波紋膨脹節的作用表現在哪些方面？

文章來源：http://www.cnsmq.com.cn 發布時間：2020-05-19 瀏覽次數：76

波紋管是波紋補償器的核心元件，它是由一個具有橫向波紋的圓柱形薄壁金屬殼體，在軸向拉力或壓力的作用下，它可以伸長或縮短。如果對其施加一個產生彎曲力矩的橫向力，它可以在軸向做相應的位移。目前工程中常用的波紋補償器分自由型和壓力平衡型兩大類。根據不同的補償需求，可以設計出許多不同的結構形式。

目前，常用于供熱管網工程中的波紋補償器的波紋管材料為奧氏體不銹鋼，即1Cr18Ni9Ti，壁厚在0.5mm~3mm，工作壓力0.25MPa~5MPa，管道直徑DN100~DN1400。

供熱管網常用的軸向波紋補償器的工作壓力1.0MPa~5MPa，DN100~DN1400管道的最小壁厚在4mm~16mm，而波紋管的壁厚采用0.5mm~7mm，可以承受供熱管網的工作壓力，這是由于波紋管具有特殊的結構性質。

受壓管道軸向剖面上的應力是指受壓直徑與軸向長度所構成面積上的總荷載同兩倍管壁厚度與軸向長度乘積之比。通過公式（2）與公式（3）比較，我們發現公稱直徑相同、材料壁厚相同在一定的工作壓力條件下波紋管的應力要比光滑管的應力少55%~70%。也就是若公稱直徑相同，材料壁厚相同，許用應力也相同，則波紋管所需材料厚度也將比光滑管小55%~70%。

此外，在供熱管網工程設計中，我們選用的管道材料一般為碳鋼或低合金鋼，這些材料在受熱后應力變化的情況及表面抗腐蝕的性能與制作波紋管所用的不銹鋼材料性能相比又不一樣。因此，常用的波紋管材料厚度較同樣規范的熱網工程所用管道壁厚要薄得多。當然這僅是定性分析。若定量分析的話，可以依據《金屬波紋管膨脹節通用技術條件》GB/T12777-2008，進行詳細計算。

金屬波紋管膨脹節的結構特點說明它在受到軸向力或受到產生彎曲力矩的橫向力后，個別部分很容易產生變形。波峰半圓弧在受到上述力作用后可能漲大或縮小，這些都是光滑管所不具備的。因此，在相同的壁厚條件下，波紋管的徑向剛度比光滑管的剛度大得多，而軸向剛度則比光滑管的軸向剛度小得多。

所以將波紋管用來作為供熱管網工程中的補償器正是利用了它在軸向剛度較小的特點，同時薄壁也是剛度小的原因之一。特別是大直徑管道上這種特點更加明顯。

剛度值是金屬波紋補償器的重要指標之一，作為定型產品，不同型式，不同規格的波紋補償器的剛度值是一定的，這在產品樣本中可以直接查到。通過剛度值可以很容易地計算出波紋補償器的彈性反力，這是設計固定支架或支墩的必備條件之一。

另外需要說明的是，在熱力管道系統中波紋管作為補償器來說是一個撓性元件，一般來說其剛度值遠遠小于管道彎頭的剛度。

因此，對于壓力平衡性的波紋補償器來說，在進行熱補償的過程中變形量是較大的，而管道彎頭是保持不變形的。這與Ⅱ型補償器及其它各種自然補償方式是不同的。所以管道彎頭部分的應力將會處于一個很低的水平。

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疲勞壽命是波紋補償器的重要指標之一。目前國內生產的波紋補償器的疲勞壽命大都在500次~5000次的范圍內，應該說對于城市集中供熱的熱網工程來說，具有這樣的疲勞次數是足夠的。

波紋補償器的許用疲勞壽命1000次，其意義為補償器在規定的公稱壓力等級下，位移范圍值達到額定值時循環次數1000次而不被破壞。

如果不銹鋼補償器所承受的工作壓力或位移量偏移規定值時，則疲勞壽命值將會有很大的不同。定性地說，如果達不到規定值時，則許用疲勞循環次數將會增加，反之則減少。

具體來說，一般在供熱管網工程中疲勞循環類型有兩大類：第一類為系統經常開、停造成管網壓力、位移的變化。第二類為系統在運行狀態下壓力、位移的較大波動。在計算補償器疲勞破壞時一般采用累計疲勞計算法。一般來說，管網系統運行工況（壓力、溫度、位移）低于補償器額定值時，疲勞壽命將會增加，反之將減少。

應該特別指出的是運行工況與補償器額定值偏離的越多，則許用疲勞循環次數差別就越大。因此，在考慮疲勞壽命時應盡量使運行工況接近補償器的額定值，以減少浪費，保證安全。