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波纹膨胀节疲劳试验

发布时间:2012-11-16

      当系统装置开停工操作或正常操作中的温度变化都可能引起管道及设备的热胀冷缩,从而也使波纹管产生伸缩变形。有些场合,也会因机械位移而产生伸缩变形。这些位移变化所引起的应力往往是交变应力。另外,操作压力的波动,也会引起交变应力。膨胀节在交变应力作用下就可能引起疲劳失效。对膨胀节而言因位移变化较大,所以引起的交变应力范围也较大,容易引起疲劳破坏,因此波纹管的疲劳已成为设计计算时必须认真考虑的问题。
      关于膨胀节疲劳的设计计算公式或曲线,一般有两类:一类是为半经验的理论公式,如在曼森-柯芬公式基础推演而得的兰格公式就属此类。另一类是以实验数据为基础的公式或曲线,像EJMA(美国膨胀节制造商协会标准)标准中的计算式和曲线就属此类。根据实际应用情况来看,EJMA的计算公式和实际情况较为接近,但是各种设计公式或图线都是有一定适用条件的。同时,疲劳寿命的影响因素很多,数据也较分散,因此,为了实际考核膨胀节的抗疲劳性能或者为了检验波纹管可以承受预定的变形循环次数,进行疲劳试验是很有必要的。疲劳寿命也是考核膨胀节产品质量的一个重要指标。
      1)试件
      膨胀节疲劳试验的试件,一般应是实际产品。作为试件的产品应是有代表性的合格产品。试件的波数应不小于3个,波纹的波形及制造工艺应符合有关标准要求,试验前,应全面常握波纹管的各种参数。
       2)疲劳试验条件的决定
      疲劳试验应在专用的疲劳试验机上进行,目前常用的疲劳试验机有液压式或机械式两类。
      对于设计温度在材料蠕变温度下的膨胀节,试验可在常温下进行。
      在进行疲劳试验时,波纹管内可以是常压,也可以是采用变化的压力。后者更接近于膨胀节的实际使用工况。其循环位移可以是拉压对称位移循环,也可以是从自由长度进行轴向压缩至规定值的位移循环。决定循环试验速率时,应使位移在各波间能均匀地分配为原则,一般以每分钟不超过30次为宜。
       疲劳试验中,当波纹管出现了穿透性裂纹时,即认为已发生疲劳破坏。此时测得的循环寿命,即为膨胀节的实际疲劳破坏寿命(次)。
       在疲劳试验中各波的变形可能不一致,要注意观察各波距的变化。在进行疲劳破坏寿命计算时,可根据各波距循环位移的实际测量值和波纹管的实际尺寸进行。同时,为便于分析,也要根据图样上的名义尺寸进行计算。最后列表进行比较。
      (7)膨胀节的爆破试验
       膨胀节有可能由于结构设计不合理,制造质量不符合有关标准要求,或操作不当等原因而引发爆破。发生爆破时,往往会给生命财产造成巨大损失,因此膨胀节发生爆破的问题,也被工程所重视。
      1)加压时U形波纹的变化过程
      膨胀节爆破试验装置和液压试验装置基本相同。因为是爆破试验,应十分注意安全问题。膨胀节爆破试验时,在不断加压的过程中,膨胀节波纹管的变形大致过程如下:当压力逐渐升至设计压力时,波纹管外形无明显变化。当压力继续升高,波纹管会出现失稳现象,可能是平面失稳,也可能是柱失稳。当直径较小,波数较多时,即L/D比值较大时(L一波纹管长度;D一波纹管直径),往往会发生柱失稳。否则,可能发生平面失稳,当出现失稳后,继续加压,此时,波谷可能部分地被压扁。压力继续上升,失稳加剧。再继续加压,则波纹管产生明显周向鼓胀,并会发生波形局部明显鼓出,波谷也被拉曲。内压再继续升高,最后会发生爆破,爆裂口一般应是沿经向的。此时可从压力表上读出最终的爆破压力,一般爆破力还是较高的,可达设计压力的5倍,甚至更高。
      2)U形波纹管膨胀节爆破压力的计算
       U形波纹管在加压过程中,形状变化很大,很不规则,而且其变形形状受长径比等参数的影响较明显,因此还没有建立较完善的爆破压力计算公式。在此推荐按式(72)计算爆破压力:
       Pb=[(1.14q+4h)δmmσb]/[(Db+2h)q] (72)
          式中 q-- 波距,mm;
          h-- 波高,mm;
          Db--波纹内径,mm;
          δm--不锈钢波纹管一层的实际厚度,mm;
          m-- 波纹厚度δ的层数:
          σb-- 材料在操作温度下的强度极限,Mpa;