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分析波紋管補(bǔ)償器的失效類型及原因

時(shí)間:2009-11-03 15:21來源:未知 作者:制冷網(wǎng) 點(diǎn)擊:
第一:失效類型 波紋管的失效在管線試壓和運(yùn)行期間均有發(fā)生。管線試壓時(shí)出現(xiàn)問題主要有三種類型:由于管系臨時(shí)支撐不當(dāng),或管系固定支架設(shè)置不合理,導(dǎo)致支架破壞,波紋管過量
  

  第一:失效類型

  波紋管的失效在管線試壓和運(yùn)行期間均有發(fā)生。管線試壓時(shí)出現(xiàn)問題主要有三種類型:由于管系臨時(shí)支撐不當(dāng),或管系固定支架設(shè)置不合理,導(dǎo)致支架破壞,波紋管過量變形而失效;由于波紋管設(shè)計(jì)所考慮的壓力或位移安全富裕度不夠,管線試壓時(shí)波紋管產(chǎn)生失穩(wěn)變形失效;補(bǔ)償器制造質(zhì)量問題,制造廠偷工減料,5層不銹鋼私自改為3層或更少。

  波紋管在運(yùn)行期間的失效主要表現(xiàn)為腐蝕泄漏和失穩(wěn)變形兩種形式,其中以腐蝕失效居多。從腐蝕失效波紋管的解剖分析發(fā)現(xiàn),腐蝕失效通常分點(diǎn)腐蝕穿孔和應(yīng)力腐蝕開裂,其中氯離子應(yīng)力腐蝕開裂約占整個(gè)腐蝕失效的95%。波紋管失穩(wěn)有強(qiáng)度失穩(wěn)和結(jié)構(gòu)失穩(wěn)兩種類型,強(qiáng)度失穩(wěn)包括內(nèi)外壓波紋管平面失穩(wěn)和外壓波紋管周向失穩(wěn);結(jié)構(gòu)失穩(wěn)是內(nèi)壓波紋管補(bǔ)償器的柱失穩(wěn)。

  第二:設(shè)計(jì)疲勞壽命與穩(wěn)定性及應(yīng)力腐蝕的關(guān)系

  波紋管的設(shè)計(jì)主要考慮耐壓強(qiáng)度、穩(wěn)定性和疲勞性能等三個(gè)方面的因素。雖然國家標(biāo)準(zhǔn)和美國EJMA標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這幾方面的計(jì)算和評(píng)定都有明確的規(guī)定,但從多年的應(yīng)用實(shí)踐和波紋管失效分析中發(fā)現(xiàn),標(biāo)準(zhǔn)中給出的關(guān)于穩(wěn)定性的計(jì)算和評(píng)定方法不夠全面,且疲勞壽命也僅給出了比較粗的界限范圍(平均疲勞壽命在 103~105適用)。有時(shí)一個(gè)完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品,在實(shí)際使用時(shí)也會(huì)出現(xiàn)一些問題。如內(nèi)壓軸向型補(bǔ)償器預(yù)變位狀態(tài)在壓力試驗(yàn)時(shí)波紋管易產(chǎn)生平面失穩(wěn),大直徑外壓軸向型補(bǔ)償器全位移工作狀態(tài)波紋管易產(chǎn)生周向失穩(wěn),小直徑復(fù)式拉桿型補(bǔ)償器、鉸鏈型補(bǔ)償器全位移工作狀態(tài)易產(chǎn)生柱失穩(wěn)。波紋管過大的變形不僅對(duì)其穩(wěn)定性造成影響,還會(huì)為應(yīng)力腐蝕提供有利的環(huán)境條件。

  波紋管疲勞壽命與其綜合應(yīng)力 波紋管的補(bǔ)償量取決于其疲勞壽命,疲勞壽命越高,波紋管單波補(bǔ)償量越小。為了降低成本,提高單波補(bǔ)償量,有些生產(chǎn)廠家將波紋管的許用疲勞壽命降得很低,這樣會(huì)導(dǎo)致由位移引起的波紋管子午向彎曲應(yīng)力很大,綜合應(yīng)力很高,大大降低了波紋管的穩(wěn)定性。表1給出了無加強(qiáng)U形波紋管許用疲勞壽命與子午向綜合應(yīng)力及單波補(bǔ)償量之間的關(guān)系。波紋管的綜合應(yīng)力與其耐壓強(qiáng)度 由標(biāo)準(zhǔn)中給出的波紋管平面穩(wěn)定性和周向穩(wěn)定性的計(jì)算方法和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)可以看出,二者反映的均為強(qiáng)度問題。當(dāng)波紋管設(shè)計(jì)的許用壽命較低時(shí),不僅其子午向綜合應(yīng)力較高,環(huán)向應(yīng)力也比較高,使波紋管局部很快進(jìn)入塑性變形,導(dǎo)致波紋管失穩(wěn)。

  對(duì)于內(nèi)壓波紋管,位移應(yīng)力在波紋管波峰和波谷處形成塑性鉸,再加上壓力應(yīng)力,波紋管很快產(chǎn)生平面失穩(wěn)。這就是低疲勞壽命波紋管在位移條件下平面失穩(wěn)壓力遠(yuǎn)低于高疲勞壽命的波紋管的根本原因。例如在預(yù)變位狀態(tài)下,即波紋管位移量為許用值的1/2時(shí),一個(gè)許用疲勞壽命為200次的波紋管,尚未達(dá)到其允許設(shè)計(jì)壓力時(shí),已經(jīng)產(chǎn)生平面失穩(wěn);許用疲勞壽命為1000次的波紋管,達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí),波紋管處于平面穩(wěn)定狀態(tài),達(dá)到1.5倍設(shè)計(jì)壓力時(shí),波紋管處于臨界失穩(wěn)狀態(tài);許用疲勞壽命為2000次的波紋管達(dá)到設(shè)計(jì)壓力1.5倍時(shí),波紋管仍處于平面穩(wěn)定狀態(tài)。

  從外壓波紋管縱向剖面看,相當(dāng)于一個(gè)受壓力的拱梁,工作時(shí)波紋管處于拉伸狀態(tài),相當(dāng)于拱梁降低了拱高,其抗失穩(wěn)的能力自然降低。當(dāng)波紋管單波位移過大時(shí),波紋平直部分傾斜,使得波紋管波峰直徑有縮小的趨勢(shì),但波峰圓環(huán)直徑是確定的,為了協(xié)調(diào)變形,就會(huì)產(chǎn)生波峰塌陷,波紋管周向失穩(wěn)。在國內(nèi)外相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)中,關(guān)于位移對(duì)波紋管外壓周向穩(wěn)定性的影響均未涉及,有待于深入探討。

  總結(jié),雖然至今為止在熱力管網(wǎng)的應(yīng)用過程中尚未發(fā)現(xiàn)由疲勞而引起的破壞,但波紋管過低的設(shè)計(jì)疲勞壽命,將會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。

  補(bǔ)償器位移與其柱穩(wěn)定性 對(duì)于復(fù)式拉桿型和鉸鏈型補(bǔ)償器,橫向位移是由波紋管角變位引起中間管段傾斜實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)波紋管產(chǎn)生角變位時(shí),波紋管凸出側(cè)承壓面積大于凹陷側(cè)承壓面積,導(dǎo)致補(bǔ)償器附加了一個(gè)橫向力,較之軸向型補(bǔ)償器更易產(chǎn)生柱失穩(wěn)。顯然波紋管單波位移越大,補(bǔ)償器橫向位移越大,越易產(chǎn)生柱失穩(wěn)。

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