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张丽霞 冯朝晖
摘要 介绍大拉杆波纹补偿器的结构特点和优势，以及在供热管网中的应用情况。
供热管道在运行受热后会膨胀伸长，如果不对热膨胀进行补偿，会产生很大的热应力，造成管道和支架的严重损坏。供热系统中最经济简单的补偿方式是自然补偿法，即在管道走向的L和Z形部分，利用管道本身的柔韧性来补偿热位移，设计中都会充分利用。如果自然补偿不够时，则必须加装补偿器。可选用的补偿器有方型补偿器、轴向波纹补偿器、套筒补偿器、角向补偿器、球形补偿器和大拉杆补偿器等，都有各自的特点。大拉杆补偿器作为一种较新型的波纹补偿器，具有补偿量大、刚性小、无介质压力推力、安全、无泄漏、造价低等优点，近年来在供热管网中得以广泛应用。
一、结构及工作原理
大拉杆式波纹补偿器（又称复式拉杆式）是由两个相同的波纹管及端管、端板和拉杆组成的挠性部件，通过波纹管的角偏转可吸收管道单平面或多平面的横向位移。4只长拉杆能承受压力、推力和其他附加外力的作用，拉杆两端的螺栓出厂前已调好间距，安装前大拉杆是松动的，在补偿器工作变形后，大拉杆可以起到限制变形量，保护波纹管的作用（图1）。
大拉杆补偿器在安装前，通常会沿热膨胀反方向进行1/2的冷紧，以获得更大的工作补偿能力。因此冷态下，补偿器呈负变形状态，管道受热伸长后，波纹管依靠柔韧性横向变形，补偿器外观上可呈现工作变形状态，管道热膨胀得以补偿（图2）。
二、特点及优势
1．补偿量大，无内压作用力，对支架推力小
由于有弹性波纹管结构，大拉杆补偿器比方形补偿器刚性要小。与普通轴向型和外压轴向型补偿器比较，其补偿量大，刚性小，对固定支架推力小的优点也十分明显。三种补偿器在工作压力1. 0MPa，管道通径DN=300mm的蒸汽管道中比较如下。
(1)普通轴向型波纹补偿器只可补偿60mm的膨胀量，其弹性反力为39kN，介质内压力为171.2kN，对盲端固定支架总作用力为210.2 kN。
(2)外压轴向型波纹补偿器补偿300mm的膨胀量时，其弹性反力为32.7kN，对介质内压力为227. RN，对盲端固定支架总作用力为259.9 kN。
(3)大拉杆式波纹补偿器补偿300mm的膨胀量时，其弹性反力为3.9kN，无介质内压力，即对盲端固定支架的总作用力为3.9kN。
值得注意的是，固定支架受力为管道补偿器作用力、活动支架摩擦反力等作用力的矢量和，支架布置对称、合理可以抵消不少。但补偿器的作用力越小，对支架安全越有利。这是因为在转弯处和盲端固定支架作用力无法抵消，同时因为各支架实际运行中有可能不能达到理想平衡对称，如摩擦力局部增大、启动时膨胀瞬间不均等等。
2．安全无泄漏
大拉杆补偿器与管道采用焊接或法兰联接形式，相比采用填料密封结构的球形补偿器和套筒补偿器，不易泄漏，运行更为安全，维护工作量少。球形补偿器的补偿能力和对固定支架作用力均比大拉杆表现要好，但其最大缺点就是填料结构容易泄漏，甚至不能顺利通过验收前水压试验（试验压力=1.5倍工作压力x温度系数）。此外，由于球形补偿器补偿量很大，为充分发挥其补偿能力，固定支架间距通常增大到400～500m，两固定支架间的活动支架数量增加，必须采用摩擦力小的滚筒或四氟乙烯支架，以防活动支架累计作用在固定支架的摩擦力过大，因此活动支架的造价增加。
3．造价低
大拉杆补偿器价格通常仅为同径钢管的3～4倍，同时由于补偿器固定支架作用力小，固定支架的设计布置上较为简单，造价也可降低。
三、适用范围
1．大拉杆波纹补偿器适用于蒸汽、热水及各种无腐蚀性的介质，通常可选用的管径从50～1000mm不等。
2．大拉杆补偿器最适合用于架空管道，由于其横向变形的特点，必须安装在管道中的L和Z形部位，如管道布置中没有自然形成的L和Z形，则需要增加安装空间来布置大拉杆补偿器。通常有水平安装和垂自二安装两种方式（如图3）。水平安装的优点是不影响疏水自流，缺点是增加占地面积及征地费用，如图中支架E两侧的补偿器；垂直安装由于占用空间与管道平面平行，所以通常不会增加占地面积，在管道沿公路旁布置时，往往只能用垂直方式布置，缺点是在管道翻高前必须加装疏水装置以防水击，增加管道疏水量，如图3中BC段和EG段。
根据《城市热力管网设计规范》，热力管道每200～300m应设一只疏水装置，在管道跨越公路等地方，本身就因翻高需设疏水装置，如图中BC段，所以可以扬长避短，充分发挥大拉杆优势，巧妙地根据实际情况选择布置方式。
3．在补偿量足够时也可用于地埋管道的埋人或翻出的垂直管段上，如图3中GH段，但如果地埋管段太长，受地下空间的限制，可配合选用不占安装空间外压轴向型波纹补偿器，如图3中HI段。
四、安装注意事项
1．保护波纹管
波纹管由多层很薄的不锈钢制成，是大拉杆补偿器的主要部件，所以在运输、安装、焊接时都应注意防止波纹管部位受损。
2．正确冷紧
冷紧安装可以获得更大的补偿器工作量，也可以使补偿器处在很好的工作状态下工作。冷紧时注意安装的冷紧口不可距补偿器过近（图4），不允许靠补偿器变形来配合管道冷紧，防止安装中的不对中、不平整等其他应力作用在波纹管上拉伤补偿器。
3．不可受扭矩
在安装和工作的任何时候，补偿器本体都不可承受扭矩（图5），以免破坏补偿器的波纹管件。
4．水平安装时不可承受管道重量
由于波纹管强度差，刚性小，不可承受除介质压力以外的作用力。因此水平安装时，补偿器两端离最近支架的距离应尽量缩短，以免管道重力作用在波纹管上，引起波纹管变形甚至损坏（图6）。
在当前可选购的供热管道补偿器中，大拉杆波纹补偿器的综合性能是比较突出的。通常可以采用以自然补偿和大拉杆补偿器为主，再在局部配合选用其他补偿器的综合补偿方式，可有效降低工程造价，取得满意的效果。
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