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(chēng)為薄膜,忽略彎曲而算得的應(yīng)力則稱(chēng)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(mén)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(guò)于簡(jiǎn)化就是過(guò)于理想,難以使用上的安全可靠,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。
密封性是指元件在一定的內(nèi)、外壓差作用下不泄漏的性能。波紋管類(lèi)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)、用肥皂水或氦質(zhì)譜檢漏儀檢測(cè)。
金屬波紋管類(lèi)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(guò)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(chēng)直徑有時(shí)超過(guò)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(lèi)組件。
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(lèi)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(shuō)明彈性元件是承受內(nèi)腔壓力或外腔壓力。
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(mǎn)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(guò)實(shí)際檢測(cè)后再經(jīng)修定的設(shè)計(jì)值。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(guò)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(lèi)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,因此載荷小于或等于額定載荷值。
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(guò)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。
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(guò)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。
波紋管的壽命是在工作條件下使用時(shí),能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。
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。