膨胀节

膨胀节

膨胀节(Expansion Joint),也常被称为 “补偿器”,是工业管道、容器或设备系统中用于吸收因温度变化、压力波动或安装偏差导致的管道变形(如伸长、缩短、弯曲) 的关键柔性部件。它通过自身的弹性变形(如伸缩、偏转),抵消管道热胀冷缩产生的应力,避免管道因过度应力开裂、泄漏或损坏设备,是保障管道系统安全稳定运行的核心组件之一。

一、膨胀节的核心作用与工作原理

1. 核心作用(解决管道系统的 3 大关键问题)

管道系统在运行中常面临以下问题,膨胀节通过针对性设计实现 “柔性补偿”:

2. 工作原理

膨胀节的核心是 “柔性结构设计”,通过以下方式实现变形补偿:
  1. 结构变形:膨胀节的主体(如波纹管、波形膜片)采用薄壁金属(如不锈钢)或非金属材料(如橡胶)制成,具有良好的弹性,可在一定范围内伸缩、弯曲或偏转;
  2. 应力转移:当管道因温度 / 压力变化产生变形时,膨胀节的柔性结构会优先发生弹性变形,将管道的 “刚性应力” 转化为自身的 “弹性变形能”,从而保护管道和设备接口不受力;
  3. 密封保障:膨胀节的两端与管道采用焊接、法兰等方式连接,内部通过密封结构(如金属密封环、橡胶密封圈)确保介质不泄漏,即使在变形状态下仍能保持密封性能。

二、膨胀节的主要分类(按材质与结构)

膨胀节的类型多样,需根据管道介质、温度、压力、变形量等工况选择,核心分类如下:

1. 按材质分类(决定适用工况范围)

类型核心材质特点与适用场景
金属膨胀节不锈钢(304、316、321)、合金钢(Inconel、Hastelloy)耐高温(-270℃~1200℃)、耐高压(0.1MPa~40MPa)、耐腐蚀性强,适用于工业高温高压管道(如蒸汽管道、化工反应釜出口管道、核电冷却管道);
非金属膨胀节橡胶(丁腈橡胶、氟橡胶)、纤维织物(玻璃纤维、聚四氟乙烯纤维)、塑料(PP、PVC)重量轻、柔性好、降噪效果优、成本低,但耐温(-50℃~200℃)、耐压(≤2.5MPa)有限,适用于低压常温管道(如民用给排水管道、空调通风管道、化工低压废液管道);

2. 按结构分类(决定补偿方向与变形量)

这是最常用的分类方式,不同结构的膨胀节补偿能力差异显著:

三、膨胀节的关键技术参数(选型核心)

选择膨胀节时需精准匹配管道工况,核心参数如下:
  1. 公称通径(DN):膨胀节的内径需与管道公称通径一致(如 DN100 管道对应 DN100 膨胀节),确保介质顺畅流通,常见范围 DN15-DN4000;
  2. 压力等级(PN/Class):膨胀节的额定工作压力需≥管道设计压力,金属膨胀节常用 PN0.6-PN40MPa,非金属膨胀节常用 PN0.1-PN2.5MPa;
  3. 温度范围:根据介质温度选择适配材质的膨胀节(如 - 196℃液氮管道选 304 不锈钢膨胀节,1000℃高温烟气管道选 Inconel 合金膨胀节);
  4. 补偿量:需计算管道的最大变形量(热胀冷缩量、安装偏差量),确保膨胀节的 “额定补偿量”≥管道实际变形量(如管道热伸长量 20mm,需选额定轴向补偿量≥20mm 的膨胀节);
  5. 介质特性:根据介质腐蚀性选择材质(如酸性介质选 316L 不锈钢,强腐蚀介质选 Hastelloy 合金,油污介质选丁腈橡胶非金属膨胀节);
  6. 连接方式:与管道的连接方式需匹配,常见有焊接(金属膨胀节常用)、法兰连接(非金属膨胀节常用)、螺纹连接(小口径低压场景)。

四、膨胀节的应用领域

膨胀节广泛应用于几乎所有需要输送流体(液体、气体、蒸汽)的行业,典型场景包括:

五、膨胀节的安装与使用注意事项

膨胀节的安装和维护直接影响其使用寿命和管道安全,需重点关注以下事项:
  1. 安装前检查
    • 确认膨胀节的型号、参数(DN、PN、补偿量)与设计要求一致,检查波纹管有无变形、裂纹,密封面有无损伤;
    • 非金属膨胀节需检查橡胶 / 织物是否老化、破损,法兰密封垫片是否完好。
  2. 安装要求
    • 轴向型膨胀节:安装时需保证膨胀节能沿轴线自由伸缩,避免被管道支架 “卡死”(需在膨胀节两侧设置 “导向支架”,限制横向位移,允许轴向伸缩);
    • 横向 / 角向型膨胀节:需预留足够的横向 / 角度变形空间,避免管道对膨胀节产生额外的 “附加力”(如强行拉拽、挤压);
    • 焊接连接:金属膨胀节焊接时需避免焊渣飞溅到波纹管表面(防止波纹管腐蚀或强度降低),焊接后需清理焊渣并做防腐处理;
    • 法兰连接:非金属膨胀节法兰连接时需对角均匀拧紧螺栓,避免法兰变形导致泄漏(不可过度拧紧,防止橡胶密封面损坏)。
  3. 使用与维护
    • 定期检查:每月检查膨胀节的波纹管 / 橡胶件有无变形、裂纹、泄漏,金属膨胀节需检查焊缝有无锈蚀,非金属膨胀节需检查织物有无磨损;
    • 腐蚀防护:露天或潮湿环境的金属膨胀节需定期涂刷防腐漆,腐蚀性介质管道的膨胀节需每季度检测腐蚀情况(如壁厚测量);
    • 避免超工况使用:严禁将膨胀节用于超过其额定压力、温度或补偿量的工况(如 PN10 的膨胀节不可用于 PN16 的管道),否则可能导致膨胀节破裂;
    • 更换周期:金属膨胀节的使用寿命通常为 5-10 年,非金属膨胀节(橡胶 / 织物)使用寿命通常为 2-3 年,到期需及时更换,避免老化失效。

六、膨胀节与 “伸缩器” 的区别(避免混淆)

日常场景中,“膨胀节” 常与 “伸缩器”(如套筒式伸缩器)混淆,二者虽都用于补偿变形,但核心差异显著:
对比维度膨胀节(补偿器)伸缩器(如套筒式)
核心结构波纹管 / 非金属柔性材料(柔性补偿)套筒 + 密封填料(刚性滑动补偿)
补偿方向可轴向、横向、角向(多向补偿)仅轴向(单向伸缩补偿)
密封性能金属密封 / 橡胶密封,泄漏风险低填料密封,长期使用易因填料磨损泄漏
适用工况高温、高压、腐蚀、振动场景低压、常温、无振动的简单场景
维护需求维护少(金属膨胀节)/ 定期换橡胶件需定期更换密封填料(防止泄漏)
成本较高(金属膨胀节)/ 中等(非金属)较低
简言之,复杂工况(高温、高压、多向变形)选膨胀节,简单低压常温工况选伸缩器


用法

管道补偿器

什么是伸缩缝

膨胀节是包含波纹管膜的装置,旨在吸收尺寸变化,例如由于管道、管道或容器的热膨胀或收缩而发生的尺寸变化。

膨胀节是包含波纹管膜的装置,旨在吸收尺寸变化,例如由于管道、管道或容器的热膨胀或收缩而发生的尺寸变化。解决热膨胀问题的需求并不是任何行业所独有的,因此膨胀节被广泛用于各种市场领域,特别是需要控制管道因温度变化而移动的地方。在管道自然弯曲可行或可以安装管道回路的情况下,可以解决热膨胀问题,但是由于经济原因或现代结构的设计无法承受弯曲管道的载荷,这并不总是可能的。在这些情况下,设计工程师必须寻求伸缩缝解决方案。

伸缩缝有两种形式:约束式或无约束式,尽管两种样式中包含的波纹管膜看起来相似,但认识到它们用于完全不同的应用非常重要。

无约束的膨胀节通过压缩和/或沿其轴线延伸来适应管道运动,因此它们也称为轴向膨胀节。轴向膨胀节非常紧凑、适应性强且相对便宜。一般来说,轴向膨胀节设计用于适应 25 毫米至 75 毫米之间的运动,但可以制造特殊的定制膨胀节以适应特定的现场条件。它们必须适当地锚固和引导,以防止施加在管道系统上的力造成损坏。具有无约束膨胀节的装置称为非压力平衡解决方案

约束伸缩缝装有拉杆和/或铰链,因此可以防止接头轴向移动。有几种伸缩缝型号属于约束伸缩缝组,称为横向、全铰接、铰链或万向节。安装这些类型的伸缩缝的好处是锚固力通常低于安装无约束波纹管,因此在选择合适的锚栓和导轨时可以节省成本。约束膨胀节用于更复杂的管道布置,特别是在必须将力保持在最低限度并且需要承受较大运动的设备上。尽管重新训练的伸缩缝比无约束装置更昂贵,但由于锚固和导向成本的降低,可以显着节省总安装成本。带有约束膨胀节的装置称为压力平衡解决方案

金属膨胀节和橡胶膨胀节的区别

金属膨胀节可防止热膨胀、振动和其他运动(例如建筑物沉降)造成的损坏。金属膨胀节通常由不锈钢制成,或者对于更苛刻的环境或极端条件,可以用铬镍铁合金、铬镍铁合金、哈斯特合金和蒙乃尔合金等材料生产。

膨胀节也可以由多种合成橡胶材料制成,例如三元乙丙橡胶 (EPDM)、丁腈橡胶、Hypalon 和氟橡胶材料。橡胶膨胀节主要用于泵、冷水机和其他往复式机械,以降低噪音和振动。虽然橡胶波纹管能够补偿少量的轴向、横向和角度管道工作运动,但舜宇钢铁始终建议使用专门设计的金属膨胀节来适应解决热膨胀问题时的管道运动。


伸缩缝和运动节一样吗?

膨胀节 - 有时称为膨胀波纹管、柔性接头、补偿器或运动接头。同一设备的各种术语可能会产生误导。然而,伸缩缝旨在安全地吸收尺寸运动变化,因此给这个关键单元的不同名称都与它适应各种运动的能力有关,例如由于温差引起的膨胀和收缩、往复机械引起的振动、安装错位或建筑物沉降。


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什么是管道补偿器?

image.png管道补偿器是管道部分之间的接头,这些管道可以移动、膨胀和收缩,以补偿由热变化、机械振动和不对中引起的压力。膨胀节通常被称为补偿器、膨胀波纹管或柔性接头,可用于多种应用,包括锅炉、发动机、涡轮机、冷凝器、泵或热交换器附近的传输部分。

根据应用,膨胀节可以由多种材料制成。金属波纹管是最常见和最有用的膨胀节类型之一,但橡胶、织物和塑料(如 PTFE)也用于各种情况。为确保为您的应用使用正确类型的膨胀节,必须在实施前咨询具有该领域经验的工程师。

管道用膨胀节

管道膨胀节是管道系统中使用的柔性部件,用于适应热膨胀、收缩、振动和运动。它旨在吸收温度变化引起的应力和运动,防止损坏管道系统。选择膨胀节时,应仔细评估温度范围、压力等级、材料兼容性和运动能力等因素。安全至关重要,应定期检查膨胀节,确保其处于正常工作状态。

可靠

补偿器的可靠性是由设计、制造、安装和作管理等方面的组成。可靠性也应该从这些方面来考虑。

材料选择加热管网用波纹管的选择,除了考虑工作介质、工作温度和外部环境外,还应考虑应力腐蚀的可能性、水处理剂和管道清洗剂对材料的影响等,

在此基础上,对波纹管材料进行焊接成型,优化材料的性价比。选用经济实用的波纹管材料。

一般情况下,使用波纹管材料应满足以下条件:

  1. 弹性极限、抗拉强度和疲劳强度高,保证波纹管正常工作。
  2. 塑性好,波纹管易于加工和成型,并可遵循处理工艺(冷硬化、热处理等)以获得足够的硬度和强度。
  3. 更好的耐腐蚀性,满足波纹管在不同环境下的工作要求。
  4. 焊接性能好,满足波纹管在生产过程中的焊接工艺要求。

对于热管网的敷设,当补偿器位于下部管道时,雨水或意外污水会浸湿波纹管,应考虑使用耐腐蚀性更强的材料,如铁镍合金、高镍合金。由于此类材料的价格较高,因此建议在制造波纹管时仅在与腐蚀介质接触的表面添加耐腐蚀合金。

膨胀节有哪些不同品种?

在管道系统中,伸缩缝(也称为波纹管)就像密封弹簧。密封是因为它需要包含流过它的流体压力,而弹簧是因为它需要响应连接管道的运动,而不会给管道系统提供明显的刚度。

管道系统中使用的膨胀节/波纹管元件通常是由多个串联回旋管组成的组件。回旋管的设计强度足以承受系统的内部压力,同时回旋管组件的典型轮廓允许在连接管道的热运动下弯曲。由于这种极大的灵活性,膨胀节/波纹管本身极不能自行吸收任何纵向载荷,因此需要外部附件将这些纵向载荷传递到其连接的管道上,以保持相关管道系统的整体稳定性。

image.png

伸缩缝的常见类型

  • 简单膨胀节
  • 万向膨胀节
  • 压力平衡膨胀节
  • 铰链式膨胀节
  • 云台伸缩缝

但是,如果现场条件需要独特的解决方案,则端部连接可以适应大多数应用。

波纹管和膨胀节有什么区别?

这些术语可能会令人困惑,因为没有普遍接受的含义。我们通常使用以下定义,但术语“波纹管”和“膨胀节”通常被认为是可以互换的:

  • 膨胀节:膨胀节是一个完整的单元,包括金属、橡胶或织物波纹管和端部连接和附件,以及可选的内衬、外盖等......使用的其他术语:补偿器、灵活。
  • 金属波纹管:是金属膨胀节的柔性元件。
  • 橡胶波纹管:是橡胶膨胀节的柔性元件。
  • 内衬:内衬位于膨胀补偿器内部,金属波纹管或橡胶波纹管下方,以防止循环流体直接落在波纹管上。这减少了流动干扰,并允许在设计中控制波纹管温度。


管道膨胀节类型

管道膨胀节也称为补偿器,因为它们“补偿”热运动。image.png管道膨胀节在输送高温商品(如蒸汽或废气)或吸收运动和振动的系统中是必需的。管道系统的典型膨胀节类型是波纹管,可以由金属(最常见的是不锈钢)、塑料(如 PTFE)或弹性体(如橡胶)制成。

波纹管由一系列一个或多个卷积组成,卷积的形状旨在承受管道的内部压力,但足够灵活以接受轴向、横向和/或角度偏转。伸缩缝还设计用于其他标准,例如吸音、抗振、地震运动和建筑物沉降。

管子 – 由合成或天然橡胶制成的保护性防漏衬里。管子的主要功能是消除被处理的物料穿透胎体的可能性。

胎体 – 膨胀节的胎体或主体由织物组成,必要时由金属组成。

 – 接头的外表面。

织物增强 – 胎体织物增强材料是管子和盖子之间的柔韧性和支撑构件。

金属加固 – 嵌入胎体中的金属丝或实心钢环,通常用于加固。

 – 用于将膨胀节法兰压缩到配合法兰以形成密封。也称为夹杆或背杆。适用于大多数膨胀节。

配合法兰 – 用于将管接头连接到安装它的管道。

控制杆 – 用于限制作过程中的轴向运动,并防止关节超出其运动能力。杆连接配合法兰和膨胀节。通常用于管道接头,但需要时可以安装在大多数接头上。

膨胀节是一种组件,旨在安全地吸收声音、膨胀、牵引和振动,以确保膨胀节应用保持完全工作状态。

当我们将这种技术应用于管道系统时,我们将术语命名为“管道膨胀节”或“波纹管”。

这些设备用于管道工程,在这些管道工程中,移动、热膨胀等可能会导致问题。管道膨胀节由一个或多个卷积组成,这些卷积旨在移动或膨胀以减轻实心管道的应力。应用程序内的移动或扩展量将决定所需卷积的数量和形状。膨胀节可以由多种不同的材料制成,从不锈钢和聚四氟乙烯到橡胶。

管道膨胀节还设计用于其他标准,例如吸音、抗振、地震运动和建筑物沉降。金属膨胀节必须按照规则进行设计。管道膨胀节用于许多行业,包括:石油、石化和造纸工业。

管道膨胀节通常可以承受 -300°F 至 4000°F 的温度,并且能够在全真空或 2000 psig 下承受。膨胀节可以由上述一系列不同的材料制造。在引入管道膨胀节之前,工程师们一直在努力解决热膨胀、腐蚀和磨蚀因素等问题,这些问题会影响各种应用的功能。织物接头可用于涡轮机和管道的多种应用,可以抵御阻力、热量和一系列其他环境因素。

管道膨胀节是管道技术领域的关键部件,服务于众多行业。它们用于平衡管道中通常因温度变化而发生的长度变化,并且还可以吸收振动。它是一种经济高效的解决方案,可通过设备和过程管理来延长许多应用的使用寿命、可靠性和成本。

辅料

管接头配件

在膨胀节安装中添加附件,以满足特定的客户、应用或规范要求。有些用于控制运动,有些用于在压力推力时保护波纹管,还有一些用于防止波纹管内部或波纹管外部环境的介质引起的腐蚀。

  1. 风箱
  2. 角法兰
  3. 焊接端
  4. 衬垫(挡板)
  5. 微粒阻隔/绝缘
  6. 衬里密封
  7. 清除

内袖

  1. 通过膨胀节最大限度地减少压降。
  2. 防止高速湍流引起的波纹管振动。
  3. 防止磨料服务中波纹管的侵蚀。
  4. 在高温工况中对波纹管进行内部绝缘。

锚固底座

将管道分成两个独立的部分,以确保双型膨胀节中每个波纹管的正确运动。


外盖

  1. 保护波纹管在安装和使用过程中免受机械损坏。
  2. 保护危险服务中的人员。
  3. 作为外部绝缘的支撑。

吹扫曝气连接

与内部套筒结合使用,用于:

  1. 防止内部套筒和波纹管之间的烟道固体“结焦”。
  2. 在非常高温的工况下,在波纹管和内套筒之间引入冷却液。

横拉杆

  1. 当膨胀节仅用于横向挠度和/或角旋转时,防止对管道或设备施加压力推力。
  2. 用作伸缩缝上的限位杆,用于轴向运动。如果锚栓失效,限制接头过度延伸以及对管道或设备的损坏。
  3. 用作控制杆,限制和控制万向型膨胀节的运动。

超纹管

  1. 允许使用内部套筒进行横向或角度移动的接头,而不会减小内径。
  2. 与内部套筒结合使用,以在非常高温的工况下降低波纹管温度。

衬垫

内部衬里可用于保护金属波纹管免受侵蚀或减少波纹管上的湍流。当设计中包含吹扫连接器时,必须使用它们。为了在衬里设计中提供足够的间隙,设计人员必须指定适当的横向和角度运动。在设计带有组合端的膨胀节时,还必须指定流动方向。


涵盖

应使用外盖来保护内部波纹管免受损坏。它们还起到保护波纹管的作用。盖子可以设计为可拆卸或永久配件。


微粒屏障/吹扫连接器

在具有大量颗粒物含量的介质(即闪蒸或催化剂)的系统中,可以使用陶瓷纤维屏障来防止腐蚀并限制颗粒堆积导致的波纹管柔韧性。吹扫连接器也可用于执行相同的功能。如果伸缩缝包括吹扫连接器或微粒屏障,则内部衬里也必须包含在设计中。


限位杆

限位杆可用于伸缩缝设计以限制轴向压缩或膨胀。它们允许膨胀节根据螺母挡块沿杆放置的位置在一定范围内移动。限位杆用于防止波纹管过度伸展,同时限制系统的全部压力推力。



标准

膨胀节的标准众多,涵盖了国内和国际的相关规范,以下是一些常见的膨胀节标准:


交货

对配件进行目视检查,以检查任何表面缺陷。检查管件主体和焊缝是否有任何可见的表面缺陷,例如凹痕、模痕、孔隙、底切等。根据适用标准进行验收。从仓库到您身边,我们既要速度更要靠谱!全程追踪物流、品质护货不马虎,每一次交付都较真 “说到做到”,让客户更快 更满意的拿到心仪货品

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