金属波纹膨胀节设计和生产新工艺新技术.pdf

第一章金属波纹膨胀节设计和生产新工艺新技术
699
第一章金属波纹膨胀节设计
和生产新工艺新技术
第一节金属波纹膨胀节的基本知识
金属波纹膨胀节的功能及特点
金属波纹膨胀节是由金属波纹管和构件组成的具有补偿功能的器件。图7-1-1所
示为轴向式波纹膨胀节结构。它能够补偿管道的热变形、机械变形和吸收各种机械振动,
起到降低管道变形应力和提高管道使用寿命的作用
图7ー1-1波纹膨胀节
1一端管2一导流筒3一波纹管
金属波纹膨胀节(以下简称膨胀节)由于它的结构特点,与具有相同补偿能力的
“”型张力补偿器、套筒式补偿器、球型补偿器相比,具有占地小、安装简单、工程造
价低、无结构性渗漏环节、不需维修保养等优点,因而被普遍采用,获得较快的发展
70年代初在国外波纹膨胀节已发展形成系列声品。我国由于国民经济发展的需要
几个主要厂家和科研单位,在80年代才开始系统开发金属波纹膨胀节,并迅速形成系列
品,被大量用于供热管网、化工、炼油、治金各领域。在普遍发展的基础上形成了以
700
第七篇波纹管其他组件设计和生产新工艺新技术
大专院校、科研单位和主要厂家为骨干的技术力量,具有较强的研究、设计、制造能力
和质量保证体系,能够为国民经济提供各种条件下使用的多种类型波纹膨胀节。
金属波纹膨胀节的性能
金属波纹膨胀节的性能有两种:其中一种是为满足使用必须保证的性能,如耐压
耐温、耐疲劳和弾性补偿等;另一类,如刚度、有效面积等,它们不是使用所需要的,
但它们对管系的设计及膨胀节的使用有重要影响,所以对它们都要有较充分的了解。
)耐压能力
波纹膨胀节在管道中工作,要承受一定的压力(内压或外压),这就要求波纹膨胀节
有足够的耐压能力。它通过设计和实验,确定出合理的结构参数来保证。设计确定的耐
压能力是设计压力。由于波纹膨胀节是系列产品,是按公称通径和公称压力分成系列。
在大多数情況下它的设计压力就按公称压力0.25、0.6、1.0、1.6、2.5…(MPa)系列
分档。有少数在公称压力系列之外按要求压力设计产品
在管系设计中,设计者根据实际需要确定管道最高工作压力,然后选用所需波纹膨
胀节的公称压力。一般是就高不就低,使之更趋于安全
影响波纹膨胀节耐压能力的有工作温度、材料性能和波纹管的结构参数。
在压力作用下引起波纹膨胀节失效的形式如下:
1.平面失稳
表现为一个或几个波纹的平面相对于波纹管轴线发生转动而倾斜,但其波平面的圆
心基本在波纹管的轴线上。这是由于内压产生的子午向弯曲应力和周向薄膜应力的合カ
超过材料屈服强度,局部出现塑性变形所致。
2.柱失稳
波纹管的波纹连续地横向偏移,使波纹管偏移后的实际轴线成弧形或S形(在多波
情况下呈S形)。这种情況多数是因为波纹数太多,波纹管有效长度L眼内径d之比(L/
d)太大造成的。
在L/4较大时,首先发生柱失稳,反之则首先发生平面失稳。当Ld值小到一定程
度时,即使波纹管被压力所爆破时也不出现柱失稳。图7ー1-2描述了它们之间的关系
合理的设计是通过控制L/d比值,达到图中的过渡区内,体现在膨胀节上就是限制某
通径某一压力下单节波纹管的最大允许波数。根据《CB1277~92金属膨胀节》标准规
定、它要经受1.5倍设计压力的压力试验而不出现任何失稳。
二)补偿能力
波纹膨胀节的补偿能力源于波纹管的弹性变形,有拉伸、压缩、弯曲及它们的组合
第一章金属波纹膨胀节设计和生产新工艺新技术
701
变形。补偿能力的大小,由设计者根据需要确定,体现到产品即为规定的额定补偿量,
即表示在一定条件下具有的最大补偿能力。不同类型的波纹膨胀节补偿形式不同,主要
有轴向、横向、角向及它们的组合补偿。
1.轴向补偿
直管段上的膨胀节对沿膨胀节及管段的轴线方向拉伸与压缩进行补偿。
膨胀节给出的额定补偿量包括拉伸、压缩位移的总和。将波纹管整形到不同的自由
长度可以在额定补偿量范围内获得不同的允许拉伸、压缩位移。当波纹管被整形到适当
的自由长度,可以获得允许拉伸、压缩各为额定位移二分之一的位移。所以有的膨胀节
给出产品的总额定位移X和±X值
平面不稳定
柱不稳定
过渡区
L/d
?7ー1-2Ld与失稳的关系
L一波纹管有效长度一波纹管内径
2.横向补偿
是在“L”、“Z”“”型管道中的补偿形式。通过成对的波纹管弯曲变形实现直线
补偿,总补偿是Y。如果波纹膨胀节要做正反方向弯曲,则补偿量为ェ-Y。
角向补偿
管路补偿需要膨胀节作弯曲变形,它们往往是两个或三个角向式膨胀节组合使用
实现直线补偿。单就一个膨胀节它的补偿量是用相对本身轴线的弯曲角6表示,正反方
向则为0
4.合成位移
在一个膨胀节上可能同时有拉伸、压缩、横向、弯曲等各种变形。如轴向膨胀节除
了拉压变形,还要求一定的横向或弯曲变形。横向拉杆式膨胀节除了承担横向补偿,还
要有压缩或拉伸位移(所谓万能膨胀节)。有些虽然未提出要求,但实际使用中存在要求
以外的其它变形,在设计中就要考虑,否则耐压力、寿命等就大受影响。普通轴向膨胀
节只要求轴向补偿,但实际安装中不同心,滑动导向支架间隙很大,在内压作用下偏向
侧,引起横向变形,这种情况儿乎无法避免。在产品设计时要考虑这些因素。