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机械制造
卢江,等·聚四氟乙烯金属网罩软管失效分析
聚四氟乙烯金属网罩软管失效分析
卢江,王一宁
(江苏省特种设备安全监督检验研究院,江苏南京210036)
摘要:对破裂的聚四氟乙烯金属网罩軟管进行失效分析,采用扫描电镜观察软管断ロ,确定
软管的断裂属于瞬间压力过高,导致的脆性断裂;应用 FLUENT和 ABAQUS对实际工观时的管
道内流速、压力分布以及应力分布进行分析模拟,从而确定软管前端阀门关闭过快产生较高的
锤击压力导致该软管发生破裂。
关键词:软管,失效分析,锤击
中图分类号:TH136文献标志码:B文章编号:1671-5276(2013)03-0054-04
Polytetra Fluorethylene(F4)Metal Grille Hose Tube Failure Analysis
LU Jiang, WANG Yi-ning
Special Equipment Satety Supervision Inspection Institute of Jiangsu Provice, Nanjing 210036, China)
Abstract: This paper makes the failure analysis of broken polytetrafluorethylene( F4 metal sereened hose tube. The image of this
cross-section is shown and It is determined that the brittle fracture of this hose tube is caused by the instantaneous over pressure
FLUENT and ABAQUS are used to simulate the flow rate, pressure and stress distribution. The conclusion can be drawn that the
brought due to fast cutting the front valve off causes hammer pressure the fracture of the F4 metal sereened hose tube
Key words: hose tube, failure analysis, hammer
0引言
2.1失效软管外观检查
失效后的软管照片如图2、图3所示。从图2破裂的
某公司用于输送极度危害介质的聚四氟乙烯(F4)金断口看,其原因是由于管道局部压力瞬间升高造成的;从
属网罩软管(以下简称:软管),在操作前端阀门时发生破
裂,现对该软管的破裂进行分析,确定其破裂的原因。
钢丝
该DN65mmx400/P2.5MPa软管的套管钢丝直径
d0.378mm,F4波纹管内径D60mm,波高9mm,壁厚
L.7mm,波距13.5mm。失效的软管如图1所示。
丝网
对破裂的软管中F4内衬断口、丝网断口和钢丝断口
进行扫描电镜观察,确定软管的断裂形式;应用计算流体
力学软件( FLUENT)和结构分析有限元软件( ABAQUS)
对实际工况的管道内流速、压力分布以及应力分布进行模
(a)
拟分析,从而确定该软管失效发生的直接原因。
图1发生失效的软管
?5?46PN
2失效软管形貌分析
(b)
图2F4内树的裂敏示意图
作者简介:卢江(19%61-),男,江苏丹阳人,高级工程师,工学学士,从事锅炉压力容器压力管道检验检测工作及相关研究。
htp:∥ZZHD. chinajournal.net.cnE-mail:ZEHD@ chainajournal.net.cn《机械制造与自动化
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卢江,等·聚四氣乙烯金属网罩软管失效分析
图3中可以看出,软管表面并不平整,直径不一致,局部位
泄漏后金属丝网和钢丝腐蚀严重,对材料性能影响很
置的直径明显大于公称直径,可见该部分是由于丝网承受大,由丝网和钢丝的断口扫描电镜图不能直接给出结论。
过高压力而发生了塑性变形从图3中还可以看出在软管由于软管内衬主要起防腐作用,不起承载作用。而软管内
没有破裂处的丝网中钢丝已有多处断裂。为保持F4内衬衬为F4,不容易被腐蚀,可以根据F4内衬的断口扫描电
波纹管形状的钢丝也已全部断裂,这也进一步证实该软管镜图知道软管为脆性断裂。据此可以推断,软管的破裂是
是在比较高的压力下造成失效。
由于瞬间高压导致丝网或钢丝断裂,当丝网或者钢丝断裂
后,软管的F4内衬由于不具备承载能力也随之破裂,从而
造成了整个软管的破裂。与发生断裂的软管断口以及软
明显的直径
管外型比较吻合。
变大部分
钢丝断裂
3液体锤击分析
经以上分析,需要确定导致软管失效的瞬间高压是如
图3软管外形图
何产生的。管线整体模型如图6所示。根据现场数据分
2.2材料扫描电镜观察
析,迅速关闭前端阀门(图6)导致阀门附近管道发生锤击
现象,使阀门附近管道局部压力过高。采用 FLUENT软件
对软管中断口进行扫描电镜观察和能谱分析。由于对液体锤击进行模拟。
所装介质具有较强的腐蚀性,泄漏后未及时清洗,丝网和
钢丝腐蚀比较严重,获得的电镜图不能反应真实情况,现
出口
给出部分图仅供参考。
前端阀门
图4为丝网断口扫描电镜图以及能谱分析图,由此可
以看出,丝网腐蚀比较严重,有明显的腐蚀裂纹;对裂纹部
分进行能谱分析。图5为钢丝断口,该电镜图中可以明显
看出有疲劳裂纹,说明使用过程中频繁压力冲击,已经发
进口
生局部疲劳损伤。
图6管线整体模型图
3.1边界条件
压力进出口边界:根据厂家提供的数据:进口压力
0.80MPa,出口压力0.438MPa。
3.2管道锤击分析
当压力管道中的流体因某些原因而产生流速的急剧
GS-120.0kVx300100
变化时,由于流体的惯性作用而引起管道的流体压力急剧
图4丝网断口扫描电镜和能谱分析图
变化,这种现象作为水锤现象或流体瞬变过程。
在压力管道含气的情况下,或者管道压力未达到饱和
蒸汽压,按照波尔气体定律,会在液体中产生空洞而造成
液柱分离现象,在锤击发生时发生空泡溃灭,会大大加重
液体的锤击压力。
由于介质是进行加压后输送的,在输送过程中可能夹
带少量气体,所以分析本文的锤击现象属于气液两相锤击
现象(空泡溃灭),比单纯的液体锤击危害更大。
以下定量分析前端阀门不同的关闭时间(58,88,
0s)对最大锤击压力的影响。
根据58关闭前端阀门的 FLUENT模拟结果,可以由
《流体力学》相似理论提供的近似公式,推算8s,10s最大
锤击压力的计算,计算公式如下:
T
图5钢丝断口
最大压力:H=H。+△H
Machine Building Automation, un 2013, 42(3): 54-57
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