(2)術語:在對金屬波紋管設計選型時,首先要明確金屬波紋管的行業術語。
1)波紋管:一種彈性、薄壁、有多個橫向波紋的管殼零件。
2)波紋管組件:由兩個或兩個以上零件組成,其中之一是波紋管,波紋管是一個或多個串聯,其他是法蘭等配件。
3)壁厚:成形波紋管的原始金屬管的管壁厚度,對多層波紋管則是各層壁厚的總和。
4)形程:已原始長度為基點,波紋管壓縮位移與拉伸位移之和。
5)扭曲:長波紋管進行軸向壓縮時產生的柱失穩。
6)公稱壓力:與波紋管機械強度有關的設計給定壓力。
7)公稱載荷:正常工作條件下允許的最大載荷或滿量程值。通常是預期設計值。超載載荷一般限定在額定載荷的 125%~150%。
8)額定位移:額定載荷下引起的位移,是正常使用條件下允許產生的工作位移。
9)波紋管剛度:使波紋管產生單位位移所需要的力,設計計算得出的剛度稱為公稱剛度或額定剛度。一般情況,公稱剛度不直接受用實際值,而是產品原型經過測試后的修正值。
10)一次循環:波紋管隨閥桿從全開到全閉再到全開的運動過程。
11)循環壽命:波紋管在規定壓力、溫度和軸向行程下往復運動而不破換的最大循環次數。相同產品的壽命與波紋管工作狀態、循環次數、頻率、壓力和溫度等有關。
12)有效面積:彈性元件在單位壓力作用下,位移為零時轉換的集中力的大小。但有效面積隨壓力增加而變化,因此具有不恒定性,在力平衡式儀表中,要配對篩選,做到有效面積盡量一致。
(3)結構
1)U 形波紋管:常用 U 形波紋管結構如圖 1-1 所示。波紋管端部接口形式如圖 1-2 所示。接口表示方法為外配合用 W(圖 1-1a 中的 d1 尺寸)、沿波切邊用 QD(圖 1-1a 中 D2 尺寸)、內配合用 N(圖 1-1b 中 D1 尺寸)。推薦采用圖 1-2a、b、c 端部接口形式。
圖 1-1 常用波紋管結構要素
圖 1-1 常用波紋管結構要素
圖 1-2 波紋管端部接口形式
圖 1-2 波紋管端部接口形式
2)波紋管組件典型結構:保溫管組件典型結構如圖 1-3 所示。
圖 1-3 波紋管組件典型結構
圖 1-3 波紋管組件典型結構
(4)選型
1)波紋管閥門典型結構:應用波紋管組件是為閥桿和閥體工藝流體之間提供一個可軸向變形的金屬隔套,形成動密封,以消除閥桿處的泄漏。裝有波紋管組件的閥門典型結構如圖 1-4 所示。
圖 1-4 裝有波紋管組件的閥門典型閥桿密封結構
圖 1-4 裝有波紋管組件的閥門典型閥桿密封結構
選型要求:①根據閥桿的直徑選擇波紋管內徑,波紋管的內徑應大于閥桿直徑 1.5mm。波紋管的外徑根據波紋管內徑來選擇。外徑和內徑通過外徑與內徑的比值相聯系,一般情況下,外徑與內徑的比值為 1.3~1.5。②波紋管的壁厚、層數、波紋數及長度等應能滿足波紋管的耐壓、行程、循環壽命等要求。一般情況下,壓力越大,波紋管的壁厚越厚,為了增大位移或者降低波紋管剛度,提高壽命,可以采用降低單層壁厚、增加波紋管層數的辦法實現。③應設計導向結構,以防止波紋管的扭曲。同時還應避免波紋管與閥桿或閥體之間的局部接觸,以防止磨損和過早失效。應設計防扭轉結構,防止波紋管扭轉變形。④設計閥門時,應限制波紋管壓縮和拉伸的行程,以防止波紋管承受超出循環壽命試驗限定的壓縮位移和拉伸位移。一般情況下,波紋管的行程不應超過自由長度的 25%,否則會影響波紋管的循環壽命。特別是高溫高壓環境下的波紋管閥門。⑤波紋管采用與閥門相同的壓力和溫度等級。波紋管應能承受主體閥門 38℃ 條件下 1.5 倍的公稱壓力的壓力試驗。進行壓力試驗時,焊縫不能開裂、泄漏,波紋管不應發生扭曲。⑥波紋管組件材料應在允許的使用溫度范圍內選擇,同時波紋管用材料具有良好的成形性能、焊接性能與介質的相容性。