波紋管上的應(yīng)力是由系統(tǒng)中的壓力和波紋管變形所產(chǎn)生的。壓力在波紋管上產(chǎn)生環(huán)(周向)應(yīng)力,而在波的側(cè)壁、波谷和波峰處產(chǎn)生徑向的薄膜和彎曲應(yīng)力。不能抗彎的薄殼有時稱為薄膜,忽略彎曲而算得的應(yīng)力則稱為薄膜應(yīng)力。波紋管變形時產(chǎn)生徑向薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。波紋管在工作時,有的承受內(nèi)壓,有的承受外壓,例如波紋膨脹節(jié)和金屬軟管在多數(shù)情況下其波紋管承受內(nèi)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(nèi)壓時的應(yīng)力,波紋管承受外壓的能力一般情況下耐內(nèi)壓能力。隨著波紋管的廣泛應(yīng)用,人們對波紋管的應(yīng)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(shè)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(fù)使用不方便,有的方法假設(shè)條件不是過于簡化就是過于理想,難以使用上的安全可靠,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(shù)不多。
密封性是指元件在一定的內(nèi)、外壓差作用下不泄漏的性能。波紋管類組件工作時,內(nèi)腔充有氣體或液體介質(zhì),并有一定的壓力,因此密封性。密封性的檢測方法有氣壓密封性試驗、滲漏試驗、液體加壓試驗、用肥皂水或氦質(zhì)譜檢漏儀檢測。
金屬波紋管類組件的使用溫度范圍很寬,一般都在彈性元件設(shè)計制造前給出。有些特殊用途的波紋管,內(nèi)腔通過液氧(-196℃)或更低溫度的液氮,耐壓高達25MPa 。管網(wǎng)系統(tǒng)連接用的大型波紋膨脹節(jié)(公稱直徑有時超過lm ),要求承壓4MPa,耐溫400℃,且有一定的耐腐蝕穩(wěn)定性。彈性元件的溫度適應(yīng)能力取決于所采用彈性材料的耐溫性能。因此根據(jù)彈性元件的使用溫度范圍,選用合適溫度性能參數(shù)的彈性材料,才能加工制造出合格的波紋管類組件。
作用在金屬波紋管及其它彈性元件上的各種預(yù)期的負荷值,如集中力F、壓力p 和力矩M 等。在金屬波紋管類彈性元件使用時,除給定施加的載荷值外,還須給定載荷的作用方向及作用位置。對于壓力載荷,還要說明彈性元件是承受內(nèi)腔壓力或外腔壓力。
金屬波紋管及其它彈性元件在正常工作條件下允許使用的大載荷值或滿量程值。它通常是預(yù)期的設(shè)計值,或是對產(chǎn)品原型經(jīng)過實際檢測后再經(jīng)修定的設(shè)計值。具體彈性元件產(chǎn)品在工作中經(jīng)受瞬間或試驗期間允許超過額定載荷而不發(fā)生損壞、失效、失穩(wěn)時的承載能力。對于儀表彈性敏感元件,一般限定超載能力為額定載荷的125%。在工程中使用的波紋管類組件,一般限定在額定載荷的150%。根據(jù)工程要求,當要求大的安全系數(shù)時,使用的彈性元件規(guī)定不允許有任何超載,因此載荷小于或等于額定載荷值。
波紋管的耐壓力實際上屬于波紋管的強度范疇。計算的關(guān)鍵是應(yīng)力分析,也就是分析波紋管管壁上的應(yīng)力只要波紋管管壁上大應(yīng)力點的應(yīng)力不超過材料的屈服強度,波紋管所受的壓力就不會達到其耐壓力。同一波紋管在其它工作條件相同時,受外壓比受內(nèi)壓時的穩(wěn)定性要好,所以,受外壓作用時的大耐壓力比受內(nèi)壓時高。
波紋管在壓縮狀態(tài)下工作時的允許壓縮位移量比工作在拉伸狀態(tài)下的允許拉伸位移量要大一些,所以在設(shè)計波紋管時應(yīng)盡可能讓波紋管在壓縮狀態(tài)下工作。通過實驗發(fā)現(xiàn),在一般情況下,同一材料、同一規(guī)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。
波紋管的壽命是在工作條件下使用時,能正常工作的短工作期限或循環(huán)次數(shù)。用波紋管組成的彈性密封系統(tǒng),經(jīng)常在承受較多循環(huán)次數(shù)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。
應(yīng)用多層波紋管可以降低剛度和變形引起的應(yīng)力,因而可以在很大程度上提高波紋管的壽命。波紋管在其它情況相同而工作壓力性質(zhì)(恒定或交變載荷)不同的條件下工作時,其使用壽命將有差別。顯然,在交變載荷下工作時,波紋管的壽命比恒定載荷下工作時要短一些。
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