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1、第4期õ设计与研究õ11波纹管膨胀节波形参数优化设计岳希申明俭沈阳仪器仪表工艺研究所沈阳市110043【摘要】本文采用EJMA公式对波纹管膨胀位移引起的子午向薄膜应力R5和弯曲应力节波形参数进行设计,并对系列设计结果和对内R6为:2径为377mm的波纹管的优化设计结果进行讨论EDpeR5=3(5)2hCf分析。确定了应力校核中影响设计的主要应力,探5EDpe讨了波形参数优化设计应考虑的几个因素。R6=3(6)3hCd叙词:波纹管优化设计应力补偿量而由内压和位移产生的子午向组合应力Rt将直接影响波纹管的疲劳寿命N,其计算如一、前言下:波纹管膨胀节自80年
2、代初在国内市场应用Rt=0.7(R3+R4)+R5+R6(7)3.4以来,至今已有二十多年历史,它主要应用于石12820TfN=(8)油、化工、供热等领域,起热补偿、防震、柔性连Rt-370对于一项设计,同时还要考虑整体轴向刚接等作用,是目前国内普遍采用的一种管道补度,以及平面失稳和柱失稳确定的稳定性因素。偿构件,有着广阔的应用前景。波纹管波形结构式中P——设计压力,MPa的优化设计对产品的性能起着至关重要的作t〔R〕——设计温度下材料的许用应力,MPa用,通过优化计算,可节省材料,降低生产成本,从而使产品具有市场竞争力。h——波距,mmq——波高,m
3、m二、设计理论D0——波纹管直边段外径,mm波纹管的设计计算非常复杂,它需要对耐压Dm——波纹管平均直径,Dm=D0+h,能力、位移引起的应力、疲劳寿命、位移引起的整mm体弹性力和稳定性等因素进行计算和校核。m——波纹管的层数应力主要由内压和位移引起,内压在波纹DP——波纹管成型后一层材料的厚度,管的直边段和波纹上引起环向作用的薄膜应力DP=DbD0/Dm,mmR1、R2,其计算式如下:Db——波纹管一层材料的名义厚度,PD0ktR1=≤〔R〕(1)mm2mDpPDm1te——每波当量轴向位移范围,mmR2=≤〔R〕(2)2mDp0.571+2h/qT
4、f——波纹管疲劳寿命的温度修正系数内压在波纹内形成沿子午向作用的薄膜应k——系数,当k>1时取k=1,在此均力R3和弯曲应力R4的计算如下:取1PhtR3=≤〔R〕(3)补偿量可以从公式(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、2mDpPh2(8)中推导出e再乘以波数得出。tR4=CP≤2.85〔R〕(4)2mDp可以看出,要作出一项适当的设计,涉及到12管道技术与设备1998年诸多因素:直径、波距、波高、单层材质厚度、层表3P=0.25MPa大直径系列波纹管参数数以及增强方式、制造工艺、材料种类等。一般内径波距波高单层厚各应力值MPa层数要完成一项具体
5、的设计,需要在若干相互冲突mmmmmmmmR1R2R3R4的设计中选择一个折衷方案,为此,需采用计算112075901270276295机编程来实现。设计中在满足上述各应力值的1820759012113436334条件下,考虑到使用寿命、补偿量、材料利用率20201001051384345261以及稳定性、刚度等综合因素,对波形参数进行282010010513117475286优化设计。表4P=0.6MPa大直径系列波纹管参数三、讨论分析内径波距波高单层厚各应力值Mpa层数mmmmmmmmR1R2R3R4首先对直径不同的波纹管进行系列设计,112075
6、851.2394377313找出其规律性,然后对单一产品进行专门设计,182075851.23152557332如设计温度为300℃,材料为1Cr18Ni9Ti,许用20201001051.53136577313应力为115MPa。28201001051.531887573251.小通径系列(设工作压力为1.6MPa)表2、表3、表4表明大直径系列的各应力值表1小通径系列波纹管参数同样遵循小直径系列的上述规律,但当直径大内径波距波高单层厚各应力值MPa层数到一定时,随着直径的增大,R2虽相应增大但其mmmmmmmmR1R2R3R4t值仍远远小于许用应力
7、〔R〕,考虑到大直径成21930240.5312364133273253527.50.541356911322型模具投入大,占地大等特点,不应像小直径产42635270.541768911325品那样一种通径一套模具,因而降低模具的投5294030.50.551748910325入也成为优化设计的一部分。为此,为降低生产63045310.5520611210325成本可将波距、波高在一定通径范围内设计为从表1中可以看出,随着通径的增大层数相一种尺寸,以使模具具有互换性。如上表所示,应增加,即随着通径的加大需增加总壁厚才能通径在DN1000～DN1900
8、mm范围内波距均为使各应力值满足要求,这点从式(2)中也可看75mm,通径在DN2000～DN
