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摘要：现有的产品手册或设计手册中均没有精确计算角向型补偿器热补偿时的变形，属于空白。本文介绍了角向型补偿器热补偿的各种应用实例，并对各种应用的变形进行详细的图解计算。本文对热力管道热膨胀量的计算具有工具手册的功能
一、热力管道补偿器的种类
1．自然补偿：利用管道的自然转弯。
2．门形补偿器：人为地设置方形转弯。是自然补偿的补充。
3．套筒式补偿器：像活塞一样。只进行轴向补偿。
4．波纹管补偿器：利用波纹管，实现轴向和角向位移。
5．旋转式补偿器：利用盘根密封，实现管道扭转，进行补偿。
6．球型补偿器：和波纹管角向补偿器一样，实现角向位移。
二、各种补偿器的优缺点
1．自然补偿：顺其自然，工作可靠，工作压力和温度范围最宽。但必须有现成的地形或平面位置，能使管道有较多的转弯，满足热补偿的要求。
2．方形补偿器：类似自然补偿，人为地增加方形转弯，以弥补自然补偿器弯头数量的不足。优点也是不受工作压力和温度的限制，缺点：流体阻力大，占地面积多，管道支架多，不美观，投资较大。用于自然补偿不能满足热补偿要求时而采用的“自然补偿”。对于压力超过4.0MPa的场合，几乎没其他产品可以替代。
3．套筒补偿器：也能够承受较高的压力和温度，补偿量大，安装方便。缺点：容易泄漏，检修频繁、推力大。不能用于对流体纯度要求高的场合。
4．波纹管补偿器：种类较多，分为轴向型（内压和外压或有推力和无推力或架空型直埋型。。。）、角向型（平面和复式）、和横向型（平面和复式）。应用广，无泄漏，可靠性较好，但运行温度和压力有限制，温度，400度，压力不超过4.0MPa。角向型通过组合（2到3个），可以满足大位移量和产生小的推力，应用前景光明。本次重点讲述。
5．旋转式补偿器：最近推出的新产品，通过2个组合和管道转弯实现热补偿。补偿量大，推力小，最高温度可达到485度，压力可达5.0MPa。制造技术日渐成熟，不易泄漏。但存在管道在不同平面的变化，对于产生凝结液体的介质的输送管道，需要设置较多的排水排气阀门。
6．球型补偿器：实现角向位移，和波纹管角向补偿器一样，组合使用，流体阻力小，补偿量大，无推力。存在易泄漏和测向位移，维修量大。
三、角向型波纹管补偿器（铰链）的应用
1．Z形，横向臂较短，三个铰链组合，如图1。
2．Z形，横向臂较长，三个铰链组合，如图2。
3．L形，三个铰链组合，如图3
4．门形，三个铰链组合，如图4。 （图片） 四、Z形，横向臂较短，三个铰链组合的图解精确计算(见图5)（图片） 1.计算准备：分别计算出热膨胀量Δ1和Δ2，再计算出Z形管三个管段热膨胀后的长度L1、L2、L3。再计算铰链2和3管段热膨胀后的长度L23。
2.铰链1按Δ1位移到膨胀后的位置P1’,铰链2按Δ2位移到膨胀后的位置P2’。
3.以P1’为圆心，以Z形管三个管段热膨胀后二个端点的距离为半径画圆1。以P2’为圆心，以L23为半径画圆2。
4.圆1和圆2的交点P3’就是铰链3位变形以后的位置
5.以P3’为圆心，以L2为半径画圆3。以P1’为圆心，以L1为半径画圆4。
6.画圆3和圆4的交叉切线，该线就是Z形管膨胀后的位置。
7.分别连接该切线的两端与P3’和P1’，得到Z形管热膨胀后的2个短管的位置。
8.再采用CAD角度标注工具，精确量出3个铰链变形后的角度θ1 、θ2 、θ3应满足θ3= θ1 +θ2 。
五、L形，三个铰链组合的图解精确计算(见图6)
1．计算准备：分别计算出热膨胀量Δ1和Δ2，再计算出L形管2个管段热膨胀后的长度L1、L2。再计算铰链2和3管段热膨胀后的长度L23。
2．铰链1按Δ1位移到膨胀后的位置P1’。铰链2按Δ2位移到膨胀后的位置P2’。
3．以P1’为圆心，以L形管2个管段热膨胀后二个端点的距离为半径画圆1。
4．以P2’为圆心，以L23为半径画圆2。
5．圆1和圆2的交点P3’就是铰链3位变形以后的位置。
6．以P3’为圆心，以L型管长臂热胀后的长度为半径L1为半径画圆1’.
7. 以P3’为起点，画圆1’的外切线得到切点
8．分别连接P1’、切点’、P3’和P2’ ，得到L形管热膨胀后的位置。
9．再采用CAD角度标注工具，精确量出3个铰链变形后的角度θ1 、θ2 、θ3应满足θ3= θ1 +θ2。（图片） 六、Z形，横向臂较长，三个铰链组合的图解精确计算(见图7)
1.和前面的方法差不多，找出铰链1、3变形后的位置P1’ 、P2’。
2.分别以P1’ 、P2’为圆心，以与之相连的短臂的热膨胀后的长度为半径画2个圆，得出交点P3’。
3.再以P2’、P3’为圆心，分别以L形短臂热膨胀后的长度为半径，画2个圆，得出交点。
4.分别连接P2’、P3’到这个交点，所得到的连线就是变形后的L形的短臂。
5.量出角度θ1 、θ2 、θ3。应满足θ 3= θ1 +θ2（图片） 七、门形，三个铰链组合的图解精确计算(见图8)
1.也和前面方法相同，找出铰链3变形后的位置P3’。
2.分别以3个变形后的铰链的位置为圆心，以与之相连的变形后的短臂长度为半径画出3个圆。
3.做出3个圆中的2个交叉切线。
4.连线得到短臂变形后的位置。
5.量出角度θ1 、θ2 、θ3。
θ 3= θ1 +θ2（图片） 八、总结4种铰链补偿器的布置
L或Z形短臂上的铰链尽可能靠近弯头处，使“短的更短”。
有效的臂长尽可能地长。“长的更长”。
目的：减少铰链的变形角度，提高使用寿命或造价。
注意位于铰链间的支架，应为平面滑动支架，纵横方向的位移量不小，并且还有旋转角度。
求L形的臂为2圆相交；Z形的臂为2圆向切。
3/11/2009
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