金屬波紋管在截止閥、閘閥、調節(jié)閥、安全閥和球閥等閥門中的應用、設計和選型。對閥門用金屬波紋管在使用中出現的出現的問題給出了解決辦法。
一、金屬波紋管閥門概念：
隨著世界范圍內環(huán)保意識的增強，人們對閥門的密封要求越來越高，特別是該裝置以及石油和化工等特殊場合，要求閥門必須實現“零泄漏”。因此，蘇聯(lián)、德國、美國和日本等國家率先將金屬波紋管應用于閥門領域，使波紋管閥門作為一個新產品首先在航空、航天、艦船和核工業(yè)等軍工領域得到應用，并迅速在石油和化工等行業(yè)得以推廣。
金屬波紋管的作用主要是實現測量、連接、轉換、補償、隔離、密封和減震等功能。在波紋管截止閥和閘閥中的作用只要是隔離、密封和補償功能，在自力式調節(jié)閥中，還與彈簧配套起到輸出力和開區(qū)關閉閥門的作用。
用于波紋管閥門的金屬筆文官只要有液壓成形和焊接成形兩種，是根據實際使用的閥門閥體高度、位移量、耐壓能力以及剛度要求綜合考慮選擇何種形式的金屬波紋。金屬波紋管的材料主要是奧氏體不銹鋼以及高溫合金鋼等，材料的選擇主要是根據閥門實際使用介質腐蝕性和使用溫度決定的。
由于近年來國內閥門行業(yè)發(fā)展非常迅速，如何在波紋管閥門設計時選擇合適的金屬波紋管成為行業(yè)上迫切需要解決的問題。
二、金屬波紋管閥門術語：
在對金屬波紋管設計選型時，首先要明確金屬波紋管的行業(yè)術語。
1）波紋管：一種彈性、薄壁、有多個橫向波紋的管殼零件。
2）波紋管組件：由兩個或兩個以上零件組成，其中之一是波紋管，波紋管是一個或多個串聯(lián)，其他是法蘭等配件。
3）壁厚：成形波紋管的原始金屬管的管壁厚度，對多層波紋管則是各層壁厚的總和。
4）形程：已原始長度為基點，波紋管壓縮位移與拉伸位移之和。
5）扭曲：長波紋管進行軸向壓縮時產生的柱失穩(wěn)。
6）公稱壓力：與波紋管機械強度有關的設計給定壓力。
7）公稱載荷：正常工作條件下允許的最大載荷或滿量程值。通常是預期設計值。超載載荷一般限定在額定載荷的 125%~150%。
8）額定位移：額定載荷下引起的位移，是正常使用條件下允許產生的工作位移。
9）波紋管剛度：使波紋管產生單位位移所需要的力，設計計算得出的剛度稱為公稱剛度或額定剛度。一般情況，公稱剛度不直接受用實際值，而是產品原型經過測試后的修正值。
10)一次循環(huán)：波紋管隨閥桿從全開到全閉再到全開的運動過程。
11）循環(huán)壽命：波紋管在規(guī)定壓力、溫度和軸向行程下往復運動而不破換的最大循環(huán)次數。相同產品的壽命與波紋管工作狀態(tài)、循環(huán)次數、頻率、壓力和溫度等有關。
12）有效面積：彈性元件在單位壓力作用下，位移為零時轉換的集中力的大小。但有效面積隨壓力增加而變化，因此具有不恒定性，在力平衡式儀表中，要配對篩選，做到有效面積盡量一致。
三、金屬波紋管閥門結構
1）U 形波紋管：常用 U 形波紋管結構如圖 1-1 所示。波紋管端部接口形式如圖 1-2 所示。接口表示方法為外配合用 W（圖 1-1a 中的 d1?尺寸）、沿波切邊用 QD（圖 1-1a 中 D2?尺寸）、內配合用 N（圖 1-1b 中 D1?尺寸）。推薦采用圖 1-2a、b、c 端部接口形式。
圖 1-1 常用波紋管結構要素
圖 1-2 波紋管端部接口形式
2）波紋管組件典型結構：保溫管組件典型結構如圖 1-3 所示。
圖 1-3 波紋管組件典型結構
四、金屬波紋管閥門選型
1、波紋管閥門典型結構：
應用波紋管組件是為閥桿和閥體工藝流體之間提供一個可軸向變形的金屬隔套，形成動密封，以消除閥桿處的泄漏。裝有波紋管組件的閥門典型結構如圖 1-4 所示。
圖 1-4 裝有波紋管組件的閥門典型閥桿密封結構
2、金屬波紋管閥門選型要求：
①根據閥桿的直徑選擇波紋管內徑，波紋管的內徑應大于閥桿直徑 1.5mm。波紋管的外徑根據波紋管內徑來選擇。外徑和內徑通過外徑與內徑的比值相聯(lián)系，一般情況下，外徑與內徑的比值為 1.3~1.5。
②波紋管的壁厚、層數、波紋數及長度等應能滿足波紋管的耐壓、行程、循環(huán)壽命等要求。一般情況下，壓力越大，波紋管的壁厚越厚，為了增大位移或者降低波紋管剛度，提高壽命，可以采用降低單層壁厚、增加波紋管層數的辦法實現。
③應設計導向結構，以防止波紋管的扭曲。同時還應避免波紋管與閥桿或閥體之間的局部接觸，以防止磨損和過早失效。應設計防扭轉結構，防止波紋管扭轉變形。
④設計閥門時，應限制波紋管壓縮和拉伸的行程，以防止波紋管承受超出循環(huán)壽命試驗限定的壓縮位移和拉伸位移。一般情況下，波紋管的行程不應超過自由長度的 25%，否則會影響波紋管的循環(huán)壽命。特別是高溫高壓環(huán)境下的波紋管閥門。
⑤波紋管采用與閥門相同的壓力和溫度等級。波紋管應能承受主體閥門 38℃ 條件下 1.5 倍的公稱壓力的壓力試驗。進行壓力試驗時，焊縫不能開裂、泄漏，波紋管不應發(fā)生扭曲。⑥波紋管組件材料應在允許的使用溫度范圍內選擇，同時波紋管用材料具有良好的成形性能、焊接性能與介質的相容性。
3、閥門用波紋管選型標記：
按照波紋管應用閥門公稱尺寸不同分類，根據 GB/T 1047-2005 中的公稱尺寸系列規(guī)定，波紋管應用閥門的工程尺寸可分為：15mm、20mm、25mm、32mm、40mm、50mm、65mm、80mm、100mm、125mm、150mm、200mm、250mm 等。
圖 1-5 波紋管標識
4、閥門用波紋管的檢驗：
閥門用金屬波紋管的檢驗項目主要有表面質量、幾何尺寸、密封性、壓力機循環(huán)壽命等。
1）表面質量：在標準照明條件下，目測觀察波紋管表面及外形、其質量應滿足 JB/T 6169-2006 的規(guī)定。
2）幾何尺寸：用分度值為 0.02mm 的卡尺或其精確度相當的其他量具和儀器，檢驗波紋管的幾何尺寸和公差應符合圖樣要求。圖樣未要求的公差應符合表 1-5 的要求。
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序號
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工程尺寸名稱
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允許公差
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1
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波紋管外徑D
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±1/2IT17
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2
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波紋管內徑d
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±1/2IT17
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3
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端部配合直徑D1、D2、d1
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h13、H13
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4
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端部配合長度L1、L2
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±1/2IT17
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5
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有效長度L0
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±1/2IT17
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6
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總長度L
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±1/2IT17
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3）密封性檢驗：由承制方組焊的波紋管組件應進行密封性檢驗，檢驗可用氣泡檢漏法。波紋管及其組件內沖入 0.6MPa 的壓縮空氣或其他無腐蝕性非可燃潔凈的氣體，保壓 3min，在水槽中檢查不應有泄漏現象。也可根據用戶要求用氦質譜檢漏儀檢漏，不應呈現可探測出的滲漏。
4）壓力試驗：壓力試驗可在專用設備或閥門上進行。實驗用水的氯離子含量不超過 25×10-7。按 JB/T 9092-1999 的規(guī)定，波紋管組件在室溫或 38℃ 條件下，以 1.5 倍公稱壓力進行水壓試驗。
每個波紋管組件應固定在某一長度，此長度為常規(guī)閥門殼體試驗時閥門開啟位置的長度。在實驗過程中應防止波紋管拉伸和壓縮。壓力施加應與波紋管工作時受壓方式一致。進行壓力試驗時，焊縫不能開裂或泄露，波紋管不應發(fā)生扭曲。
5）循環(huán)壽命試驗：可在專用設備或閥門上進行試驗，當主題閥門需要時，應按照相關標準進行高溫循環(huán)壽命試驗。
循環(huán)的頻率應考慮不正常的快速循環(huán)可能產生的過熱。循環(huán)頻率不應超過每秒一次。
循環(huán)試驗應在室溫或 38℃ 時的公稱壓力下進行。加壓方式同壓力試驗一樣。
每個波紋管組件咋循環(huán)試驗之后應進行密封性試驗，不應呈現可探測的滲漏。
除合同另有規(guī)定，波紋管的循環(huán)壽命應符合表 1-6 的規(guī)定。
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閥門規(guī)格
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最小循環(huán)壽命/次
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公稱壓力/MPa
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公稱尺寸/mm
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閘閥
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截止閥
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PN≤14.0
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DN≤50
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2000
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5000
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50＜DN≤100
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2000
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5000
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DN≤100
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1000
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2000
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PN＞14.0
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DN≤50
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2000
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2000
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50＜DN≤100
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1000
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2000
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DN≤100
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1000
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1000
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出廠檢驗：出廠檢驗的項目和順序按表 1-7 規(guī)定執(zhí)行。出廠檢驗中有不合格項的波紋管，為不合格品。
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序號
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檢驗項目
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出廠檢驗
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型式試驗
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1
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表面質量
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●
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●
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2
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幾何尺寸
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●
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●
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3
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密封性
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●
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●
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4
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壓力試驗
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—
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●
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5
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循環(huán)壽命
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—
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●
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注：● 為必檢項目；— 為不檢項目。
五、金屬波紋管閥門總結：
閥門是金屬波紋管是波紋管閥門的核心器件，波紋管的設計及選用，關系到閥門使用安全，特別是波紋管閥門的應用領域都是重點工業(yè)領域和軍工領域，在新產品試制是應進行型式試驗，在選用時應適用于閥門使用系統(tǒng)的空況條件及金屬波紋管的結構特性。 |
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