橡胶膨胀节和金属波纹管膨胀节的对比分析及研究

摘 要 ] 管道的热胀冷缩导致产生管道位移，位移的大小将直接影响到与其相连接的重要设备。膨胀节的选用是管道设计中，增加管道柔性，补偿管道位移量的重要方法之一。膨胀节在核电厂多个系统中已得到广泛应用。目前主要选用的膨胀节有两种：橡胶膨胀节和金属膨胀节。参考某核电厂各系统不同的工况条件，从研究膨胀节选用的原因及其特点着手，对比分析橡胶膨胀节和金属膨胀节在结构、柔性、位移量补偿、安装简易性、隔振、隔音等性能上的优缺点，并考虑设备国产化因素，对如何选用膨胀节提出了一些建议。

[ 关键词 ] 核电厂； 橡胶膨胀节； 金属膨胀节； 热胀冷缩

中图分类号：TM623

文献标识码：A

文章编号：1007-7316-（2014）02-

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一、1 引言

膨胀节作为核电厂管道位移补偿的一种重要形式，在核电厂多个系统中得到广泛的应用。目前主要选用的膨胀节有两种：橡胶膨胀

节和金属波纹管膨胀节。参考核电厂不同工况条件和不同应用场合，对比分析橡胶膨胀节和金属波纹管膨胀节的优缺点，对如何选用膨胀节提出了一些建议。

2二、膨胀节选用的原因及其特点

2.1（一） 膨胀节选用的原因

在管道中产生应力的因素很多，最主要的两个因素是存在重力、压力等外来载荷和热胀冷缩等位移载荷。为减小外来载荷产生的应力，只要简单地按照相关规定选择管道壁厚和设置承重和导向支架便可实现。它与管道的布置走向等因素关系不大，一般情况下不需要进行详细计算。由于管道热胀冷缩产生的位移应力与管径、壁厚、管道的布置走向及温度高低等诸多因素有直接关系，比较复杂，因此，如何减小热胀冷缩等位移在管道中产生的应力及机器、设备和土建结构所产生的推力，并满足管道应力计算，成为管道应力分析最重要的任务。在管道设计中，增加管道柔性，补偿管道位移最重要方法之一就是选用膨胀节。

2.2（二） 膨胀节的特点

膨胀节习惯上也称伸缩节，或补偿器，是利用波纹管补偿器的弹性元件或橡胶球体的有效伸缩变形来吸收管线、导管或容器由热胀冷缩等原因而产生尺寸变化的一种补偿装置，属于一种补偿元件。可有效地对轴向，横向，和角向位移进行吸收补偿，用于补偿管道、设备及系统的加热位移、机械位移，吸收振动、降低噪音等。

2.3（三） 核电厂膨胀节的应用工况

某核电厂核岛选用的橡胶膨胀节，主要应用在重要厂用水系统（SEC）、消防水分配系统（JPD）等10余个系统中，最高工作温度为110℃，最高工作压力为1.5Mpa，输送介质主要为酸、碱溶液等。常规岛选用的金属波纹管膨胀节，主要应用在凝结水抽取系统（CEX），设计温度为100℃，设计压力为0.35MPa，输送介质为凝结水。

3 三、 两种膨胀节的对比分析

3.1 （一）结构对比

金属波纹管膨胀节含有一个或多个波纹管，其材料主要为不锈钢金属材料，用以吸收管线、设备因热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化的各种装置。橡胶膨胀节也称非金属补偿器、织物补偿器，属补偿器的一种。其材料主要为纤维织物、橡胶等耐高温材料，能补偿风机、风管运行的震动及管道引起的轴向、横向、角向变形。

3.2 （二）压力推力

压力推力是由于一个柔性单元（如波纹管）安装到一个存在压力的刚性管道系统中，因柔性单元不能承受压力作用而传递出来的压力效应。橡胶膨胀节对设备及系统无反推力影响。对于金属波纹管膨胀节，该作用力是系统压力和波纹管平均直径的函数，当系统压力较高或者管道直径较大时，压力推力则非常大，如果不加以适当约束，将会导致波纹管本身或设备管口的损坏，甚至会造成对系统两端固定支点的巨大破坏。

3.3 （三）柔性：

橡胶膨胀节固有的特性使其柔性远大于金属波纹管膨胀节。

3.4 （四）位移量：

橡胶膨胀节单位长度内吸收位移量大，可以在较小尺寸范围内提供较大的多维方向补偿量。金属波纹管膨胀节在吸收与橡胶膨胀节相同位移的情况下，需占用空间较大，且采用一个金属波纹管膨胀节不能同时满足横向、轴向、角向位移。

3.5（五） 安装方面：

橡胶膨胀节安装简单，并且更换容易，无需严格对中，同时能适应管道永久性不对中。由于在管道连接中，系统误差在所难免，橡胶膨胀节能较好的消除安装误差。而金属波纹管膨胀节由于金属材质刚性大，导致安装时必须严格限制尺寸。

3.6（六） 适应性：

橡胶膨胀节可制成任意形状及任意周长。金属波纹管膨胀节没有良好的适应性。

3.7 （七）隔振，隔音，隔热效果：

橡胶膨胀节接近于零振动传递。而金属波纹管膨胀节仅能起到降低振动强度大小的效果。在隔音和隔热方面，橡胶膨胀节也强于金属波纹管膨胀节。

3.8（八） 耐腐蚀：

橡胶膨胀节的材质通常为三元乙丙橡胶、氯丁胶、天然橡胶等，这些材料本身具有耐腐蚀性。对于金属波纹管膨胀节，如果所选择的波纹管材料不适合系统的流动介质，将会大大降低膨胀节的耐腐蚀性，从隔热层中渗透的氯离子常常是造成不锈钢波纹管发生腐蚀的原因。

4 四、结论

两种膨胀节各有优缺点，在实际使用中，可根据实际工况条件进行选用。目前，核电厂所用核岛橡胶膨胀节一直都需要进口，我国自行设计的橡胶膨胀节从材质、结构型式和补偿位移量等方面均与国外同类产品存在一定的差距。国内金属波纹管膨胀节已得到充分的发展，发展历史远长于橡胶膨胀节，质量可以保证。为使膨胀节实现国产化，降低核电厂采购成本，可以在保证膨胀节柔性设计和各类工况条件要求的情况下，可以适量考虑采用金属波纹管膨胀节。

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