伸缩节控制单元的用户指南

众所周知，对伸缩缝的最大要求之一是期望在几乎不需要维护的情况下使用长时间、无泄漏的寿命。一旦安装，这些柔性橡胶连接器应该不需要注意。通过深入了解控制单元如何防止新伸缩缝过度受力，可以最大限度地保护这一投资(和一个人的理智)。

控制单元的目的是作为一种安全装置，防止压力推力引起的过度运动。典型的控制单元组件由螺纹杆、钢扣板、螺母和垫圈组成(见图1和图2)。

与伸缩节一起使用控制单元总是有益的;系统扰动期间的压力峰值会通过伸缩节引起不可控的涌流。这是一个很好的例子，说明安装控制单元来保护这些橡胶资产免受损坏是多么有价值。

疯狂的方法

关于控制单元的一个常见误解是，它们被设计用来支撑管道构件的重量，或者作为适当安装的替代品。事实并非如此。控制单元的唯一目的是允许伸缩节在特定的运动范围内自由运动，同时防止关节因压力推力而过度拉伸。

控制单元不会妨碍关节执行除运动以外的其他职责(吸收振动，循环或补偿不对中)。从长远来看，将控制单元与膨胀接头安装在一起所需的几个额外步骤将带来显著的收益。

压力推力在伸缩缝的作用中起着重要作用。当受到压力时，作用在伸缩节内壁上的力实际上会导致伸缩节膨胀和伸长。在现实世界中，伸缩接头被舒适地固定在两个管道法兰之间，在大多数情况下，伸缩接头被拖到地板上的泵或安装在结构梁上的泵所约束。虽然肉眼可能看不出来，但一旦膨胀接头看到压力，它就会产生推力，轴向作用在两个管道法兰上。

从理论上讲，如果伸缩缝两端受压时不受约束，结果会怎样?

如果没有固定的末端，压力推力将迫使关节无限制地伸长。

在高压应用中最有用的是，控制棒将与扣板接触，一旦达到预先指定的增长量，膨胀关节已达到，限制关节进一步拉伸。此时，控制棒正在吸收作用在管道法兰上的任何额外推力，从而限制施加在相邻设备上的应力量。

尺寸控制单元的硬件设计理论以压力推力为基础。膨胀节的公称内径(ID)和拱形几何形状是计算在最大管道压力下施加在管道上的推力的关键驱动因素。根据流体密封协会(FSA)制定的行业标准，控制棒和扣板的设计承受不超过材料屈服强度的65%。

通过了解伸缩缝的内部压力和有效面积，可以计算出压力推力的大小。利用伸缩缝拱径计算有效面积，其中考虑了拱径的大小。

例如，我们可以使用1.5英寸的拱高计算出10英寸ID膨胀节的最终压力推力，额定最大压力为250磅/平方英寸(psi)。

压力推力“T”的方程为:

这些基于屈服应力的设计限制是一些由低屈服强度不锈钢制成的控制单元比标准碳钢控制单元含有更厚的组件或更多的棒的原因。

安装及检查

为了使控制单元装配有效，杆的定位和延伸率设置在安装过程中至关重要。每个控制棒应该均匀地分布在法兰周围，以最好地分配负载。伸长设置(见图5)经常被忽视，但却是确保控制单元实现预期用途的重要因素。

每个伸缩节都有基于拱的大小、结构和数量的运动等级。伸缩节的这些运动设计等级是安装控制单元期间绝对需要的关键信息。一般的经验法则是扣板和螺母之间的间隙应调整，以匹配接头的延伸率。

在安装过程中掌握这些信息是非常好的，但是当前运行中的现有控制单元怎么办?目视检查这些部件是一项基本任务，对延长关节寿命大有帮助。

以下是现场检查时最常见的4种异常:

伸长间隙设置
如果间隙设置大于伸缩节的伸长率额定值，则伸缩节可能被拉伸超过其极限，并可能以拱和/或法兰基部周围开裂的形式对伸缩节发生损坏(见图5)。

控制单元可以随时调整，现场修正也不晚。除了对螺母进行调整外，还可以重新定位扣板和整个杆件组件，以获得更好的间距，而不会破坏橡胶接头和管道法兰之间的密封。

锁定控制棒
对于无约束的管道系统，设备制造商和管道工程师首选有意拧紧控制单元螺母。当伸缩节通向冷凝器时，锁住控制单元将使其受益，这样产生的压力推力将被抑制，并消除向设备传递的应力。由于伸缩节不希望同时向多个方向移动，因此将伸缩节锁定在其名义面对面长度将防止伸缩节伸长，同时仍允许伸缩节补偿任何横向运动(见图6)。

受约束的管道系统被区别对待，其中管道安装被设计成承受压力推力产生的应力。在安装过程中考虑到伸长间隙的设置将允许伸缩节增长，并减轻管道的热应力。在这种情况下，锁定控制单元可能会导致更高的应力被管道吸收，而不是被伸缩节吸收。

控制棒干扰
控制棒与管道法兰外径之间的干扰也会影响控制单元组件的性能(见图7)。干扰通常出现在横向偏移过大的膨胀节、锥形减径节或没有指定正确应用的控制单元组件上。通常一个备用扣板设计是解决这个问题。

一般情况
这可能是显而易见的，但对控制单元组件的整体状况进行快速检查有助于确定是否需要更换或是否存在更大的潜在问题。严重腐蚀的硬件可能意味着切换到镀锌或不锈钢是必要的。扭曲的控制棒和/或扣板可能需要重新设计，以提供更好的可靠性应用(见图8)。

确保正确的控制单元设置是保护伸缩缝的重要步骤。控制单元的状态可以很容易地监测，并可以在停机期间对设置进行修正。
如果在使用中的伸缩缝存在风险，可以通过咨询伸缩缝供应商随时增加控制单元。

参考文献
伸缩缝。管道技术手册，8.0版。流体密封协会(2016)。

下个月:非常规机械密封应用

我们邀请您对文章主题以及密封问题提出建议，以便我们更好地响应行业需求。请将您的建议和问题转给sealingsensequestions@fluidsealing.com．

阅读更多密封感文章点击这里．