先搞明白:膨胀节固定,固定的是管道还是膨胀节本身?
不少客户上来就问“金属膨胀节怎么固定?”,接着就打算拿支架把膨胀节本体给箍住。这是个原则性错误。膨胀节本身就是用来吸收管道热位移的柔性元件,你把它死死摁住,它还怎么变形?那不等于白装了吗?
真正该固定的是管道。膨胀节两侧的管道需要被固定支架牢牢锁住,让热胀冷缩产生的位移全部集中到膨胀节这个“缓冲区”里。膨胀节本体反而不能承受任何外部约束力,它只需要顺着管道的位移自由伸缩就行。换句话说,固定支架管住管道,导向支架管住方向,膨胀节只管变形。
固定支架和导向支架怎么布置?距离、受力、位置都有讲究
固定支架的布置原则,用一句话讲:把管道分成若干个独立的补偿管段。每个管段里最多只能有一个膨胀节,而且固定支架必须设在膨胀节的两端,距离要足够近。为什么?因为如果固定支架离膨胀节太远,中间这段管道自身的摩擦力、介质压力产生的盲板力,都会施加到膨胀节上,轻则补偿量失效,重则把波纹管拉裂。
以常见的通用型波纹膨胀节为例,第一个导向支架距离膨胀节端部应控制在4倍公称直径以内,第二个导向支架距离第一个导向支架不超过14倍公称直径。后面每隔一段距离还要设置中间导向支架,具体间距要看管道刚度和允许挠度来算。这不是拍脑袋定的数,是从管系应力分析里来的。工程上常用CAESAR II做校核,但你至少得知道这些基本限值。
受力方面,固定支架要能承受介质压力产生的盲板力、管道摩擦力、膨胀节弹性反力以及管道的重量。盲板力是个大头,压力越高、口径越大,这个力越大。所以大口径厚壁膨胀节、电站行业用波纹膨胀节那个级别的固定支架,混凝土基础都得按吨算,千万不能省。
膨胀节上的拉杆/螺母,安装时到底拆不拆?怎么调?
这是个高频问题。膨胀节出厂时带拉杆和螺母,主要是为了防止运输和吊装过程中波纹管被碰伤、拉伤。安装到位后,拉杆螺母必须松开,让膨胀节能自由变形。你要是不松,膨胀节等于被锁死了,管道位移全憋在系统里,法兰、焊缝、设备嘴子都得遭殃。
那拉杆什么时候才用?两种场景。第一,如果膨胀节需要承受内压产生的盲板力,且没有设计压力平衡型膨胀节,拉杆可以作为约束元件,但注意这时的拉杆不是让你紧死的,而是调整到允许的位移量范围内。第二,安装前需要预拉伸或预压缩的工况,靠拉杆螺母来实现。调整方法是:先松开锁紧螺母,旋转调整螺母,使波纹管压缩或拉伸到指定量,然后再拧紧锁紧螺母。具体预位移量要看安装温度和管道计算温度之差,别瞎拧。
膨胀节拉杆螺母怎么调整,我们之前的文章专门讲过,这里再强调核心——调整完之后,锁紧螺母一定要背紧,不然运行中震动会导致松动,拉杆失去作用。
大忌:把膨胀节当成管道支吊架,这些错误安装方式要避开
见过最典型的错误,就是有人把管道托架直接焊在膨胀节波纹管上,或者用管夹把膨胀节本体抱起来承重。波纹管壁厚通常只有零点几到几毫米,你拿它当支吊架使,它不穿孔谁穿孔?
还有一类错误是,导向支架安装方向不对。导向支架的作用是限制管道径向位移,允许轴向位移。结果现场把导向支架的卡环和管道焊死了,或者间隙留太小,管道一受热膨胀,导向支架变成固定支架了,把膨胀节活活压死。正确做法是:导向支架的卡环内径要略大于管道外径,留出轴向滑动空间,但间隙也不能太大,否则起不到导向作用。
另外,膨胀节安装时,千万不要为了调整管道对口偏差,强行用膨胀节来补偿安装误差。波纹管对同轴度要求很高,强行错位安装,局部应力会成倍增加,用不了多久就疲劳开裂。
不同膨胀节类型的固定差异:轴向型、横向型、压力平衡型各注意什么
不同类型的膨胀节,固定支架和导向支架的布置逻辑是有差别的。
轴向型膨胀节,比如通用型波纹膨胀节、外压单式轴向型膨胀节,它们主要吸收轴向位移。两端固定支架必须把管道牢牢锁死,中间按前述间距布置导向支架,保证膨胀节沿轴线方向伸缩。
横向型膨胀节,比如复式铰链横向型膨胀节、空冷岛真空管道双铰链膨胀节,它们通过铰链或万向节结构吸收横向位移,本身不吸收轴向位移。这种膨胀节通常需要两个或三个一组配合使用。固定支架的布置要特别考虑横向位移产生的弯矩,铰链销轴方向要和位移方向一致,否则铰链别住,膨胀节就废了。
压力平衡型膨胀节就更有意思了,比如直管压力平衡型膨胀节、曲管压力平衡型膨胀节、复式直管旁通压力平衡型膨胀节。它们自带平衡波纹管,能抵消内压产生的盲板力,所以固定支架的受力可以大幅减小。但导向支架依然不能省,因为平衡型膨胀节对侧向位移和角位移更敏感,一旦发生偏转,平衡腔很容易失稳。
所有固定支架和导向支架都必须在膨胀节安装前就位。管道水压试验时,膨胀节两端的固定支架要承受试验压力下的盲板力,这个力比正常运行还大,所以试验前一定要复查支架的焊缝和地脚螺栓。