角向型波紋管補償器結(jié)構(gòu)設(shè)計

文章來源：http://www.jiaxuanmedia.cn 發(fā)布時間：2020-04-22 瀏覽次數(shù)：73

角向型波紋管補償器結(jié)構(gòu)設(shè)計，文中以某工程中使用的DN1600雙鉸鏈波紋膨脹節(jié)為例。其工作環(huán)境為150℃，管線壓力為0.1MPa;補償要求為Y方向擺動3°、Z方向擺動3°。根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，

依據(jù)GB/T12777標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計波紋管幾何尺寸如下:波紋管內(nèi)徑為1624mm，波高為56mm，波距為70mm，單層壁厚為0.8mm，

層數(shù)為3層，波數(shù)為4，角向型波紋補償器材料為321。依據(jù)GB/T12777標(biāo)準(zhǔn)計算，波紋管應(yīng)力計算結(jié)果如下:

壓力引起的    波紋管補償器直邊段周向薄膜應(yīng)力σ1=12.534MPa;壓力引起的波紋管周向薄膜應(yīng)力σ2=18.019MPa;

壓力引起的波紋管子午向薄膜應(yīng)力σ3=1.187MPa;壓力引起的波紋管子午向彎曲應(yīng)力σ4=47.623MPa;

位移引起的波紋管子午向薄膜應(yīng)力σ5=6.284MPa;位移引起的波紋管子午向彎曲應(yīng)力σ6=1052.704MPa．

波紋管設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力［σ］t=137MPa，計算結(jié)果滿足:σ1≤［σ］t、σ2≤［σ］t、σ3+σ4≤3［σ］t，滿足使用要求。

2．波紋管補償器萬向環(huán)、銷軸設(shè)計分析目前，萬向環(huán)采用圓形結(jié)構(gòu)的較多，由板料卷制焊接而成，

大直徑卷制圓環(huán)校圓精度較低，圓度不易保證，使圓形萬向環(huán)上的銷軸孔不能保證圓周均布，

給安裝鉸鏈板帶來不便。同時，受圓形萬向環(huán)的圓度影響，圓形萬向環(huán)內(nèi)壁與每個鉸鏈板的間隙不均勻，

在波紋管角位移變形補償時，圓形萬向環(huán)內(nèi)壁與鉸鏈板之間容易干涉，甚至出現(xiàn)“卡死”現(xiàn)象，影響膨脹節(jié)旋轉(zhuǎn)。

為避免這種情況發(fā)生，內(nèi)側(cè)鉸鏈板與圓形萬向環(huán)之間的間隙設(shè)計的要大些，鉸鏈板、

萬向環(huán)的寬度越大、膨脹節(jié)角位移變形補償量越大，間隙設(shè)計要求就越大。

采用方形萬向環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案時，方形萬向環(huán)是由4個板狀零部件焊接而成，

能保證萬向環(huán)與鉸鏈板銷軸孔的正確安裝位置。同時由于鉸鏈板與方形萬向環(huán)的內(nèi)壁都為平面結(jié)構(gòu)，

兩件之間的配合間隙可以適當(dāng)減小。當(dāng)按照設(shè)計間隙正確安裝后，萬向環(huán)與鉸鏈板之間相對移動自如，不會出現(xiàn)“卡死”現(xiàn)象。

由此可見，在不銹鋼波紋管補償器參數(shù)相同情況下，圓形萬向環(huán)的內(nèi)徑要比方形萬向環(huán)的內(nèi)壁尺寸大。

對大直徑鉸鏈膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)，當(dāng)萬向環(huán)尺寸增加后，受力狀況更加復(fù)雜，并且會產(chǎn)生更大的變形。

因此采用方形萬向環(huán)不但可以簡化設(shè)計、還可以改善萬向環(huán)的受力狀況。由于方形萬向環(huán)為零部件焊接結(jié)構(gòu)，

當(dāng)波紋膨脹節(jié)通徑較大時，可以在安裝現(xiàn)場進(jìn)行萬向環(huán)的組焊，以方便運輸。

根據(jù)鉸鏈金屬膨脹節(jié)設(shè)計結(jié)構(gòu)對萬向環(huán)進(jìn)行有限元分析。萬向環(huán)與鉸鏈板之間通過銷軸連接，

萬向環(huán)除了承受波紋管內(nèi)壓外，還要承受外部載荷，總拉力為328.985kN．

萬向環(huán)的主應(yīng)力最大值發(fā)生在4個側(cè)板邊沿中間處，最大值為129MPa．

最大剪切應(yīng)力位于銷軸與萬向環(huán)接觸處，最大值為9.65MPa，見圖2。萬向環(huán)的材料為Q345，許用應(yīng)力［σ］=170MPa，

最大主應(yīng)力σ1=129MPa＜1.5［σ］，最大剪切應(yīng)力τ=9.65MPa＜0.6［σ］，設(shè)計符合要求。

由于大直徑金屬波紋補償器內(nèi)壓較大，同時又受到外載荷的作用，所以在滿足強度要求條件下，

萬向環(huán)結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計安全系數(shù)要高些，以減少萬向環(huán)的彎曲變形。

(a)主應(yīng)力分布圖(b)剪應(yīng)力圖圖2萬向環(huán)應(yīng)力分布圖每個銷軸由2個鉸鏈板拉動，

鉸鏈板的總拉力為328.985kN，包含了盲板力和外部載荷。對銷軸進(jìn)行有限元分析，

最大剪應(yīng)力為9.66MPa，見圖3。銷軸的材料為2Cr13，許用應(yīng)力［σ］=147MPa，最大剪切應(yīng)力τ=9.66MPa＜0.6［σ］，設(shè)計符合要求。

圖3銷軸剪應(yīng)力分布圖2．3鉸鏈板設(shè)計鉸鏈板與馬鞍板焊接連接，鉸鏈板承受盲板力與外部載荷，

總拉力為328.985kN．根據(jù)設(shè)計尺寸對其進(jìn)行有限元分析，應(yīng)力最大點位于鉸鏈板銷軸孔徑位置。

波紋管補償器鉸鏈板的材料為Q345，許用應(yīng)力為［σ］=170MPa，鉸鏈板的拉應(yīng)力(最大主應(yīng)力)=86.3MPa＜［σ］，

最大剪切應(yīng)力τ=48.8MPa＜0.6［σ］，設(shè)計符合要求。根據(jù)應(yīng)力分布情況，制造時要保證馬鞍板和鉸鏈板的焊接強度，保證波紋管補償器運行安全可靠。