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汇恒浅析金属波纹管的组成零件

发布时间:2017-03-16

较为复杂的金属波纹管结构如图1所示。它由下列零件组成:

1.波壳   金属波纹管靠波壳易于伸缩变形而起补偿作用。波壳按横截面形状可分为:

鼓形(图2a-形状简单,制造容易。为便于伸缩变形,取其波高较长,但受力较差,常用于很低压力的场合。

隔膜形(图2b-波距短,波高长,壁薄。伸缩变形量大,可用以吸收超大伸缩【7】;但耐压力低,边角应力较集中。波高所占空间也大。

半圆形(图2c-占空间小,但波壳与壳体外表面连接处应力较大【1】,伸缩量也比U形膨胀节为小。

4.S形(图2d-制造比较复杂,但不易产生应力集中,受力较好。常用于吸收振动或用于压力场合下【11】。

5.Ω形(图2e-制造比较复杂,但不易产生应力集中;一般采用加强环在波谷处加强,适用于较高的压力和温度场合,但伸缩量较低。

Ω形单波波壳与筒体的连接,一般像图3a)所示的那样,将平行部向筒体内插入,并在两端内侧进行焊接。图3b)所示的结构,虽然制造容易,但在焊接处产生较大的应力,而且不易达到焊透。适用小直径筒体或应力小的场合。若将薄弱环节结构改进如图3c)所示,并使用环形管,制造既方便,受力也较好,环形管壁可以较薄【12】。图3d)所示的Ω形接近于U形。

bU形(图2f-制造容易,抗压力和伸缩量也较好。

U形单波波壳结构如图4所示。(a)形顶部没有焊接。(b)形顶部设置焊接部分,由于顶部处应力较大,所以在这部分焊接时,应符合下列条件:1.U形顶部设置平行部。2.焊接方法应采用封顶焊方法,作充分焊透。

除外,波壳还有一些其他截面形状【11·13-15】。实用的膨胀节绝大多数都采用U形(其次是Ω形),本文也就主要谈谈U形膨胀节。

波壳壳壁按厚薄可分为后壁与薄壁。厚壁型膨胀节(壁厚在6毫米以上)强度大,承受压力高,制造中操作方便,并且不易被风铲、焊条或碰撞所损伤。但是厚壁很不易绕曲,补偿变形能力低,且波节占空间大。

薄壁型膨胀节(壁厚0.5-1毫米)承受压力低,但补偿变形能力大。由于壁薄,波壳比较脆弱,在车间和现场容易受到损害,并且鉴于膨胀节的绕性,需要用机械方法加强壳体。另外,还需特别考虑器壁的抗腐蚀能力与套筒保护。因此,膨胀节的壁厚,应按工作条件、筒体直径大小,波纹高度与波形半径,使壁厚协调与综合以上两种极端的优点而避免其缺点为好。一般言,压力高、直径大,采用较大壁厚(壁厚有高达25毫米的,用于压力44公斤/厘米2,直径1米处)。

波壳壳壁按组成的层数可分为单层与多层。单层膨胀节波壳的壳壁仅由单一层板组成,制造容易,但补偿变形能力较低。

多层膨胀节波壳的壳壁是由多层板组成(图5),有如多个薄片并联弹簧,它的刚度低,比起单层膨胀节,在总壁厚和形状相同的条件下,多层膨胀节容易变形,补偿变形能力大。变形产生的应力较低,疲劳寿命高。因此,它可满足大补偿量与高压力冲击的要求(前者要求壁薄、波纹深;后者要求壁厚,波纹浅)。或者在一定的工作条件下,即在一定的压力、补偿量与疲劳寿命下,多层膨胀节比单层膨胀节可以外径较小,长度较短。由于这些尺寸紧凑,膨胀节本身可节省材料,制造变形容易。由于波高小,使它设置外套筒保护容易,安装支撑和间隔较方便。当膨胀节处于腐蚀环境时。多层膨胀节只需在内层或内、外层用耐腐蚀材料制造,因而可节省贵金属。此外,如果壁的内层由于某一原因,如腐蚀、缺陷、安装、疲劳等出现裂缝,多层膨胀节还不易破坏,并且当介质泄漏时,多层壁有如迷宫密封作用,增加阻力,减少泄漏量,延长检修周期。

由于多层膨胀节具有良好性能,因此在国外已经有了较大发展,例如西德、日本、英国、美国、苏联,均已设计、制造与使用。在我国,多层膨胀节近年亦在发展。

多层膨胀节,例如有板厚0.8-1毫米,二层的;板厚0.4毫米,5-6层的;还有更多层的。压力较大,用的层数也多,壁厚也大。有时为了防腐加强,内、外层板用耐蚀材料制造,或较大板厚(1.5毫米)的材质制造。

多层膨胀节多使用于完全真空到30kg/cm2,常用于20kg2以上,直径小可使用压力较高。

膨胀节波壳按波的数量可分为单波与多波。  单波的补偿能力有限。为了扩大补偿能力,常做成成倍的波数,由于补偿能力与波数成正比,故成倍增加补偿能力。多波膨胀节亦可分段,段间设一筒节,如图6b),这成为复式膨胀节;筒节长度有利于侧向位移以扩大膨胀节侧向位移量(图7d)。波数多的外压膨胀节(图8),同样也分成若干段。

为了膨胀节的装拆和使用的安全与方便,可将波壳两端焊接在连接圈上,再通过连接圈与外部焊接;或连接圈用法兰与外部连接(图1)。

螺栓装置   膨胀节与管道或设备安装时,可借助螺栓装置上的调节螺母,对波壳进行预拉伸或预压缩,波壳的预拉伸是与工作状态的伸缩反向,用以降低波壳工作时的应力值。膨胀节预伸缩依赖于两端管道的固定管架或换热器的管板、管子等予以固定。固定之后,将螺母送至一定位置,如图1所示,则此时螺栓装置限定了波壳的最大变形量,对波壳起保护作用。螺栓装置还可阻止膨胀节,由于重量的弯曲下垂。

套筒    如图1所示的内套筒,它对着流体流动方向的一端,焊接于一连接圈上,而另一端则与另一连接圈有一些径向间隙(侧向位移或角位移膨胀节如安装内套筒时,此间隙应增大)。内套筒遮盖住波壳的不平内表面。内套筒的作用:

1.减少压力损失和放置流体产生涡流。

2.当输送的介质含有固体时,减少波壳被磨损。

3.防止物料向波壳内沉积。

4.内套筒与波壳间几乎静止的介质垫层,阻碍流体温度迅速向波壳传递,因而减少了波壳温度的变化与冲击。

波壳内产生冷凝液积聚时,每个波的下端应设置排泄孔。

9所示的外套筒,它遮盖住波壳的不平外表面,保护波壳免受运输时损坏,或安装焊接时免受金属液滴所损坏。它亦可减少输送介质的热量损失。

在外压膨胀结构中(图8),外套筒容纳着流体介质,它的较低位置会存留着液体,较高位置会残存气体,因而应该开设排液孔或排气孔。

加强环    加强环紧贴于波谷表面上(图10),支承着波壳的受压,因而能增大波壳的耐流体压力强度,亦能使波壳各波的轴向伸缩均匀化。

上述膨胀节诸零件中,波壳是唯一的必须具备的零件。最简单的膨胀节只有此波壳,波壳的两端焊接于连接的筒体或管子上。膨胀节其余零件,均视是否需要而设置。