波纹管基本知识

现代工业生产中，设备和管路的热补偿技术是由各种补偿器实现的，并且大多数采用波形膨胀节（又称波形补偿器）。

一、波纹管 波纹管是母线呈波纹形的回转薄壳体，即带波纹的管子叫波纹管。

（一）

波纹管的类型 波纹管类型可以按其成形工艺、结构材料和形状参数的不同来分类。

 1、按成形工艺分类

 ⑴ 液压成形波纹管 液压成形是波纹管的最常用成形方法。利用在管坯中的液体压力，是管坯在限制环中胀形，直到沿环向出现屈服，然后再压缩管坯到所需的长度。小直径波纹管多采用这种方法。

 ⑵ 滚压成形波纹管 滚压成形工艺主要用于加工大型波纹管，是依靠设在管坯中的成形轮的滚压成形，可以单波滚制成形，有的装置亦可一次成数个波纹。

 ⑶ 机械胀形波纹管 采用在管坯内部扩胀的胎具，逐个地胀压成波纹，初步成形后，再用内外锟精压定制。 ⑷ 焊接成形波纹管 对于波高过大或波形特殊的波纹管，多采用冲压焊接工艺。当波高超过极限时，材料延伸率已不允许采用整体成形工艺，或因波形复杂，整体成形极其困难时也多采用焊接成形。这类波纹管由于不能承受内压，不太适用于作膨胀节的柔性段。

 ⑸ 沉积成形波纹管 该工艺是利用电沉积方法将波纹管材料沉积到芯模上，然后将芯模熔蚀。这种波纹管材料是一种十分柔软的纯镍金属材料，且是无孔的，因此，能耐高真空，并可进行焊接。膨胀节柔性段不宜用这种波纹管，因为成本太高，而且仅限于镍材。

 2、按结构材料分类

 ⑴ 金属波纹管 常用金属波纹管材料有奥氏体不锈钢、耐蚀合金等。

 ⑵ 非金属波纹管 有聚四氟乙烯（PTEF）波纹管；橡胶波纹管；复合材料波纹管。

 3、按壁厚分类 

⑴ 厚壁波纹管 厚壁波纹管多用于压力容器，例如管壳式换热器简体和废热锅炉内件的热补偿等。壁厚为3-22mm。与公称直径相应关系如下。 DN=65-150mm DN=200-1350mm DN=1400-3400mm 由于厚壁波纹管多用于容器筒体本身的热补偿变形，补偿量小，一般只需一到两个波。

 ⑵ 薄壁波纹管 薄壁波纹管用于管道膨胀节柔性段，其单层壁厚一般不超过3mm,大多数不锈钢板厚为0.2—3mm。管道用波纹管通常要求有尽可能大的补偿量，因此波纹管在满足承压的前提下，尽可能减小壁厚，以获得较高的柔性。同时考虑到环境腐蚀影响，材料多选用不锈钢。对于承压较高的波纹管，多采用薄壁多层不锈钢结构。

 4、按层数分类

 ⑴ 单层波纹管 对在静载荷下起位移补偿的波纹管多采用单层波纹观，其制作简单、成本低。在保证设计要求的承压能力、补偿量、刚度和疲劳寿命的前提下，应优先选用单层波纹管。

 ⑵ 多层波纹管 对受交变载荷作用，或较为重要的管线，多选用两层以上的多层波纹管。与单层相比，在相同承载能力下，刚度较小，抗疲劳性能也好。

1.2.5 按垂直于轴线的截面形状分类

 ⑴ 圆形波纹管 是最通用的截面形式。用于可承受内压或外压的作用。 

⑵ 矩形波纹管 多用于低压或大截面的通风管道。为与所连接管道相配，波纹管的截面形状还有椭圆形，六角形等。 

1.2.6 按波形分类

 波纹管的常用波形有U形、Ω形、C形、S形等。

（二）

波纹管的用途 由于波纹管的几何形状的特点，是波纹管在轴向力、横向力、弯矩的作用下允许产生较大的变形。与平滑的光管相比，除有足够的强度外，还兼有较大的柔性和在循环应力作用下有很高的抗疲劳性能。波纹管在工程技术中的应用，只要有以下三个方面。 

1、作为弹性元件 主要用于各类测量、调节、控制仪表的敏感元件、补偿元件、连接件和密封件等。这类波纹管一般尺寸小、线性好，精度高，多采用电沉积法加工获得。作为弹性元件用波纹管，起制造方法，精度控制和测试要求均匀有别于膨胀节用波纹管，可参见有关专著。 

2、作为金属软管 金属软管是有波纹管、网套和接头三部分构成。波纹管是金属软管的主体，起挠性作用。金属软管可用于满足管道工作端各向位移的需求，例如塑料热压气、印染烘干机上下滑动平台上的蒸汽输送软管、铁路槽车装卸用输液管、船舶用输油管等。此外，金属软管在管路中也可以补偿管路中的位置偏差，吸收管系振动。 金属软管用的波纹管，一般直径为Φ10~Φ400mm。

 3、作为膨胀节的柔性段 膨胀节用的波纹管，主要用于补偿管路或设备因温差或温度波动造成的轴向、横向和角向位移。同时，也可以吸收高频机器进出口管道的振动。

（三）

波纹管的性能 要做好膨胀节的设计和选用，首先要对构成膨胀节的柔性件波纹管的特性有所了解。因为波纹管的性能也就表征了膨胀节的性能。这些性能包括刚度、强度、稳定性和疲劳寿命。波纹管具有刚度值低、柔性大的特性。利用波纹管特性可以制成各种结构形式的金属波纹管膨胀节，可用于不同类型管道的补偿。 

二、金属波纹膨胀节（金属波纹补偿器）分类 (一) 轴向类

 1.通用型：用于一般架空管道或地沟敷设管道的轴向位移补偿，结构简单，安装维护较方便。

 2.复式：用于补偿量较大的轴向补偿。 

3.直理式：广泛应用于各类管道的轴向补偿，一般与管道对焊连接与管道一同埋于地下安装方便，不站用空间。 

4.轴向抗弯式：外型与直理式相同，自代导向装置、补偿效果好、波纹管使用寿命长。 

5.无约束式：外型与直理式相同，内部有自限位装置。当管道进行压力测试时，限径装置将保护膨胀节不会在内压作用下而拉坏。 

6.外压式：外形类似于轴向直理式。介质的压力作用于波纹外侧，由此而的名，该种结构波纹补偿器稳定性较好，不存在柱向失稳倾向，故适合于通径不很大，而轴向径移量相对较大的场合。 

(二)角向类 1.单向铰链式波纹补偿器：只能补偿管道单平面内的角向位移。 

2.复式铰链波纹管补偿器：该补偿器既能补偿管道的单平内的角向位移，也能补偿管道单方向的横位移。

 3.方向铰链波纹补偿器：该补偿器主要用于管道任意方向的角位移。注意：角向波纹补偿器很少单个使用，往往由2~3个补偿器组成补偿器组，从而可实现管道的横向位移及较大的轴向位移。 

(三)横向大拉杆波纹补偿器 主要安装在管道的拐弯处。例：L型管道和Z型管道用补偿器的横向位移变形来补偿管道的较大轴向位移变形。

（四）三向小拉杆波纹补偿器 该补偿器具有轴向、角向、横向补偿能力，主要用于锅炉房、厂房、车间内空间管道的位移补偿。

（五）压力平衡式波纹补偿器 1.直管压力平衡式波纹补偿器：该产品由工作波纹管、平衡波纹管以及拉杆、支撑盘等结构件组成。能够自行抵消由内压产生的轴向推力。适用于不便设管道固定支架或要求管道对设备不产生轴向推力的场合。

 2.曲管压力平衡式波纹补偿器：该产品由工作波纹管、平衡波纹管、拉杆以及盲端封头等组成。主要安装在管道的拐弯处，起平衡管道的内压产生的推力。 

3.旁通压力平衡式波纹补偿器：该产品由工作波纹管、平衡波纹管、旁通管以及管壳等分组成。主要靠工作波纹管与平衡波纹管在介质压力作用下产生方向相反的轴向力起到平衡轴向推力作用。 

4.半平衡式波纹膨胀节：该产品由工作波纹管与平衡波纹以及传力组件组成。起平衡波纹管的受压面积是工作波纹管的受压面积的一半。在介质压作用下平衡掉一半轴向推力。 

（六）特殊形式波纹补偿器 

1.镶耐磨陶瓷波纹补偿器：该产品在波纹补偿器的内筒内镶嵌陶瓷片，主要用于有磨料磨损作用的介质管道的位移补偿。对于250℃以下温度可用粘结工艺陶瓷片粘结到膨胀节的内筒内壁上；对于250℃以上温度应采用直接浇注陶瓷材料或采用钢钉固定方式。 

2.耐高温波纹膨胀节：用耐高温材料或通过结构设计，增设耐温隔热层，使波纹膨胀节具有耐高温特性。主要用于高温管道的补偿。 

3.耐高压波纹膨胀节：通过结构改型设计和增设加强元件，增强波纹膨胀节的耐压性。目前我公司的专利产品可耐25Mpa高压。

 4.耐腐蚀波纹膨胀节：采用耐腐蚀材料或采用复合式材料工艺方法制成耐酸、碱等强腐蚀条件下使用的波纹膨胀节。

 5.大口径耐高压波纹补偿器：该产品采用加强型设计。特殊工艺设备制造达到DN4200耐压2.5Mpa。用于落差在200米以上高水位水电站水轮机入口水管软连接。

 6.高柔性波纹管补偿器（专利产品）：用于各种要求刚度值极低的软连接。产品出口到日本。 

7.复合式波纹膨胀节（专利产品）：产品具三向补偿、过滤、干燥于一体，起到多功能性作用。 

8.双密封金属波纹套筒补偿器（专利产品）：该产品具备波纹补偿与套筒补偿器两种功能，起到双保险作用。对有高安全性要求的管道补偿元件具有重要意义。 

9.矩形波纹膨胀节：适用于电场烟风道及各类矩形管道的补偿。 

10.美国CE标准矩形波纹补偿器：该产品具有大圆全高波、半高波两种标准。圆角过渡变形均匀，提到产品使用寿命。代表矩形波纹补偿器国际先进水平。 

11.DD标准波纹补偿器：代表我国热电厂八九十年代产品交流。广泛应用烟风道、冷热风道的补偿。产品结构简单、成本低、安装使用方便。

 12.内补四氟波纹补偿器：具有耐强烈腐蚀介质作用。广泛应用于化工行业的有强腐蚀介质作用的管道的位移补偿。

（七）其它类补偿器

 1．套筒补偿器：采用带有内活动套管，根据不同技术条件要求，用不同类型密封材料密封轴向补偿器量大。广泛用于各类管道的轴向补偿。 

2.球形补偿：由球体、球壳及密封填料组成。具有万向角向补偿能力。一般又2~3个球补偿器组成一组，实现对管道的横向位移及轴向位移的补偿。

 3．Q型挠性补偿器：由两个球补偿器与一个套筒补偿器组成一个补偿器组，可实现对管道三向位移的补偿。目前多用于热电厂的煤粉管道的补偿 

4．A型挠性补偿器：一般用于带有磨料磨损的管道轴向补偿及微量的角向补偿。

 5 .V型补偿器：主要用于粉煤灰管道的活连接。 

6．非金属补偿器：起补偿元件由非金属织物构成。具有刚度值极低，对管道几乎没推力。广泛应用于各类烟、风、管道的位移补偿。

（八）软管

 1．波纹金属软管：该产品主要由波纹管网套及各种接头组成。实现对各类设备管路的软连接。金属波纹软管具有承压高、耐高温、耐疲劳、耐腐蚀、连接可靠、使用方便等特点。衬四氟波纹软管除了具备上述特点之外，还具有极强的耐蚀性。 

2．分流式耐高压波纹金属软管（专利产品）：该产品利用了小口径波纹金属软管承压高的特点。利用一束小口径的金属软管代替较大口径的金属波纹软管。解决了较大口径金属波纹软管耐高压的技术难题。