1.偏移量“Y”
为了使球形补偿器(以下简称球补)的偏转角适应管道的膨胀,相邻管道在球补弯曲时必会产生一个偏移量,这个偏移量的大小用图1中的“Y”来表示。
当L1=L2,e1=e2时,Y1=Y2/4,根据球补尺寸e和两球心距L,相应的两球补之间球补的偏移量“Y”由下式求得:
预变形时,Y1=L-1/2√（4L2-e2）
非预变形时:Y2=L-√（L2-e2）
式中,Y,L和e的单位均为mm。
2.与第一个支架间的最小距离“X”
当球补出现一个偏转角时,与它相连接的管道端头将产生一个偏移量,其结果是管道的应力必须受到与球补距离最近的第
一个支架的限制,如图2(a)中所示。图2(b)也说明了类似的问题,不同的是当导向支架靠近两个弯管中的一个时,使得另
一个弯管发生偏移。图2(c)说明了在长距离管道中两个弯头都允许偏移时,球补吸收膨胀的情况。
“X”的长度对管道应力和支架的反作用力来说是主要的影响因素,如果由于空间或其它方面的因素不允许在这个最小距离中安装支架,那么就要考虑在长距离管道上安装第三个球形补偿器。
对图2(a)和(b):X=0.054√D·Y;
对图2(c):X=0.076√D·Y
式中,D为管道外径,mm;Y为偏移量,mm。
3.弯曲角度
由于球补的角位移很大,一般θ≤30°,因此,在相对短的偏置时提供的补偿量大于通常情况下矩形补偿器或波纹管补偿器
的补偿量。流体压力所产生的推力是由球补的转换导管来承受的,因而使固定架所承受的力大大减少。如果有导向架,管
道上的固定架只需要承受来自球补的摩擦扭矩和管道克服摩擦力而引起的反作用力。弯曲角的计算公式如下:
sin(θ/2)=e/2L(预变形)
sin(θ/2)=e/L(非预变形)
弯曲角与球心距之间的关系见图3。
在进行球形补偿器弯曲角的计算时,应考虑10%的安全系数,因为:
(1)管道安装时,会有一定的偏差;
(2)管道在运行过程中,系统可能出现与设计不符的温度波动范围;
(3)球补偏置的角度不同和球补制造时配合公差的累积。
4.球心距
当采用图3(a)时,L=e/sin(θ/2),
当采用图3(b)时,L=e/2sin(θ/2),
5.固定架的推力
固定架推力主要由以下3部分组成:
(1)管道受热膨胀,由位移摩擦而产生作用在固定支架上的摩擦推力F1:
F1=q·u·l
式中,q为管道单位重量,kg/m;u为摩擦系数（为减少推力负荷,一般u取0.1);l为球补中心至固定支架间的距离,m。
(2)作用在弯管处或阀门在关闭时产生的内压反作用力F2(当固定点两端都有弯管或一端有弯管,另一端有方形补偿球补
时,考虑力的互相抵消,可以不考虑内压作用力F2,同样对直管段亦不考虑):
F2=P·F
式中,P为介质的工作压力,kg/cm2;F为管子内截面积,cm2。
(3)球补的转动力矩引起的反作用力F3:
F3=2M1/R1
式中,M1为球补转动力矩,kg·m;R为球心距在作用面上的投影长度,m。
R1=R·cos(θ/2)(当θ小于30°时,计算时可忽略不计R1≈R)。
因此,作用在固定架上的总推力F:F=F1+F2+F3-0.8(F1′+F2′+F3′)
式中,F1′,F2′,F3′是指固定点另一端推力。
