹管中产生的环向（周向）薄膜应力： pnt S 2Pr2=（C-40）其中S 2≤ C wb S ab ；（4）、内压在波纹管中所产生的经向（子午向）薄膜应力： )2(2Pr '2rD rD nt S m m p --=（C-41） 其中S 2≤ S ab ；注：公式（C-41）为EJMA 上的计算公式，国内一般的经验公式为下式（GB/T12777-99）：)2(Pr '2rD r D nt S m m p --=（5）、位移在波纹管中所产生的经向（子午向）薄膜应力：13253.34B re t E S p b =（C-42）（6）、位移在波纹管中所产生的经向（子午向）弯曲应力：22672.5B r e t E S p b =（C-43）（7）、疲劳寿命：at c bS c N )(-= （C-44）——式中 a 、b 和c 为材料加工常数，)()(7.06543S S S S S t +++=；注：疲劳寿命的计算公式中a 、b 和c 材料加工常数的确定比较麻烦，工程上比较常用的是下面简化的公式（目前容标委也用此公式来计算Ω型膨胀节的疲劳寿命），这与GB/T12777有点差别：失效循环次数 25.3)2888.15847(-=R f c T N σ疲劳寿命温度修正系数 —— 2020b tbb f T σσσ+=组合应力 —— 65'23S S S R ++=σ需用循环次数 ——ccn N N =][，n c 为设计安全系数（EJMA 取15，而在 GB/T12777中取10）。

膨胀节的分类：一、按材质分为：金属膨胀接、非金属膨胀节。

■非金属膨胀节A、非金属柔性补偿器（膨胀节）可补偿轴向、横向、角向，具有无推力、简化支座设计、耐腐蚀、耐高温、消声减振等特点，特别适用于热风管道及烟尘管道。

B、非金属柔性补偿器（膨胀节）的特点：1、补偿热膨胀：可以补偿多方向，大大优于只能单式补偿的金属补偿器。

2、补偿安装误差：由于管道连接过程中，系统误差再所难免，纤维补偿器较好的补偿了安装误差。

3、消声减振：纤维织物、保温棉体本身具有吸声、隔震动传递的功能，能有效的减少锅炉、风机等系统的噪声和震动。

4、无反推力：由于主体材料为纤维织物，无力的传递。

用纤维补偿器可简化设计，避免使用大的支座，节省大量的材料和劳动力。

5、耐腐蚀性：选用的氟塑料、有机硅材料具有较好的耐温和耐腐蚀性能。

不耐高温，比金属差。

6、体轻、结构简单、安装维修方便。

8、价格低于金属补偿器。

■金属波纹补偿器（膨胀节）的特点及应用：A、金属波纹补偿器是用于吸收管线、导管或容器、设备由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化的装置，它的金属波纹管是主要的补偿元件，广泛用于石油化工、电力供热、锅炉烟风道、钢铁冶金、水泥、船舶、机械等管线及设备的软连接，波纹管（补偿元件）材质：不锈钢、碳钢、不锈钢内衬聚四氟乙烯等。

B、耐高温、耐压一、按材质分为：金属膨胀接、非金属膨胀节。

■非金属膨胀节A、非金属柔性补偿器（膨胀节）可补偿轴向、横向、角向，具有无推力、简化支座设计、耐腐蚀、耐高温、消声减振等特点，特别适用于热风管道及烟尘管道。

B、非金属柔性补偿器（膨胀节）的特点：1、补偿热膨胀：可以补偿多方向，大大优于只能单式补偿的金属补偿器。

2、补偿安装误差：由于管道连接过程中，系统误差再所难免，纤维补偿器较好的补偿了安装误差。

3、消声减振：纤维织物、保温棉体本身具有吸声、隔震动传递的功能，能有效的减少锅炉、风机等系统的噪声和震动。

4、无反推力：由于主体材料为纤维织物，无力的传递。

膨胀节的分类：一、按材质分为：金属膨胀接、非金属膨胀节。

■ 非金属膨胀节A、非金属柔性补偿器（膨胀节）可补偿轴向、横向、角向，具有无推力、简化支座设计、耐腐蚀、耐高温、消声减振等特点，特别适用于热风管道及烟尘管道。

B、非金属柔性补偿器（膨胀节）的特点：1、补偿热膨胀：可以补偿多方向，大大优于只能单式补偿的金属补偿器。

2 、补偿安装误差：由于管道连接过程中，系统误差再所难免，纤维补偿器较好的补偿了安装误差。

3、消声减振：纤维织物、保温棉体本身具有吸声、隔震动传递的功能，能有效的减少锅炉、风机等系统的噪声和震动。

4、无反推力：由于主体材料为纤维织物，无力的传递。

用纤维补偿器可简化设计，避免使用大的支座，节省大量的材料和劳动力。

5、耐腐蚀性：选用的氟塑料、有机硅材料具有较好的耐温和耐腐蚀性能。

不耐高温，比金属差。

6 、体轻、结构简单、安装维修方便。

8、价格低于金属补偿器。

■ 金属波纹补偿器（膨胀节）的特点及应用：A、金属波纹补偿器是用于吸收管线、导管或容器、设备由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化的装置，它的金属波纹管是主要的补偿元件，广泛用于石油化工、电力供热、锅炉烟风道、钢铁冶金、水泥、船舶、机械等管线及设备的软连接，波纹管（补偿元件）材质：不锈钢、碳钢、不锈钢内衬聚四氟乙烯等。

B、耐高温、耐压一、按材质分为：金属膨胀接、非金属膨胀节。

■ 非金属膨胀节A、非金属柔性补偿器（膨胀节）可补偿轴向、横向、角向，具有无推力、简化支座设计、耐腐蚀、耐高温、消声减振等特点，特别适用于热风管道及烟尘管道。

B、非金属柔性补偿器（膨胀节）的特点：1、补偿热膨胀：可以补偿多方向，大大优于只能单式补偿的金属补偿器。

2 、补偿安装误差：由于管道连接过程中，系统误差再所难免，纤维补偿器较好的补偿了安装误差。

3、消声减振：纤维织物、保温棉体本身具有吸声、隔震动传递的功能，能有效的减少锅炉、风机等系统的噪声和震动。

4、无反推力：由于主体材料为纤维织物，无力的传递。

橡胶膨胀节伸长量计算橡胶膨胀节是一种常见的管道连接元件，它具有一定的伸长量。

本文将从橡胶膨胀节的定义、伸长量的计算方法以及应用领域等方面进行介绍。

一、橡胶膨胀节的定义橡胶膨胀节是一种用来吸收管道系统因温度变化、振动或其他因素引起的热胀冷缩、位移和振动的变形元件。

它由橡胶和金属组成，外形呈波纹状或球形，具有一定的伸缩性能。

橡胶膨胀节能够在一定范围内吸收管道系统的变形，保护管道系统的正常运行。

二、伸长量的计算方法橡胶膨胀节的伸长量是指在一定的工作条件下，橡胶膨胀节能够承受的最大伸长量。

伸长量的计算方法主要受到以下几个因素的影响：1. 材料特性：橡胶膨胀节的伸长量与其材料的特性有关。

一般来说，橡胶的伸长性能较好，能够承受较大的伸长量。

2. 设计参数：橡胶膨胀节的伸长量还与其设计参数有关。

设计参数包括橡胶膨胀节的长度、波纹的高度、波纹的数量等。

一般来说，橡胶膨胀节的长度越长，波纹的高度越大，伸长量也会相应增加。

3. 工作条件：橡胶膨胀节的伸长量还与其工作条件有关。

工作条件包括橡胶膨胀节所处的温度、压力等。

一般来说，温度越高，压力越大，橡胶膨胀节的伸长量也会相应增加。

伸长量的计算方法一般通过实验确定。

在实验中，通过给橡胶膨胀节施加一定的拉力，测量其伸长量，然后可以得到伸长量与拉力之间的关系曲线。

根据该关系曲线，可以计算出橡胶膨胀节在不同工作条件下的伸长量。

三、橡胶膨胀节的应用领域橡胶膨胀节广泛应用于各种管道系统中，特别是在液体输送和热力系统中。

其主要应用领域包括以下几个方面：1. 石油化工行业：橡胶膨胀节常用于石油化工行业的管道系统中，用于吸收管道系统因温度变化、振动等引起的热胀冷缩和位移。

2. 钢铁行业：钢铁行业中的高炉、炼钢等设备需要使用大量的管道系统，橡胶膨胀节可以有效地减少管道系统的振动和位移，保护管道系统的正常运行。

3. 电力行业：电力行业中的发电设备、输电线路等都需要使用大量的管道系统，橡胶膨胀节可以有效地吸收因温度变化和振动引起的管道变形，保证电力系统的安全稳定运行。

1. 形膨胀节直边段外直径——膨胀节层数——膨胀节一层的名义厚度——加强环的厚度——形圆环的内半径——形圆环中心线直径——考虑到成型减薄后膨胀节单层的实际厚度——形圆环的平均半径——总波数——加强环的平均直径——直边段平均直径——设计内压——膨胀节材料在设计温度下的弹性模量——膨胀节材料在室温下的弹性模量——加强环材料在设计温度下的弹性模量——膨胀节纵向焊接接头系数——加强环纵向焊接接头系数——设计温度下的膨胀节材料许用应力——设计温度下的加强环材料许用应力——膨胀节材料室温下强度限——膨胀节材料设计温度下强度限——设计循环次数一个波的轴向位移——膨胀节的形状因子——随形状因子变化的系数——随形状因子变化的系数——随形状因子变化的系数——膨胀节设计计算2.设计参数输入3.系数计算ΩΩΩΩΩNPtbE 20b E ︒tc E 1B 2B 3B e tb σ⎡⎤⎣⎦tc σ⎡⎤⎣⎦p t t =0.5i pr r nt =+c c d d t =+b d d nt=-26.61p p r d t μ=20b σtbσd nt ct i r p d b ϕcϕ设计安全系数——疲劳寿命温度修正系数——4.1内压引起直边段中周内压引起加强环中周4.2内压在膨胀节中产生内压在膨胀节中产生4.3位移引起的膨胀节中位移引起的膨胀节中组合应力——4.4失效循环次数——许用循环次数4.5一个波的理论轴向弹4.6基于柱状失稳的限制柱状失稳压力校合（两端固定）内压引起的直边段和加强环中的周向薄膜应力内压在膨胀节中所产生的周向和经向薄膜应力位移在膨胀节中产生的经向薄膜应力和弯曲应力疲劳寿命校合4.应力和疲劳寿命校合膨胀节刚度计算3B cn 2020tb bf b T σσσ+=()2'12tc c tt b b c c c Pd E ntd E d E t σ=+22ppr nt σ=()()32p p p pr d r nt d r σ-=-20251310.92b p E t e B r σπ=206221.82b p E t e B r σπ=3563R σσσσ=++ 3.2515847.8288C f R N T σ⎛⎫= ⎪ ⎪-⎝⎭[]Cc N N n =33310.92t p b p i d E t nf B r=20.15i s f P N rπ=()212tb b t t b bc c cPd E ntd E d E t σ=+。

非金属膨胀节计算摘要：1.非金属膨胀节的定义和作用2.非金属膨胀节的计算方法3.计算示例正文：非金属膨胀节，顾名思义，是一种由非金属材料制成的膨胀节。

它主要用于吸收管道、容器和设备在温度变化时产生的热膨胀，以保护管道、容器和设备不受损害。

非金属膨胀节广泛应用于石油、化工、冶金、船舶等行业。

非金属膨胀节的计算方法主要包括以下几个步骤：步骤1：确定膨胀节的类型和尺寸根据工程设计要求，选择合适的非金属膨胀节类型（如：自然补偿、人工补偿、导向补偿等），并确定其尺寸。

步骤2：计算热膨胀量根据管道、容器或设备的热膨胀系数，计算其在温度变化时的热膨胀量。

一般采用线性膨胀系数或体积膨胀系数进行计算。

步骤3：计算膨胀节的补偿量根据膨胀节的安装位置和热膨胀量，计算出膨胀节所需的补偿量。

步骤4：计算非金属膨胀节的尺寸根据膨胀节的补偿量和安装要求，选择合适的非金属膨胀节材料，并计算出膨胀节的尺寸。

下面，我们通过一个简单的示例来了解一下非金属膨胀节的计算过程：假设有一个管道，公称直径为100mm，壁厚为10mm，工作温度范围为-40℃至120℃。

现在需要安装一个自然补偿的非金属膨胀节，求膨胀节的尺寸。

1.计算管道在温度变化时的热膨胀量根据热膨胀系数表，我们可以得到：-40℃时，管道的线性膨胀系数为1.2×10^-5/℃；120℃时，管道的线性膨胀系数为1.6×10^-5/℃。

假设管道长度为100m，那么管道在-40℃至120℃温度变化时的热膨胀量为：ΔL = L × (α1ΔT + α2ΔT) = 100m × (1.2×10^-5/℃ × (120℃ - (-40℃)) + 1.6×10^-5/℃ × (120℃ - (-40℃))) = 2.4m.2.计算膨胀节的补偿量根据自然补偿的定义，膨胀节的补偿量应等于管道热膨胀量的一半，即：ΔL0 = ΔL/2 = 2.4m/2 = 1.2m.3.计算膨胀节的尺寸根据膨胀节的补偿量和安装要求，选择合适的非金属膨胀节材料（如：橡胶、硅胶等），并计算出膨胀节的尺寸。

单个膨胀节波距计算公式膨胀节波距是指在管道系统中，由于温度变化引起的管道长度的变化，通常用于补偿管道在温度变化时的伸缩变形。

膨胀节波距的计算对于管道系统的设计和安装非常重要，它直接影响着管道系统的正常运行和安全性。

在实际工程中，我们需要根据具体的管道系统参数和工况条件来计算膨胀节波距，以保证管道系统的正常运行。

膨胀节波距的计算公式是基于管道的材料特性、温度变化和管道长度等参数来确定的。

一般情况下，膨胀节波距的计算可以使用以下的公式：ΔL = α L ΔT。

其中，ΔL表示膨胀节波距，单位为毫米；α表示管道材料的线膨胀系数，单位为1/℃；L表示管道的原始长度，单位为米；ΔT表示温度变化，单位为℃。

从这个公式可以看出，膨胀节波距与管道的线膨胀系数、管道的原始长度以及温度变化有关。

在实际工程中，我们需要根据具体的管道材料和工况条件来确定α的数值，然后根据温度变化和管道长度来计算膨胀节波距。

在实际的工程应用中，我们通常会根据管道系统的具体情况来确定膨胀节波距的计算公式。

在确定计算公式之后，我们需要根据具体的工程参数和工况条件来进行计算。

首先，我们需要确定管道的材料和温度变化范围，然后根据管道的线膨胀系数和原始长度来计算膨胀节波距。

在实际的工程设计中，膨胀节波距的计算是非常重要的。

如果膨胀节波距计算不准确，就会导致管道系统的伸缩变形无法得到有效的补偿，从而影响管道系统的正常运行和安全性。

因此，我们在进行膨胀节波距计算时，需要严格按照实际的工程参数和工况条件来进行计算，以保证管道系统的正常运行和安全性。

除了膨胀节波距的计算公式外，我们在实际的工程设计中还需要考虑到膨胀节的选型和安装。

在选型和安装膨胀节时，我们需要根据管道系统的具体情况来确定膨胀节的类型和数量，并且需要合理地安装膨胀节，以保证管道系统的正常运行和安全性。

综上所述，膨胀节波距的计算公式是管道系统设计和安装中非常重要的一部分。

在实际的工程设计中，我们需要根据具体的管道系统参数和工况条件来确定膨胀节波距的计算公式，并且需要严格按照实际的工程参数和工况条件来进行计算，以保证管道系统的正常运行和安全性。

设置膨胀节管系支架的设计及受力计算波形膨胀节具有优良的柔性，用于吸收管道热膨胀产生的位移和吸收机器产生的振动时，具有优良的性能。

但是正因为具有优良的柔性，如果安装不当，不仅不能发挥其优良的性能，而且容易发生破坏，所以对设置膨胀节的管路，正确地进行支架设计和受力计算是很重要的。

符号说明：X--X向位移，mm;φ--角位移，度;Y--Y向位移，mm;Y′--侧向位移，mm;Y′=Y2+Z2Z--Z向位移，mm;△x--轴向位移，mm;△y--侧向位移产生的当量轴向位移，mm;△φ--角位移严生的当量轴向位移，△--总位移，mm;△=△x+△y+△φ△额定--膨胀节的设计额定总位移，mm;△L--管道或设备受热的伸长量，mm;△L=α•△t•LGα--材料的线膨胀系数，mm/mm℃;△t--操作温度芍安装温度之差，℃;E--管子材料的弹性模量，Mpa;I--管子惯性矩，mm4;A--波纹管的平均截面积，mm2;P--设计压力，Mpa;KL--确定侧向位移产生的当量轴向位移的系数:KL=[3L(L+Lb)]/(3L2+Lb2)Lb--一个膨胀节的有效长度，mm;L--复式膨胀节两组波纹管中心之间的距离，mm;Dm--波纹管平均直径，mm;F--固定管架所受的合力，N;dt--管道外径，mm；G--管道(包括介质保温材料)的重量，N;Kx--膨胀节轴向工作刚度，N/mm;Fp--内压产生的推力，N;LG--两个固定管架之间的长度，mm;F△--位移产生的反力，N;Fτ--侧向位移产生的反力，N;Ff--摩擦力，N;Fρ--流动产生的离心力，N;F△x--轴向位移产生的反力，N;θ--弯曲角度，度;ρ--摩擦系数:Ai--管内截面积，mm2;Ai=πdi2/4di--配管内径，mm;Fx--X方向所受的力，N;Mx--坐标系中YOZ平面所受的力矩，N-mm;Fy--Y方向所受的力，N;My--坐标系中XOZ平面所受的力矩，N-mm;Fz--Z方向所受的力，N；Mz--坐标系中XOY平面所受的力矩，N-mm:Lx、Ly、Lz--为力作用点的坐标。

Fatigue LifeLimiting internal deign pressure based on column instability for singlebellows(both ends rigidly supported)Limiting design pressure based on inplane instability and local plasticityat temperatures below the creep range113624Meridional membrane tressMeridional bengding sress4.13 Design Equations4.13.1 Design equations for unreinforced bellowsBellows tangent circumferential membrane stress due to pressureCollar circumferential membrane stress due to pressureBellows circumferential membrane stress due to pressureBellows meridional membrane stress due to pressureBellows meridional bending sress due to pressureNote:The above stresses should be evaluated for pressure capacity as follows:Bellows Meridional membrane stress due to deflectionBellows Meridional Bending stress due to deflection6.2.1 内压引起的波纹管直边段的周向薄膜应力6.2.2 内压引起的直边段加强圈周向薄膜应力6.2.3 内压引起的波纹管周向薄膜应力6.2.4内压引起的波纹管径向薄膜应力6.2.5 内压引起的波纹管径向弯曲应力6.2.6 轴向位移引起的波纹管径向薄膜应力6.2.7 轴向位移引起的波纹管径向弯曲应力6.2.8 组合应力应力校核6.4 疲劳寿命校核6.4.16.6 膨胀节轴向刚度6.6.1 膨胀节一个波的轴向弹性刚度。