旋转补偿器的应用汇总.docx
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旋转补偿器的应用汇总
（无推力精密）旋转补偿器的应用
随着社会的发展，要求节能环保成了社会关注的热点和国家的基本国策。
我国政府对工业小锅炉以及民用取暖实行了分时分段、强制执行集中供热，使我国热电行业近几年得到了飞速的发展。
供热管线建设里程和供气量已成为国家考核热电厂的指标以及供热单位经济效益的晴雨表；热网压力管线建设中解决热胀冷缩所用的各式补偿器，其生产厂家、规模、数量均有较快发展。
随着管廊技术的推广及现场施工环境的限制等多方面的因素下，旋转补偿器的应用得到了较大规模的使用。
一、与传统补偿器的比较：
1、自然补偿：
耐温耐压高，安全性能好，但补偿量小占地面积大，弯头多，土建规模大，流速受阻，供热半径小，运行中减压降温大，运行成本高，且不能随意布置，所以一般已不采用。
2、套筒补偿器：
五十年代产品，产品安全性能高，其轴向补偿方式容易产生泄漏；因存在内压推力、土建设置困难并且工程量大、安装要求高、热网间断运行不稳定和温度流量变化频率高，更易产生泄漏事故，从而严重制约着它的使用。
3、球型补偿器：
产品新，补偿量适中，但因其结构要求加工工艺复杂，使用过程容易泄漏，设计施工复杂、要求高、成本高，使用寿命短，只能保证3年内不泄漏，后期保养费用高，在正常使用中不被建设单位和设计单位选用。
4、波纹补偿器：
产品使用普遍，但因其结构核心为不锈钢薄板（板厚0.2—2.5mm）制作的波纹管，对温度压力很敏感；产品寿命短（8—10年），而热网管道寿命在15-20年间，所以要进行二次更换造成极大浪费和影响。
轴向型波纹补偿器内压推力大、工艺布置较为复杂、土建投资大、补偿量小；其它型式波纹补偿器虽不产生内压推力，但其布置位置和操作失误等原因容易产生水击（锤）使之爆裂变形，发生爆炸等恶性事故；加之波纹补偿器生产厂家多而杂，为争市场而降低生产标准，无序竞争，使产品容易引发不可预见性重大事故（全国每年有几百起该类事故）；地埋管如选用波纹补偿器，发生泄漏事故后修复困难、程序复杂，牵涉面广，对供热单位和用户都会造成很大损失，社会影响面大。
5、无推力旋转补偿器系列：
补偿量大，安装方便，但无推力旋转补偿器也因为无法补充填料的磨损量，产品使用几年后发生泄漏频率高，发生泄漏时必须停汽检修，影响电厂及用户的效益和生产、生活秩序。
该类产品因采用了变径管而使产品在工作时因变径而产生介质漩涡，并产生流阻使介质的压力损失大且流速减慢，加之产品结构原因，稳定性不好。
现在的无推力精密旋转补偿器弥补了传统的无推力旋转补偿器存在的部分缺点。
（改进后的优点）1.补偿器的内管与密封填料压紧法兰之间依靠精密加工，控制间隙距离，实现精密配合使产品运行时稳定性提高，减少偏心磨损。
2.延伸管采用直管式，使介质通过补偿器时不产生旋涡，从而使流速、压力降低的问题变的轻微，从而使通过直管式结构使介质流向发生变化时不受补偿器的约束而成可能。
3.依靠两次成型的工艺和优良的工装设备，密封材料分二次成形，使密封材料在密封腔内形成整体，保证密封性能。
通过添加先进产品如：
抗氧化剂使密封材料氧化进程滞后，从而提高产品寿命3-5年。
综上所述，无推力精密旋转补偿器既保留了无推力旋转补偿器的优点，又通过以上方法使产品性能更加稳定，产品寿命延长3-5年。
二、结构及工作原理：
无推力精密旋转补偿器是有内管、外套管、密封材料、填料压紧法兰、延伸管（直管式、变径式）以及紧固装置组成。
通过两个补偿器和力臂形成力偶，使大小相等，方向相反的一对力，由力臂回绕着轴中心旋转，以达到力偶两边热管产生的热胀量的吸收。
三、主要技术参数表
序号
公称直径DN（mm）
补偿量Δ
（mm）
接管外径
最大径向尺寸
长度
L（mm）
转矩
M（KN·m）
D1（mm）
D2（mm）
1
50
0～1000
57
189
310
0.584
2
65
0～1000
76
208
310
0.72
3
80
0～1000
89
233
310
1.11
4
100
0～1000
108
252
310
1.29
5
125
0～1000
133
268
330
1.83
6
150
0～1200
159
303
330
2.35
7
200
0～1200
219
373
330
3.93
8
250
0～1500
273
425
360
8.11
9
300
0～1800
325
477
360
14.48
10
350
0～1800
377
526
360
18.50
11
400
0～1800
426
580
360
25.84
12
450
0～2000
480
630
360
36.21
13
500
0～2000
530
690
370
45.12
14
600
0～2000
630
790
370
63.23
15
700
0～2000
720
930
370
72.70
16
800
0～2000
820
1028
370
93.20
17
900
0～2000
920
1130
370
110.50
18
1000
0～2000
1020
1236
375
125.00
19
1100
0～2000
1120
1342
375
145.6
20
1200
0～2000
1220
1438
375
163.7
四.无推力免维护旋转补偿器的特点：
1、产品安全性能高：
因产品结构合理，使用材料厚度≥热网管道母材厚度，运行中可经受水击的破坏力；产品耐温耐压，能满足工程要求，能承受管线的温度、压力突然变化所产生的破坏应力，安全性能高。
2、设计方便：
设计人员在设计热网时，套筒式补偿器和波纹补偿器必须遵循“严格找中”的原则，因此每一个补偿器前必须额外增加导向支架，而无推力免维护旋转补偿器不存在“找中”问题，因而也无需额外增加导向支架。
因管道走向的不断变化，波纹补偿器、套筒补偿器的应力、盲板力、温度、压力、摩擦力、内压推力等众多因素都要计算，非常繁琐；采用免维护旋转式补偿器，对因介质、流速、温度及压力等技术参数的变化而引起应力变化，无需另外计算，只需计算其摩擦力。
且布置形式众多，设计计算简单得多。
3、产品寿命长：
产品寿命可达25年以上，超过热网管道的使用寿命，已由国家相关部门检测确认（热网管线国家标准15年），比波纹补偿器寿命延长双倍以上。
4、结构合理：
由于无推力免维护旋转补偿器采用了特殊结构，其内压推力在产品结构中已消除，使原有材料应力学演变成机械动力学。
在填料压紧法兰上方装有ｎ组弹簧（ｎ为常数，其数量根据通径大小来确定），使密封填料在出现磨损损耗时能自动压紧；内外套筒之间精密加工并装有滚柱，使产品工作自如，保证产品同心度和稳定性。
5、补偿量大：
补偿量可达1800mm（其它类型补偿器≤300mm），没有任何一种产品可与之媲美；经过用户单位使用证明，成功安装在Φ480热网管线后，补偿距离超过500m，一般按200-500m使用一组为宜，也可根据现场地形而定，对低温、热水管和其它介质的输送管道可实行长距离使用。
6、投资省：
因无推力免维护旋转补偿器不产生内压推力，补偿量大且热力管道在作轴向位移时，无推力免维护旋转补偿器由于设有限位环，几乎不存在轴向推力。
因而补偿器两端只需做很小的滚动流向支架就满足要求，不需要设计主固定支架，土建规模大大节省，补偿器数量使用减少。
与采用其它类型补偿器相比，工程总投资节约25%，经济效益相当可观。
比选用轴向型波纹补偿器可节约30％（含管线使用期对波纹补偿器的更换费用）。
7、免维护、密封性能优越：
无推力免维护旋转补偿器、旋转补偿器和套筒补偿器都采用了机械密封，因其运行方式不同所产生的效果就不同。
套筒补偿器因轴向运动密封面磨损大，旋转补偿器因无法补偿磨损间隙容易产生泄漏。
无推力免维护旋转补偿器工作原理是内外套筒，相对旋转且旋转角度小，对密封材料产生磨损少。
当填料发生微量磨损时，依靠压紧弹簧的张力给予补偿；当磨损量超过弹簧张力补偿量时，只需扳紧弹簧压紧法兰上方的螺帽即可。
运行无次数限制，不产生泄漏，从而大大提高供气单位和用气单位的经济效益。
该产品补偿5000次不产生泄漏，密封效果优越。
8、管道运行经济性高：
使用无推力免维护旋转补偿器压力降低是因为组装弯头引起的,由于补偿器使用点少压降降低，加之使用了内管和变径管为同径，使介质能顺通、畅流，与轴向波纹补偿器比，压降降低，损失下降一半。
在标准参数下，降损平均0.03MPa/Km左右，大大降低其运行成本，使热网长期运行的经济效益大幅提高，而且使管线输气距离可延长20-30%，大大提高电厂供热半径，从而提高供热单位经济效益和社会效益。
9、安装方法及型式多样化：
架空管线适合各种走向（弯曲、直行、直角）等。
架空结合处、地埋管布置位置可随意安排，地埋管使用效果更为明显：
①因免维护旋转式补偿器可实现长距离补偿，在地埋管中只需设置一个绝热固定墩，其余采用滚动支架，外钢套作为导向管支承内工作管运动，可实现1000米内不设补偿器（指直线或只有一个拐弯），只需在伸出地面处装一组免维护旋转式补偿器，即达到效果；如因地形复杂，可在地下设置一个补偿装置，同样可实现。
其缺陷只是在地面以下占地面积大一点。
②因地埋管采用无推力免维护旋转补偿器，钢套管内不设波纹管补偿器，不存在热桥作用，作用到外套管的温度很低，不超过40℃，其投资大大降低，而且其安全性大大提高，可保证安全使用25年以上。
10、安装、施工方便：
工程安装方便，无需冷拉、预紧等复杂施工工艺，对焊即可。
11、新型产品-直埋补偿器
1.在无推力免维护旋转补偿器的外表增加了保护罩。
2.弹簧压紧法兰内壁采用精密加工，使产品的稳定性和同心
度更高。
地埋免维护旋转补偿器结构如下：
图4
1内管2紧固件3弹簧压紧法兰4压簧5填料压盖6外套管
7耳板8延伸管9密封填料10钢球11补偿器保护罩。
图11：
地埋式无推力免维护旋转补偿器
1、产品选用：
在地管道如选用地埋免维护旋转补偿器可消
除无推力免维护旋转补偿器不能埋地的缺点，但在选用地埋免维护旋转补偿器尽量采用沉井。
如地质条件许可，可直接地埋。
2、产品的使用效果
①地埋免维护旋转补偿器直接埋地杂物及泥土无法靠近无推力免维护旋转补偿器使产品能达到采用直接埋地安装运行的方式，并使产品使用性能不受影响。
②减少了检查井装置，节约了土建投资，有良好的社会效益和经济效益。
BTF、BTG系列耐温、耐压自密封旋转补偿器
2.第四代——BTF无推力精密耐高温、耐高压自密封旋转补偿器的产品结构图及特点：
2.1产品结构图
图5：
BTF无推力精密耐高温、耐高压旋转补偿器
1、紧固件2、填料法兰3、密封填料组合4、耐压密封组合5、滑动环
6、限位块7、变径管8、标牌9、外套管10、内管
2.2产品结构特点：
2.2.1此款产品所有零部件均是根据客户提供的管道材质及参数进行专门设计，使产更具针对性。
2.2.2旋转补偿器的部件均采用整体锻件或压制成型，产品的机械性能更优，精度更高。
2.2.3旋转补偿器的密封填料是经过特殊工艺的处理，里面增加了合金材料、碳纤维、抗氧化剂等八种材料，密封抗压性能更好，正常温度可达550℃，如有特殊要求耐温性能可进一步提高。
此密封填料还有一个优势就是膨胀系数比较高，在蒸汽管道上温度比生产时的温度要高，依靠密封填料的膨胀就可以实现自密封的效果。
2.2.4在密封腔内特别增加了特制的耐压密封组合件，增加了产品的抗压、密封性能。
3.第五代——BTG免维护耐高温、耐高压自密封旋转补偿器的产品结构图及特点
3.1产品结构图
图6
1、专用级紧固件2.弹簧法兰3.碟形弹簧4、填料法兰5、密封填料组合
6、耐压密封组合7、滑动环8、限位块9、变径管10、标牌11、外套管12、内管
3.2.产品的结构特点：
因我公司无推力免维护旋转补偿器系列产品在市场上的销售应用非常成功，等到了广大客户的一致好评，并成为很多客户的指定产品，故我公司根据多年的生产经验和我公司密封领域的优势有推出了第五代——BTG免维护耐高温、耐高压自密封旋转补偿器，其有如下优势：
3.2.1此款产品所有零部件均是根据客户提供的管道材质及设计参数进行专门设计，使产更具针对性。
3.2.2旋转补偿器的部件均采用整体锻件或压制成型，产品的耐压、安全性能更高。
3.2.3旋转补偿器的密封填料是经过特殊工艺的处理，里面增加了合金材料、碳纤维、抗氧化剂等八种材料，密封抗压性能更好，正常温度可达550℃，如有特殊要求耐温性能可进一步提高。
此密封填料还有一个优势就是膨胀系数比较高，在蒸汽管道上温度比生产时的温度要高，依靠密封填料的膨胀就可以实现自密封的效果。
3.2.4在密封腔内特别增加了特制的耐压密封组合件，增加了产品的抗压、密封性能。
3.2.5针对目前高温高压的管道我公司特别对弹簧进行了设计，引用航天技术改为碟形弹簧，并采用耐高温的材料，使产品的性能更好更稳定
五、旋转补偿器的布置
1.可以布置在：
架空管线间、地埋管线间、架空和地埋结合处、高管位和低管位处、直角转弯处、非直角转弯处等，且布置位置的随意性很大，不影响补偿效果。
2.直线路径中无推力免维护旋转补偿器布置时见图一，在补偿器前后，将直线管道向两侧打折布置，形成α夹角（一般为135º和150º）,两侧斜出的距离为设计所需的L值。
图1BTA无推力免维护旋转补偿器在直线管道中的布置示意图
应用我公司生产的无推力免维护旋转补偿器（简称BTA）二只或三只,组成∏型或Ω型结构（立体示意图见图1）便可获得具有极大热补偿能力和很小轴向推力的补偿装置。
图2：
立体布置示意图
3、旋转补偿器布置结构图
（1）П型组合（见图3、图4）
图3Π型组合补偿器立体图（平行布置）图4Π型组合补偿器平面图
管道受热时的热膨胀量为：
Δx=α·（L1+L2）（t2-t1）（mm）
式中：
Δx—管道受热时X方向的膨胀量,mm
α—管材的线膨胀系数mm/mm·℃
L1—左侧直管长度，mm
L2—右侧直管长度，mm
t1—管道安装时温度，℃
t2—输送介质温度，℃
该类补偿器组合主要用于受热管线的非直线（直线管线错位及拐角）或短距离直线管段中。
当补偿器布置于两个固定支架之间且两端有相同的热胀量和相同的热胀推力时，在热胀推力F构成的力偶作用下，力臂L环绕中心O旋转θ角，从而吸收管道两端的热伸长。
而当补偿器不是布置在两个固定支架中心，偏于较短管线的一端，在运行时力臂L的中心O则会偏向较短管线的一端通过回绕来吸收两端方向相对、大小不等的膨胀量Δ1、Δ2。
（2）Ω型组合（见图5、图6）
图5Ω型组合补偿器立体图（直线布置）图6Ω型组合补偿器正面图
该类补偿器组合主要用于受热管线的长距离直线管段中。
该类补偿器在直线管段的两侧对称布置，依靠受热管道两端热胀推力F及力臂L构成的两对力偶同步旋转，使得图6中的θ角和补偿间距B由大变小，以达到吸收热伸长量的目的。
（3）内套管长度和H值
П型组合中BTA旋转补偿器的臂高（见图3中所示）H=2×1.5DN＋内套管长度，Ω型组合中旋转补偿器的宽H=2×（内套管长度＋2×1.5DN），见表1。
表1BTA旋转补偿器的H值（mm）
公称
通径
50
65
80
100
125
150
200
250
300
350
400
450
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1500
1800
2000
BTA
内套管长
300
300
320
320
320
320
330
360
390
405
405
405
405
405
410
410
420
430
450
460
480
500
510
H
П型
450
495
560
620
695
770
930
1110
1290
1455
1605
1755
1905
2205
2510
2810
3120
3430
3750
4060
4980
5900
6510
Ω型
900
990
1120
1240
1390
1540
1860
2220
2580
2910
3210
3510
3810
4410
5020
5620
6240
6860
7500
8120
9960
11800
13020
П型组合中BTB旋转补偿器的臂高（见图3中所示）H=2×1.5DN＋内套管长度，Ω型组合中旋转补偿器的宽H=2×（内套管长度＋2×1.5DN），见表9。
表10BTB旋转补偿器的H值（mm）
公称通径
50
65
80
100
125
150
200
250
300
350
400
450
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1500
1800
2000
BTB
内套管长
220
220
220
220
230
240
250
250
260
270
270
280
290
290
300
300
310
320
330
340
360
380
390
H
П型
370
410
460
520
605
690
850
1000
1160
1320
1470
1630
1790
2090
2400
2700
3010
3320
3630
3940
4860
5780
6390
Ω型
740
820
920
1040
1210
1380
1700
2000
2320
2640
2940
3260
1580
4180
4800
5400
6020
6640
7260
7880
9720
11560
12780
4、BT系列旋转补偿器的布置特点
4.1BT系列旋转补偿装置固定支柱间的最大跨距
BT系列旋转补偿是一种全新的补偿装置,依据其工作原理和实际的轴向推力,并考察了大量的成功实例后,其固定支柱间的最大跨距可能达到表2所示的水平：
表2BT系列旋转补偿器装置固定支柱间的最大跨距（m）
管道通径（mm）
<200
200~350
400~600
≥700
敷设方式
架空
滑动托座
200
250
300
350
滚动托座
250
300
350
400
地埋滚动夹克管
250
300
350
400
注：
对20#无缝管工作温度上限为425℃.对Q235管工作温度上限为350℃。
由于固定支柱间的最大跨距特别大，在特殊情况下（例如：
严重水击振荡,升压过快等），系统可能失稳。
为此，每隔一定距离（一般每隔2~3个支柱跨距）应设置一个导向支柱。
4.2关于臂长的讨论
图1中L为BT系列旋转补偿器装置的臂长L的大小，直接决定了轴向推力的大小，同时由于一般不在装置范围内设置支柱，因此L值不可过大。
即BT系列旋转补偿器装置的展开长度不得超过水平布置直管跨距的0.73倍（≥DN200的管道由强度条件决定，≤DN150的管道由刚度条件决定）：
当然，L值更不可以过小，过小的L值将导致BTA装置不能正常工作，而且轴向推力特别大。
（如果大到和套筒补偿器的摩擦力差不多，那么其补偿量也只能和套筒补偿器差不多。
）所以正确的办法是在保证了展开长度的前提下，让L尽量地大些。
4.3“П组合”的布置特点
图7为"П组合"的详细平面布置图，由图可知，当“П组合”左右的热补偿值△相等时，通过“П组合”的中心在XOY平面内以半径等于L/2绕Z轴作旋转运动，实现热补偿，“П组合”L的最小允许值Lmin由下式决定：
图7
Lmin=（L′）2＋（△）2
Sin（θ/2）=Δ/L
θ/2=arcsin（Δ/L）
θ=2arcsin（Δ/L）
式中：
L′—“П组合”两补偿器管道之间的垂直距离，mm
△—单侧补偿量，mm（当两侧补偿量不同时，按较大补偿量计算）
该类补偿器组合应注意的是在吸收热伸长时，当力臂旋转到θ/2处，管道将出现最大的离心摆动值Y。
显然Y值对该补偿器的正常运行是不利的。
它将对第1导向支柱（离BTA最近）产生附加扭矩M1d。
M1d与L1d（见图7）的2次方成反比。
当L1d=0时M1d≈∞。
可见，这是不允许的。
但当L1d大到等于2~3“水平直管支柱跨距”时，M1d就很小了。
那时第1导向支柱就可按普通导向支柱（类似于波型或套筒补偿器的导向支柱）来设计。
所以对“П组合”，第1导向支柱应设在距“П组合”2~3支柱跨远的地方。
“П组合”的Y值由下式决定：
Y=（L－L2－△2）/2
Δymax=L/2[1-cos（θ/2）]
4.4“Ω组合”的布置特点
图8
图8为“Ω组合”的平面布置图，由图可知“Ω组合”左右两直管在同一条轴线上，并进行双向补偿，不存在径向位移。
若“Ω组合”为上向布置时，由于重心较高，当它正在补偿时，可能会摆动。
为此，必须将最靠近它的左右两只支柱设计为导向支柱，以增加稳定性，应当注意到图8所示B值存在一个最小值：
Bmin
Bmin=△1+△2+Dw+2×Sbo
式中：
Dw--管道外径
Sbo—保温层厚度
△1、△2—左右两侧补偿量
显然，B不可小于Bmin。
由于在两导向支柱间不可再设支柱，又由于弯头有6个，如果弯头选用煨弯弯头，则实际的臂长就不可能足够长。
为此我们建议弯头应选用热压弯头，并加高一级压力等级。
这样，即使直管选用的是螺旋管，也可按无缝管的标准来计算“水平布置直角弯的跨距”。
最终达到增加臂长，降低轴向推力，增加热补偿量的目的。
5、BT系列旋转补偿器选型参数要点
BT系列旋转补偿器，作为一种新型的补偿能力特别大的补偿装置，它的性能优于套筒补偿器，即使性能同于套筒补偿器，也只要在套筒补偿器规定的最大间距处，改滑动支架为导向支架就可等效地扩大补偿距离。
为此，使用本公司补偿器进行长距离补偿时可按表3设置导向支架。
表3长距离补偿时导向支架的间距（m）
公称通径（mm）
≤100
125
150
200
250
≤350
≤500
600
700
≥800
导向支架间距
70
70
70
90
90
100
110
110
120
130
比照长距离补偿的套筒补偿器在靠近补偿器处增设导向支架的做法，建议在“Ω组合”补偿器的两侧设置导向支架。
由于“П组合”补偿器补偿时存有横向摆动，故两侧补偿器一定距离内不得设置导向支架，见表4。
表4补偿器两侧导向支架距补偿器的距离（m）
公称通径（mm）
≤100
≤200
≤350
≤500
≤600
≤700
≤800
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