不銹鋼波紋管是一種撓性、薄壁、有橫向波紋的管殼零件。它既有彈性特性又有密封特性,在外力及力矩作用下能產(chǎn)生軸向、角向、側(cè)向、及其組合位移,密封性能好。在機(jī)械、儀表、石油、化工、電力、供熱、機(jī)車、船舶、核工業(yè)、航空航天等許多工業(yè)領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
不銹鋼波紋管的種類主要有不銹鋼波紋管、波紋膨脹節(jié)和金屬波紋軟管三種。隨著金屬壓力加工等技術(shù)的進(jìn)步和各種結(jié)構(gòu)波紋管的應(yīng)用,相應(yīng)產(chǎn)生了許多種制造波紋管的方法。這些方法是液壓成形、機(jī)械脹形、橡膠成形、旋壓成形、滾壓成形、焊接成形和電沉積成形等。每種方法都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。例如:液壓成形可以獲得綜合性能較好的波紋管.滾壓成形可以制造特大直徑的波紋管;焊接成形可以獲得彈性極好的波紋管;電沉積可以制造小直徑和高情度的波紋管。
1.不銹鋼波紋管的幾何參數(shù)
不銹鋼波紋管的尺寸規(guī)格已按內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)系列化,一般將不銹鋼波紋管內(nèi)徑或外徑作為基本尺寸,其它結(jié)構(gòu)參數(shù)作為相對(duì)尺寸。當(dāng)內(nèi)徑或外徑確定后,壁厚、波距、波厚等等,均以內(nèi)徑或外徑為基準(zhǔn)按適當(dāng)比例確定。設(shè)計(jì)波紋管參數(shù)時(shí)要滿足波紋管的性能要求,同時(shí)還要考慮波紋管的制造工藝性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
1)波深系數(shù)k (也稱脹形系數(shù))
波深系數(shù)k 是波紋管外徑與內(nèi)徑之比,它是決定波紋管幾何形狀的一個(gè)重要參數(shù)。在內(nèi)徑d 確定的情況下,k值越大,波紋的高度就越高。k值影響著波紋管的性能和波紋管的成形工藝,波紋管的成形難度隨著k值的增加而增加。當(dāng)k值增加到2時(shí),液壓成形波紋管就相當(dāng)困難。所以當(dāng)k>= 2時(shí),宜采用焊接波紋管。液壓成形波紋管,可分為淺波和深波兩種,以波深系數(shù)k= 1.5為分界,k=1.3~1.5之間的波紋管稱淺波紋管,波紋管成形較容易;k=1.6~1.9之間的波紋管稱深波紋管,成形相對(duì)較難,有時(shí)需要兩次成形。同樣內(nèi)徑尺寸的波紋管,深波紋管的剛度小,靈敏度高,允許位移大;淺波紋管的剛度大,靈敏度低,允許位移較小。用于儀表、傳感器的測(cè)量波紋管,宜采用深波紋管;用于承受壓力為主的波紋管,宜采用淺波紋管。
2)波紋管壁厚
波紋管壁厚是一個(gè)重要的幾何參數(shù),波紋管的主要特性(剛度和工作應(yīng)力)取決于波紋管的幾何尺寸,特別是取決于它的壁厚。波紋管的壁厚與內(nèi)徑有一定的比例關(guān)系,對(duì)于內(nèi)徑φ10~1000mm的波紋管,壁厚與內(nèi)徑的比值一般控制在0.0006~0.05;如果太厚,其柔軟性必定很差;如果太薄,其承壓能力受到限制。因此,各種波紋管必須根據(jù)具體的使用條件和性能要求,按照內(nèi)徑與壁厚的相應(yīng)關(guān)系,選擇合理的壁厚。在設(shè)計(jì)高壓波紋管的時(shí)候,為了降低波紋管的剛度和應(yīng)力,需要設(shè)計(jì)多層結(jié)構(gòu)的波紋管,但是多層波紋管的總壁厚與內(nèi)徑之比一般也不得大于0.05。
3)波型
波型是指沿著軸向剖開后的波紋型式和形狀,波紋管的波紋形狀影響著波紋管的剛度、位移和承壓能力。按幾何形狀波型可分為U 型、C 型、S 型、V 型Ω型等。
4)波距和波厚
波距是波紋管及其波型結(jié)構(gòu)的重要參數(shù),影響波紋管的有效長(zhǎng)度和性能。波距的變化趨勢(shì)是隨內(nèi)徑的增加而增加,波距占內(nèi)徑的百分比則隨內(nèi)徑的增加而減小。因?yàn)閮?nèi)徑小的波紋管成型困難,波距占內(nèi)徑的百分比應(yīng)大些。
波紋管波厚是指外波紋部分軸向面上的最大寬度,在波距決定以后,波厚就直接影響波形角、波峰和波谷的圓角半徑。當(dāng)波距和波厚確定后,不僅波形角已確定,波峰、波谷處的圖角半徑也就確定了。
5)波紋數(shù)和有效長(zhǎng)度
波紋管波紋部分的軸向總長(zhǎng)度稱波紋管的有效長(zhǎng)度,或稱波紋管的工作長(zhǎng)度。波紋數(shù)和有效長(zhǎng)度是緊密相關(guān)的兩個(gè)參數(shù)。為了保證波紋管工作時(shí)有可靠的穩(wěn)定性,有效長(zhǎng)度與外徑之間的關(guān)系應(yīng)小于等于1.3。
如果需要長(zhǎng)的有效長(zhǎng)度,可以用兩個(gè)或兩個(gè)以上的波紋管焊接起來(lái),接成長(zhǎng)的波紋管,也可以采用單波連續(xù)成形等方法直接成形長(zhǎng)的波紋管。對(duì)除金屬軟管之外的長(zhǎng)波紋管,為了保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,必須在波紋管的內(nèi)部或外部設(shè)置導(dǎo)向零件。
2. 不銹鋼波紋管的性能參數(shù)
1)最大壓縮長(zhǎng)度
在外力作用下,不銹鋼波紋管被壓縮到波紋之間彼此互相緊密接觸時(shí)的長(zhǎng)度。
2)最大壓縮位移
不銹鋼波紋管壓縮到波紋之間相互緊密接觸時(shí)所能產(chǎn)生的最大位移。當(dāng)波紋管達(dá)到最大壓縮位移時(shí),往往已產(chǎn)生了塑性變形,所以工作時(shí)不允許達(dá)到這一數(shù)值。
3)允許位移和工作位移
不銹鋼波紋管不產(chǎn)生塑性變形情況下所能達(dá)到的最大位移稱允許位移,而工作過(guò)程的最大位移你工作位移。為了保證波紋管在整個(gè)工作過(guò)程中性能穩(wěn)定可靠和較高的使用壽命,工作位移般取允許位移的40%~50%。
4)耐壓力和工作壓力
波紋管在保持穩(wěn)定狀態(tài)或不產(chǎn)生塑性變形(如波距均勻性不破壞,波紋不歪斜等)條件下,能承受的最大靜壓力稱波紋管的耐壓力。而工作壓力指在整個(gè)工作過(guò)程中,承受的最大玉力為了保證波紋管工作時(shí)性能穩(wěn)定可靠和具有較高的使用壽命,工作壓力一般取耐壓力的40%~50%。
5)破裂壓力
引起波紋管管壁破裂損壞時(shí)的臨界壓力稱破裂壓力,它表征了波紋管的最大耐壓強(qiáng)度。在工作過(guò)程中,波紋管的工作壓力遠(yuǎn)小于此壓力。
6)剛度與靈敏度
剛度就是不銹鋼波紋管產(chǎn)生單位位移所需要的力或壓力,而靈敏度則是剛度的倒數(shù),即作用于波紋管上單位力或壓力所產(chǎn)生的位移。由于波紋管能承受集中力、壓力和彎矩,所以它的剛度根據(jù)承受載荷的類別可分為集中力剛度、壓力剛度和彎曲剛度。其中以集中力剛度最為常用,把它簡(jiǎn)稱為波紋管的剛度。
7)有效面積
它表征不銹鋼波紋管將壓力轉(zhuǎn)換為集中力的能力,有效面積是一個(gè)等效的面積,壓力作用在這個(gè)面積上將產(chǎn)生相等的軸向力。
8)穩(wěn)定性
不銹鋼波紋管在外力作用下,抵抗引起局部失穩(wěn)或總體失穩(wěn)的能力。
9)密封性
指不銹鋼波紋管在一定的內(nèi)、外壓差作用下保證不泄漏的性能,波紋管必須具有密封性。
10)壽命
不銹鋼波紋管的壽命,用波紋管直至不密封泄漏時(shí)為止的負(fù)荷變化次數(shù)表示。壽命是一個(gè)多元函數(shù).它和波紋管的工作位移、工作壓力、工作介質(zhì)、溫度范圍、剛度、頻率、工藝因素、安裝情況和材料特性等有關(guān)。
11)零位偏移
以自由長(zhǎng)度為零位,在集中載荷作用下,將波紋管壓縮到某一位移值,保持一分鐘后,卸除載荷,這時(shí)以波紋管長(zhǎng)度與自由長(zhǎng)度作比較,其差值稱零位偏移。它與材料的性質(zhì)以及位移量的大小有關(guān)。
12)彈性特性
不銹鋼波紋管某一點(diǎn)的變形與其負(fù)荷之間的關(guān)系稱彈性特性。彈性特性可以是線性的,也可以是非線性的。波紋管彈性特性的非線性取決于它的幾何形狀和位移量。線性偏差用非線性度值來(lái)表示,非線性度值是指實(shí)際的彈性特性曲線對(duì)直線的最大偏差與波紋管的最大變形之比。
13)滯后
不銹鋼波紋管的滯后,是在加載及卸載的倩況下繪制彈性特性曲線時(shí)出現(xiàn)的,彈性滯后值是由相同負(fù)荷作用下所測(cè)得的加載與卸載的最大位移差與最大位移之比來(lái)確定。
14)彈性后效
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