
波紋管的壽命是在工作條件下使用時,能保證正常工作的最短工作期限或循環次數。用波紋管組成的彈性密封系統,經常在承受較多循環次數的變動載荷和較大位移的條件下工作,因此確定波紋管的使用壽命,具有重要意義。因為波紋管的作用不同,對其使用壽命的要求也不一樣。
(1)波紋管用來補償管路系統中因安裝造成的位置偏差時,對其壽命要求只有幾次就夠了。
(2)波紋管用于開關頻率較高的恒溫控制器中,其壽命要達到10000次才能滿足使用要求。
(3)波紋管用于真空開關作為真空密封件時,其壽命要達到30000次才能保證正常工作。
從上面三種使用實例中可見,由于使用條件不同,波紋管要求的使用壽命相差很大。波紋管壽命與所選用材料的疲勞特性有關,同時也取決于成形波紋管的殘余應力的大小、應力集中的情況和波紋管的表面質量等。此外,使用壽命與波紋管的工作條件有關。例如:波紋管工作時的位移、壓力、溫度、工作介質、振動條件、頻率范圍、沖擊條件等。
波紋管主要包括金屬波紋管、波紋膨脹節、波紋換熱管、膜片膜盒和金屬軟管等。金屬波紋管主要應用于補償管線熱變形、減震、吸收管線沉降變形等作用,廣泛應用于石化、儀表、航天、化工、電力、水泥、冶金等行業。塑料等其他材質波紋管在介質輸送、電力穿線、機床、家電等領域有著不可替代的作用。
波紋管:壓力測量儀表中的一種測壓彈性元件。它是具有多個橫向波紋的圓柱形薄壁折皺的殼體,波紋管具有彈性,在壓力、軸向力、橫向力或彎矩作用下能產生位移。波紋管在儀器儀表中應用廣泛,主要用途是作為壓力測量儀表的測量元件,將壓力轉換成位移或力。波紋管管壁較薄,靈敏度較高,測量范圍為數十帕至數十兆帕。另外,波紋管也可以用作密封隔離元件,將兩種介質分隔開來或防止有害流體進入設備的測量部分。它還可以用作補償元件,利用其體積的可變性補償儀器的溫度誤差。有時也用作為兩個零件的彈性聯接接頭等。波紋管按構成材料可分為金屬波紋管、非金屬波紋管兩種;按結構可分為單層和多層。單層波紋管應用較多。多層波紋管強度高,耐久性好,應力小,用在重要的測量中。波紋管的材料一般為青銅、黃銅、不銹鋼、蒙乃爾合金和因康鎳爾合金等。
波紋管的應力計算
金屬波紋管作為彈性密封零件,首先要滿足強度條件,即其最大應力不超過給定條件下的許用應力。許用應力可由極限應力除以安全系數得出。根據波紋管的工作條件和對它的使用要求,極限應力可以是屈服強度,也可以是波紋管失穩時的臨界應力,或者是疲勞強度等。要計算波紋管最大工作應力必須分析波紋管管壁中的應力分布。
波紋管上的應力是由系統中的壓力和波紋管變形所產生的。壓力在波紋管上產生環(周向)應力,而在波的側壁、波谷和波峰處產生徑向的薄膜和彎曲應力。不能抗彎的薄殼有時稱為薄膜,忽略彎曲而算得的應力則稱為薄膜應力。波紋管變形時產生徑向薄膜應力和彎曲應力。波紋管在工作時,有的承受內壓,有的承受外壓,例如波紋膨脹節和金屬軟管在多數情況下其波紋管承受內壓,而用于閥門閥桿密封的波紋管一般情況下承受外壓在這里主要分析波紋管承受內壓時的應力,波紋管承受外壓的能力一般情況下高于耐內壓能力。隨著波紋管的廣泛應用,人們對波紋管的應力進行大量的分析研究和實驗驗證工作,提出了許多供工程設計使用的計算公式、計算程序和圖表。但是,有的方法由于圖表或程序繁復使用不方便,有的方法假設條件不是過于簡化就是過于理想,難以保證使用上的安全可靠,不少方法未能為工程界所接受。因此,真正符合實用要求的方法為數不多。
當波紋管兩端都受到限制時,如果波紋管內壓力增大至某一臨界值,波紋管就會產生失穩現象。
允許位移
對于工作在壓縮狀態的波紋管,它的最大壓縮位移是:波紋管在壓力作用下,壓縮到波紋之間相互彼此接觸時所能產生的最大位移值,也稱為結構允許最大位移,它等于波紋管自由長度與最大壓縮長度之差。
波紋管不產生塑性變形情況下所能獲得的最大位移稱為波紋管的允許位移。
波紋管在實際工作過程中會產生殘余變形,殘余變形又稱永久變形或塑性變形,波紋管在力或壓力作用下產生變形,當力或壓力卸除后,波紋管不恢復原始狀態的現象稱殘余變形,殘余變形通常用波紋管不恢復原始位置的量來表示又稱零位偏移。
波紋管位移與零位偏移之間的關系,無論拉伸還是壓縮位移,在波紋管位移的起始階段,它的殘余變形量都很小,一般都小于波紋管標準中規定的允許零位偏移值。但是,當拉伸(或壓縮)位移量逐漸增大到超過一定的位移值后,會引起零位偏移值的突然增大,這表示波紋管產生比較大的殘余變形,在這之后.如果再增大一點位移量,殘余變形將顯著增加。所以波紋管一般不應超過這個位移量,不然將會嚴重的降低其精度、穩定性和可靠性以及使用壽命。
波紋管在壓縮狀態下工作時的允許壓縮位移量比工作在拉伸狀態下的允許拉伸位移量要大一些,所以在設計波紋管時應盡可能讓波紋管在壓縮狀態下工作。通過實驗發現,在一般情況下,同一材料、同一規格的波紋管,其允許的壓縮位移是允許的拉伸位移的1.5倍。
允許位移與波紋管的幾何尺寸參數及材料性能有關。一般情況下,波紋管的允許位移大小與材料的屈服強度及外徑的平方成正比,而與材料的彈性模量、波紋管的壁厚成反比。同時,相對波深、波厚對它也有一定影響。
彈性特性
金屬波紋管及其它彈性元件在某一指定煮上的位移與作用載荷之間的關系稱為彈性特性,而位移和載荷都應存元件材料的彈性范圍內波紋管類組件的彈性特性可以用函數方程、表格與曲線圖等形式表示。其彈性特性取決于各類彈性元件的結構及加載方式。元件的彈性特性可以是線性的或非線性的,非線性還可分為遞增特性和遞減特性兩種。
彈性特性是波紋管及其它彈性元件的一個主要性能指標。儀器儀表和測量裝置中使用的彈性元件,在設計時一般總是力求使元件的輸出量與被測參數(載荷)之間呈線性關系。這樣可以采用較簡單的傳動放大機構實現儀表的等分刻度。