波紋管定義及分類
時(shí)間：2012/3/24 來源：浙江揚(yáng)子江泵業(yè)有限公司
波紋管具有多個(gè)橫向波紋的圓柱形薄壁折皺殼體。
用可折疊皺紋片沿折疊伸縮方向連接成的管狀彈性敏感元件。它的開口端固定，密封端處于自由狀態(tài)，并利用輔助的螺旋彈簧或簧片增加彈性。工作時(shí)在內(nèi)部壓力的作用下沿管子長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，使活動(dòng)端產(chǎn)生與壓力成一定關(guān)系的位移。活動(dòng)端帶動(dòng)指針即可直接指示壓力的大小。波紋管常常與位移傳感器組合起來構(gòu)成輸出為電量的壓力傳感器，有時(shí)也用作隔離元件。由于波紋管的伸展要求較大的容積變化，因此它的響應(yīng)速度低于波登管。波紋管適于測(cè)量低壓。
波紋管種類：波紋管主要包括金屬波紋管、波紋膨脹節(jié)、波紋換熱管、膜片膜盒和金屬軟管等。金屬波紋管主要應(yīng)用于補(bǔ)償管線熱變形、減震、吸收管線沉降變形等作用，廣泛應(yīng)用于石化、儀表、航天、化工、電力、水泥、冶金等行業(yè)。塑料等其他材質(zhì)波紋管在介質(zhì)輸送、電力穿線、機(jī)床、家電等領(lǐng)域有著不可替代的作用。
波紋管
bellows
壓力測(cè)量?jī)x表中的一種測(cè)壓彈性元件。它是具有多個(gè)橫向波紋的圓柱形薄壁折皺的殼體，波紋管具有彈性，在壓力、軸向力、橫向力或彎矩作用下能產(chǎn)生位移。波紋管在儀器儀表中
應(yīng)用廣泛，主要用途是作為壓力測(cè)量?jī)x表的測(cè)量元件，將壓力轉(zhuǎn)換成位移或力。波紋管管壁較薄，靈敏度較高，測(cè)量范圍為數(shù)十帕至數(shù)十兆帕。另外，波紋管也可以用作密封隔離元件，將兩種介質(zhì)分隔開來或防止有害流體進(jìn)入設(shè)備的測(cè)量部分。它還可以用作補(bǔ)償元件，利用其體積的可變性補(bǔ)償儀器的溫度誤差。有時(shí)也用作為兩個(gè)零件的彈性聯(lián)接接頭等。波紋管按構(gòu)成材料可分為金屬波紋管、非金屬波紋管兩種；按結(jié)構(gòu)可分為單層和多層。單層波紋管（見圖）應(yīng)用較多。多層波紋管強(qiáng)度高，耐久性好，應(yīng)力小，用在重要的測(cè)量中。波紋管的材料一般為青銅、黃銅、不銹鋼、蒙乃爾合金和因康鎳爾合金等。
波紋管的主要技術(shù)參數(shù)
功能參數(shù)
它們是金屬波紋管類彈性元件的主要功能指標(biāo)，是判定波紋管類組件能否應(yīng)用的重要判據(jù)。這類參數(shù)除給定一個(gè)額定值外，還要給定一個(gè)允差范圍（界限值），以保證彈性元件使用的可靠性。
質(zhì)量參數(shù)
在金屬波紋管類組件使用時(shí)并不涉及此類參數(shù)，只有在彈性元件性能檢測(cè)與質(zhì)量評(píng)定時(shí)才直接測(cè)量這些參數(shù)。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，來判定元件的功能、質(zhì)量、失效性和可靠程度。
載荷
作用在金屬波紋管及其它彈性元件上的各種預(yù)期的負(fù)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(shí)，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(duì)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。
公稱載荷
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(jì)值，或是對(duì)產(chǎn)品原型經(jīng)過實(shí)際檢測(cè)后再經(jīng)修定的設(shè)計(jì)值。
超載載荷
具體彈性元件產(chǎn)品在工作中經(jīng)受瞬間或試驗(yàn)期間允許超過額定載荷而不發(fā)生損壞、失效、失穩(wěn)時(shí)的承載能力。對(duì)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(dāng)要求大的安全系數(shù)時(shí)，使用的彈性元件規(guī)定不允許有任何超載，因此載荷必須小于或等于額定載荷值。
位移
金屬波紋管及彈性元件中某一特定點(diǎn)（自由端或中心）的位置變化。按照其運(yùn)動(dòng)軌跡，可分為線位移和角位移。在外界載荷作用下，金屬波紋管可能產(chǎn)生軸向位移、角向位侈及橫向位移。
額定位移
金屬波紋管及彈性元件在額定載荷作用下所引起的位移值，也就是它們?cè)谡Ｊ褂脳l件下允許產(chǎn)生的工作位移。
超載位移
各類彈性元件在工作瞬間或試驗(yàn)期間允許超過額定位移的承受能力。在發(fā)生超載位移時(shí)，彈性元件不應(yīng)發(fā)生損壞、失效、失穩(wěn)等情況。對(duì)于儀表彈性敏感元件，超載位移一般限定在額定位移的125%，工程中使用的波紋管類組件，應(yīng)根據(jù)工程條件和安全程度確定。
彈性特性
金屬波紋管及其它彈性元件在某一指定煮上的位移與作用載荷之間的關(guān)系稱為彈性特性，而位移和載荷都應(yīng)存元件材料的彈性范圍內(nèi)波紋管類組件的彈性特性可以用函數(shù)方程、表格與曲線圖等形式表示。其彈性特性取決于各類彈性元件的結(jié)構(gòu)及加載方式。元件的彈性特性可以是線性的或非線性的，非線性還可分為遞增特性和遞減特性兩種。
彈性特性是波紋管及其它彈性元件的一個(gè)主要性能指標(biāo)。儀器儀表和測(cè)量裝置中使用的彈性元件，在設(shè)計(jì)時(shí)一般總是力求使元件的輸出量與被測(cè)參數(shù)（載荷）之間呈線性關(guān)系。這樣可以采用較簡(jiǎn)單的傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)儀表的等分刻度。
剛度、公稱剛度和剛度允差
剛度
使金屬波紋管或其它彈性元件產(chǎn)生單位位移所需要的載荷值稱為元件的剛度，一般用“K”表示。如果元件的彈性特性是非線性的，則剛度不再是常數(shù)，而是隨著載荷的增大發(fā)生變化。
公稱剛度
彈性元件設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)給出的剛度稱為公稱（或額定）剛度．它與元件的實(shí)測(cè)剛度有誤差，特別是具有非線性彈性特性的彈性元件。公稱剛度代表的是曲線上哪一點(diǎn)的剛度，則要仔細(xì)考慮。一般來講，公稱剛度好不要直接采用設(shè)計(jì)計(jì)算值，而是應(yīng)該用產(chǎn)品原型經(jīng)過測(cè)試后的修正值。
剛度允差
對(duì)一批彈性元件測(cè)試時(shí)剛度允許的分散范圍。對(duì)同批彈性元件，每一個(gè)元件的剛度均不盡相同，有一個(gè)分散范圍。為了保證元件的使用性能，就必須對(duì)剛度分散范圍有一個(gè)限定。對(duì)彈性敏感元件，其剛度允差要求限定在公稱值的+/-5%以內(nèi)；一般工程用的波紋管類彈性元件，剛度允差可限定在+/-50%之內(nèi)。
靈敏度
金屬波紋管及其它彈性元件承受單位載荷時(shí)所產(chǎn)件的位侈量稱為元件的靈敏度。剛度和靈敏度是波紋管及其它彈性元件的主要功能參數(shù)，但它們又是同一使用特性的兩種不同的表示方法。對(duì)于不同的場(chǎng)合，為便于分析問題，可采用其中任何一種參數(shù)。
有效面積
對(duì)于實(shí)現(xiàn)壓力一力或力一壓力轉(zhuǎn)換的彈性元件，還有一個(gè)重要的功能指標(biāo)是有效面積。有效面積是指彈性元件在單位壓力作用下，當(dāng)其位移為零時(shí)所能轉(zhuǎn)換成集中力的大小。
使用壽命
彈性元件下作時(shí)有兩種狀態(tài)；一種是在一定的載荷和位移情況下工作，并保持載荷、位移始終不變或很少變化，稱為靜態(tài)工作；另一種使用情況是載荷和位移不斷周期往復(fù)交替變化．元件處于循環(huán)工作狀態(tài)。由于工作狀態(tài)的不同，元件損壞或失效的模式也不同。儀表彈性敏感元件工作在彈性范圍內(nèi)，基本上處于靜態(tài)工作狀態(tài)，使用壽命很長(zhǎng)，一般達(dá)到數(shù)萬次到數(shù)十萬次。工程中應(yīng)用的波紋管類組件，有時(shí)工作在彈塑性范圍或交變應(yīng)力狀態(tài)，壽命只有成百上干次。元件在循環(huán)工作時(shí)必須給定許用工作壽命，規(guī)定循環(huán)次數(shù)、時(shí)間和頻率。
彈性元件的額定壽命是元件設(shè)計(jì)時(shí)定出的預(yù)期使用壽命，要求在這段期間內(nèi)元件不允許出現(xiàn)疲勞、損壞或失效等現(xiàn)象。
彈性元件的密封性
密封性是指元件在一定的內(nèi)、外壓差作用下保證不泄漏的性能。波紋管類組件工作時(shí)，內(nèi)腔充有氣體或液體介質(zhì)，并有一定的壓力，因此必須保證密封性。密封性的檢測(cè)方法有氣壓密封性試驗(yàn)、滲漏試驗(yàn)、液體加壓試驗(yàn)、用氦質(zhì)譜檢漏儀檢測(cè)等。
彈性元件的自振頻率
在工業(yè)中使用的彈性元件，其工作環(huán)境往往都有一定程度的振動(dòng)，有些元件用作隔振部件．本身就處在振動(dòng)條件下。對(duì)于在特殊條件下應(yīng)用的彈性元件，必須防止元件的自振頻率（特別是基頻）與系統(tǒng)中任何一種振動(dòng)源振頻相近，避免發(fā)生共振而引起損壞。波紋管類組件在各種領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，為避免波紋管發(fā)生共振面損壞，波紋管的固有頻率應(yīng)低于系統(tǒng)的振動(dòng)頻率，或至少比系統(tǒng)振頻高出50%。
使用溫度范圍
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(jì)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(dá)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(shí)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。
金屬波紋管及其它彈性元件的質(zhì)量參數(shù)
非線性、非線性度
當(dāng)彈性元件產(chǎn)生的位移與作用載荷的關(guān)晰系偏離了理想的直線．就稱該元件特性為非線性的。
非線性度是一個(gè)系統(tǒng)誤差，經(jīng)過測(cè)試分析后是可以被確知的。對(duì)于在工程技術(shù)中應(yīng)用的波紋管類組件，其特性的非線性可以被忽略。但對(duì)儀器儀表用彈性敏感元件，必須對(duì)元件的非線性進(jìn)行測(cè)試和補(bǔ)償，才能提高儀表或變送器的檢測(cè)精度。
彈性遲滯與彈性后效
由于彈性材料的微觀結(jié)構(gòu)缺陷等原因，元件的特性會(huì)表現(xiàn)出滯后性，產(chǎn)生彈性遲滯和彈性后效。
彈性遲滯
彈性元件在加載和卸載過程中，彈性特性曲線不相重合的現(xiàn)象稱為彈性遲滯。
彈性后效
當(dāng)載荷停止變動(dòng)或完全卸載后，彈性元件不是立即完成相應(yīng)的位移．而是要經(jīng)過一段時(shí)間后才能逐漸回復(fù)的現(xiàn)象稱為彈性后效。
實(shí)際上，彈性遲滯和彈性后效是同時(shí)發(fā)生的，它們無法區(qū)分，因此得到的是兩者迭加后的實(shí)際滯后回線。一般情況下不作單獨(dú)考慮，統(tǒng)稱為元件的彈性滯后及滯后百分率。
殘余變形
金屬波紋管及其它彈性元件的殘余變形是指加載后元件產(chǎn)生位移，而卸載后再經(jīng)過相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間彈性元件仍不能回復(fù)到原始位置．產(chǎn)生一個(gè)永久變形的殘留值。元件的殘余變形里與使用狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)拉伸（或壓縮）的位移里逐漸增大到一定的位移值后，殘余變形將顯著增加。
殘余變形是判定彈性元件變形能力的參數(shù)對(duì)于彈性敏感元件，如果在達(dá)到額定位移值后產(chǎn)生了較大的殘余位移，這將影響儀表的測(cè)量精度。因此．一般對(duì)殘余變形量給出一定的界限值。在工程中應(yīng)用的波紋管類組件（如波紋膨脹節(jié)），有時(shí)為得到較大的位移，使元件工作在彈塑性區(qū)，會(huì)出現(xiàn)較大的殘余變形。如能滿足一定的使用壽命而不失效．這時(shí)殘余變形量不再考慮。
熱彈性效應(yīng)
當(dāng)工作溫度發(fā)生變化時(shí)，彈性元件的幾何尺寸和材料的彈性模量也會(huì)隨之變化，從而引起溫度誤差。
失穩(wěn)
彈性元件（如跳躍膜片、螺旋彈簧、波紋管等）在載荷F 或p 作用下會(huì)發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。波紋管的失穩(wěn)有平面失穩(wěn)和柱失穩(wěn)兩種情況。平面失穩(wěn)是指波紋環(huán)板平面翹曲、變形、波距不均勻等：柱失穩(wěn)是波紋瞥軸線總體彎曲，偏離原來的直線位置．不論是哪一種失穩(wěn)，都是發(fā)生了波紋管的幾何形狀失去原有平衡狀態(tài)，產(chǎn)生形狀突然畸變的現(xiàn)象，失穩(wěn)發(fā)生的瞬間元件所承受的應(yīng)力常常并未達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度，甚至有時(shí)小于彈性極限。除了跳躍膜片是利用元件的失穩(wěn)現(xiàn)象制成的一種兩位式開關(guān)器件外，其它彈性元件使用時(shí)，都應(yīng)避免失穩(wěn)產(chǎn)生。防止元件失穩(wěn)的措施有：元件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免元件過長(zhǎng)過薄；長(zhǎng)波紋管在使用時(shí)應(yīng)采用心軸或拉桿保護(hù)；彈性元件承載時(shí)，載荷應(yīng)加在元件的書合位置，防止載荷偏斜。
金屬波紋管剛度_應(yīng)力_有效面積_耐壓力_穩(wěn)定性_壽命計(jì)算
金屬波紋管的設(shè)計(jì)計(jì)算金屬波紋管設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)是板殼理論、材料力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)等。波紋管設(shè)計(jì)的參數(shù)較多，由于波紋管在系統(tǒng)中的用途不同，其設(shè)計(jì)計(jì)算的重點(diǎn)也不一樣。例如，波紋管用于力平衡元件，要求波紋管在工作范圍內(nèi)其有效面積不變或變化很小，用于測(cè)量元件，要求波紋管的彈性特性是線性的；用于真空開關(guān)管作真空密封件，要求波紋管的真空密封性、軸向位移量和疲勞壽命；用于閥門作密封件，要求波紋管應(yīng)具有一定的耐壓力、耐腐蝕、耐溫度、工作位移和疲勞壽命。根據(jù)波紋管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以把波紋管當(dāng)作圓環(huán)殼、扁錐殼或圓環(huán)板所組成。設(shè)計(jì)計(jì)算波紋管也就是設(shè)計(jì)計(jì)算圓外殼、扁錐殼或團(tuán)環(huán)板。
波紋管設(shè)計(jì)計(jì)算的參數(shù)為剛度、應(yīng)力、有效面積、失穩(wěn)、允許位移、耐壓力和使用壽命。
波紋管的剛度計(jì)算
波紋管的剛度按照載荷及位移性質(zhì)不同，分為軸向剛度、彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度等。目前在波紋管的應(yīng)用中，絕大多數(shù)的受力情況是軸向載荷，位移方式為線位移。以下是幾種主要的波紋管軸向剛度設(shè)計(jì)計(jì)算方法：
1．能量法計(jì)算波紋管剛度
2．經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算波紋管剛度
3．?dāng)?shù)值法計(jì)算波紋管剛度
4．EJMA 標(biāo)準(zhǔn)的剛度計(jì)算方法
5．日本TOYO 計(jì)算剛度方法
6．美國(guó)KELLOGG（新法）計(jì)算剛度方法
除了上述六種剛度計(jì)算方法之外，國(guó)外還有許多種其它的計(jì)算剛度的方法，在此不再介紹。我國(guó)的力學(xué)工作者在波紋管的理論研究和實(shí)驗(yàn)分析方面作了大量工作，取得了豐碩的研究成果。其中主要的研究方法是：
（1）攝動(dòng)法
（2）數(shù)值積分的初參數(shù)法
（3）積分方程法
（4）攝動(dòng)有限單元法
上述方法都可以對(duì)波紋管進(jìn)行比較精確的計(jì)算。但是，由于應(yīng)用了較深的理論和計(jì)算數(shù)學(xué)的方法，工程上應(yīng)用有一定的困難，也難于掌握，需要進(jìn)一步普及推廣。
金屬波紋管與螺旋彈簧聯(lián)用時(shí)的剛度計(jì)算
在使用過程中，對(duì)剛度要求較大，而金屬波紋管本身剛度又較小時(shí)，可以考慮在波紋管的內(nèi)腔或外部配置圓柱螺旋彈簧。這樣不僅可以提高整個(gè)彈性系統(tǒng)的剛度，而且遲滯引起的誤差也可以大為減小。這種彈性系統(tǒng)的彈性性能主要取決于彈簧的特性和波紋管有效面積的穩(wěn)定性。
波紋管的彎曲剛度
波紋管的應(yīng)力計(jì)算
金屬波紋管作為彈性密封零件，首先要滿足強(qiáng)度條件，即其大應(yīng)力不超過給定條件下的許用應(yīng)力。許用應(yīng)力可由極限應(yīng)力除以安全系數(shù)得出。根據(jù)波紋管的工作條件和對(duì)它的使用要求，極限應(yīng)力可以是屈服強(qiáng)度，也可以是波紋管失穩(wěn)時(shí)的臨界應(yīng)力，或者是疲勞強(qiáng)度等。要計(jì)算波紋管大工作應(yīng)力必須分析波紋管管壁中的應(yīng)力分布。
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(shí)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(shí)產(chǎn)生徑向薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。波紋管在工作時(shí)，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(shí)的應(yīng)力，波紋管承受外壓的能力一般情況下高于耐內(nèi)壓能力。隨著波紋管的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)波紋管的應(yīng)力進(jìn)行大量的分析研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作，提出了許多供工程設(shè)計(jì)使用的計(jì)算公式、計(jì)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(jiǎn)化就是過于理想，難以保證使用上的安全可靠，不少方法未能為工程界所接受。因此，真正符合實(shí)用要求的方法為數(shù)不多。目前，應(yīng)用比較普遍的方法有如下兩種：
1．?dāng)?shù)值法計(jì)算波紋管應(yīng)力
假定波紋管的全部波紋都處于同一條件下，在計(jì)算時(shí)只研究波紋管波紋的單個(gè)半波。這樣，在研究中就不考慮端部波紋，雖然端部波紋的邊界條件與中間波紋有所不同。數(shù)值法是根據(jù)E．列斯涅爾對(duì)于變壁厚回轉(zhuǎn)薄殼產(chǎn)生軸向?qū)ΨQ變形時(shí)所列的非線性方程來解的。在推導(dǎo)E．列斯涅爾方程時(shí)，應(yīng)用了薄殼理論的一般假定，其中包括：與環(huán)殼曲率主半徑相比厚度很小的假定；材料的均一性和各向同性的假定。采用上述假定也會(huì)給計(jì)算帶來一定的誤差。因?yàn)樵谥圃觳y管時(shí)，管坯的軋制，拉深和隨后的波紋塑性成形會(huì)造成材料力學(xué)性能上的各向異性和不均勻性。
2．美國(guó)EJMA 應(yīng)力計(jì)算方法
波紋管的有效面積計(jì)算
有效面積是波紋管的基本性能參數(shù)之一，它表征波紋管將壓力轉(zhuǎn)換為集中力的能力，在利用波紋管把壓力變成集中力輸出的場(chǎng)合，有效面積就是一個(gè)重要參數(shù)。
波紋管用于力平衡式儀表時(shí)，其有效面積的穩(wěn)定性會(huì)直接影響著儀表的精度。所以在這種場(chǎng)合不但要求波紋管具有合理的有效面積，而且還要求有效面積在工作過程中不隨工作條件而變化。
1．有效面積的概念和有效面積的變化
有效面積是一個(gè)等效的面積，壓力作用在這個(gè)面積上將產(chǎn)生相等的軸向力。一般情況下，隨著內(nèi)壓力的增大，波紋管有效面積變小，面隨外壓力的增加，有效面積變大。
2．波紋管的體積有效面積
波紋管在外力或壓差作用下，其體積變化量與相應(yīng)的有效長(zhǎng)度的變化量之比值稱為體積有效面積。
3．波紋管有效面積的計(jì)算
對(duì)波紋管有效面積提出的要求及其計(jì)算方法取決于波紋管的用途。如果波紋管用作彈性密封件或管路熱補(bǔ)償時(shí)，有效面積的意義僅在于用來計(jì)算波紋管成形時(shí)的軸向力和使用系統(tǒng)中的推力。波紋管的有效面積計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間急有一些差別。一般情況下用專用公式計(jì)算波紋管的有效面積，是可以滿足需要的。
當(dāng)波紋管用于力平衡儀表和需要將壓力轉(zhuǎn)換為力的場(chǎng)臺(tái)，應(yīng)準(zhǔn)確確定其有效面積，要求逐個(gè)進(jìn)行測(cè)量。
波紋管的其它計(jì)算
1．波紋管的耐壓力
耐壓力是波紋管性能的一個(gè)重要參數(shù)。波紋管在常溫時(shí)，波形上不發(fā)生塑性變形所能承受的大靜壓力，即為波紋管的大耐壓力在一般情況下，波紋管是在一定的壓力（內(nèi)壓或外壓）下工作的，所以它在整個(gè)工作過程中必須承受這個(gè)壓力而不產(chǎn)生塑性變形。
波紋管的耐壓力實(shí)際上屬于波紋管的強(qiáng)度范疇。計(jì)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(diǎn)的應(yīng)力不超過材料的屈服強(qiáng)度，波紋管所受的壓力就不會(huì)達(dá)到其耐壓力。
同一波紋管在其它工作條件相同時(shí)，受外壓比受內(nèi)壓時(shí)的穩(wěn)定性要好，所以，受外壓作用時(shí)的大耐壓力比受內(nèi)壓時(shí)高。
當(dāng)波紋管兩端固定，如果在其內(nèi)腔通入足夠大的壓力時(shí)，波紋管波峰處有可能爆破損壞。波紋管開始出現(xiàn)爆破時(shí)波紋管內(nèi)部的壓力值稱為爆破壓力。爆破壓力是表征波紋管大耐壓強(qiáng)度的參數(shù)。波紋管在整個(gè)工作過程中，其工作壓力遠(yuǎn)小于爆破壓力，否則波紋管將破裂損壞。
當(dāng)波紋長(zhǎng)度小于或等于外徑時(shí)，其計(jì)算結(jié)果和實(shí)際爆破壓力很接近；對(duì)細(xì)長(zhǎng)型波紋管其實(shí)際爆破壓力要低很多。爆破壓力大約為允許工作壓力的3~10倍。
2．波紋管的穩(wěn)定性
當(dāng)波紋管兩端都受到限制時(shí)，如果波紋管內(nèi)壓力增大至某一臨界值，波紋管就會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。
3．波紋管的允許位移
對(duì)于工作在壓縮狀態(tài)的波紋管，它的大壓縮位移是：波紋管在壓力作用下，壓縮到波紋之間相互彼此接觸時(shí)所能產(chǎn)生的大位移值，也稱為結(jié)構(gòu)允許大位移，它等于波紋管自由長(zhǎng)度與大壓縮長(zhǎng)度之差。
波紋管不產(chǎn)生塑性變形情況下所能獲得的大位移稱為波紋管的允許位移。
波紋管在實(shí)際工作過程中會(huì)產(chǎn)生殘余變形，殘余變形又稱永久變形或塑性變形，波紋管在力或壓力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)力或壓力卸除后，波紋管不恢復(fù)原始狀態(tài)的現(xiàn)象稱殘余變形，殘余變形通常用波紋管不恢復(fù)原始位置的量來表示又稱零位偏移。
波紋管位移與零位偏移之間的關(guān)系，無論拉伸還是壓縮位移，在波紋管位移的起始階段，它的殘余變形量都很小，一般都小于波紋管標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的允許零位偏移值。但是，當(dāng)拉伸（或壓縮）位移量逐漸增大到超過一定的位移值后，會(huì)引起零位偏移值的突然增大，這表示波紋管產(chǎn)生比較大的殘余變形，在這之后．如果再增大一點(diǎn)位移量，殘余變形將顯著增加。所以波紋管一般不應(yīng)超過這個(gè)位移量，不然將會(huì)嚴(yán)重的降低其精度、穩(wěn)定性和可靠性以及使用壽命。
波紋管在壓縮狀態(tài)下工作時(shí)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(jì)波紋管時(shí)應(yīng)盡可能讓波紋管在壓縮狀態(tài)下工作。通過實(shí)驗(yàn)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。
允許位移與波紋管的幾何尺寸參數(shù)及材料性能有關(guān)。一般情況下，波紋管的允許位移大小與材料的屈服強(qiáng)度及外徑的平方成正比，而與材料的彈性模量、波紋管的壁厚成反比。同時(shí)，相對(duì)波深、波厚對(duì)它也有一定影響。
4．波紋管的壽命
波紋管的壽命是在工作條件下使用時(shí)，能保證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(dòng)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?yàn)椴y管的作用不同，對(duì)其使用壽命的要求也不一樣。
（1）波紋管用來補(bǔ)償管路系統(tǒng)中因安裝造成的位置偏差時(shí)，對(duì)其壽命要求只有幾次就夠了。
（2）波紋管用于開關(guān)頻率較高的恒溫控制器中，其壽命要達(dá)到10000次才能滿足使用要求。
（3）波紋管用于真空開關(guān)作為真空密封件時(shí)，其壽命要達(dá)到30000次才能保證正常工作。
從上面三種使用實(shí)例中可見，由于使用條件不同，波紋管要求的使用壽命相差很大。波紋管壽命與所選用材料的疲勞特性有關(guān)，同時(shí)也取決于成形波紋管的殘余應(yīng)力的大小、應(yīng)力集中的情況和波紋管的表面質(zhì)量等。此外，使用壽命與波紋管的工作條件有關(guān)。例如：波紋管工作時(shí)的位移、壓力、溫度、工作介質(zhì)、振動(dòng)條件、頻率范圍、沖擊條件等。
波紋管在工作過程中，其壽命長(zhǎng)短主要取決于工作過程中產(chǎn)生的大應(yīng)力。為了降低應(yīng)力，一般通過減少波紋管的工作位移和降低工作壓力來實(shí)現(xiàn)。在一般設(shè)計(jì)中規(guī)定波紋管的工作位移應(yīng)小于它的允許位移的一半，它的工作壓力應(yīng)小于波紋管的耐壓力的一半。
對(duì)目前生產(chǎn)的波紋管進(jìn)行試驗(yàn)證明，如果波紋管按上述規(guī)范工作，它的便用壽命基本土可達(dá)到5萬次左右。
根據(jù)工作壓力性質(zhì)的不同，波紋管的允許位移也有所區(qū)別一般波紋管只承受軸向載荷（拉力或壓力）時(shí)，它的允許位移可在波紋管有效長(zhǎng)度的10%~40%之間選用；而在波紋管承受橫向集中力、扭轉(zhuǎn)力矩或綜合受力時(shí)，波紋管的允許位移應(yīng)適當(dāng)減小。
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(shí)，其使用壽命將有差別。顯然，在交變載荷下工作時(shí)，波紋管的壽命比恒定載荷下工作時(shí)要短一些。
金屬波紋管選型的5個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)
金屬波紋管及翅片式波紋管在內(nèi)燃機(jī)冷卻器中的應(yīng)用，在汽柴油發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻器殼體內(nèi)或冷卻芯子的兩管板間安裝1－1000根帶有間斷性凸凹狀金屬波紋管，采用擴(kuò)管法、焊接法等方法將其固定在一端管板上，使冷卻介質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，達(dá)到提高傳熱系數(shù)，增加傳熱效率。該發(fā)明構(gòu)思新奇、工藝實(shí)用、成本低廉、性能可靠、傳熱效率高、不結(jié)垢、壽命長(zhǎng)、熱應(yīng)力小。
1、壓力 根據(jù)軟管實(shí)際工作壓力，再查詢波紋的公稱通徑與壓力表,決定是否使用不銹鋼網(wǎng)套類型的。
2、尺寸軟管公稱通徑，選用接頭型式（主要有法蘭聯(lián)接、螺紋連接、快速接頭連接）及的尺寸，軟管長(zhǎng)度。
3、狀態(tài) 按軟管使用時(shí)的狀態(tài)，參照金屬軟管的正確使用與安裝方法與軟管在沉降補(bǔ)償時(shí)的佳長(zhǎng)度．軟管各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的長(zhǎng)度計(jì)算及軟管的小彎曲次數(shù)和小彎曲半徑等因素，參數(shù)正確選取軟管長(zhǎng)度，并正確安裝。
4、溫度 軟管內(nèi)介質(zhì)的工作溫度及范圍；軟管工作時(shí)的環(huán)境溫度。高溫時(shí)，須按金屬波紋管高溫下的工作壓力溫度修正系數(shù)，確定溫度修正后的壓力，以確定選用正確的壓力等級(jí)。
5、介質(zhì) 軟管中所輸送的介質(zhì)的化學(xué)屬性，按軟管材質(zhì)耐腐蝕性能參數(shù)表，決定軟管各零件的材質(zhì)。
鋼帶波紋管
鋼帶波紋管結(jié)構(gòu)
鋼帶波紋管又叫鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管是一種以高密度聚乙烯(PE)為基體(內(nèi)外層)與表面涂敷粘接樹脂鋼帶復(fù)合的纏繞結(jié)構(gòu)壁管。管壁結(jié)構(gòu)由三層構(gòu)成：內(nèi)層是一個(gè)連續(xù)實(shí)壁PE內(nèi)層管，
內(nèi)層管外纏繞有(用鋼板成形為“V”型的)環(huán)形波狀鋼帶增強(qiáng)體，在波狀鋼帶增強(qiáng)體外復(fù)合有聚乙烯的外層，從而復(fù)合成整體的螺旋波紋管。其典型的結(jié)構(gòu)如圖所示。鋼的彈性模量是聚乙烯的近200倍（碳素鋼的彈性模量在190000 MPa左右），結(jié)合金屬和塑料的優(yōu)點(diǎn)顯然是達(dá)到高剛度低消耗的理想辦法，能夠?qū)摬牡母邉偠取⒏邚?qiáng)度和塑料的耐腐蝕、耐磨損和柔韌性等優(yōu)良特性有機(jī)地結(jié)合起來，發(fā)揮兩方面的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)兩方面的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高性能和低成本的統(tǒng)一。
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