波纹补偿器设计指南

波纹补偿器(膨胀节)设计与选用指南(二00二年版〉南京晨光航天应用技术股份有限公司中日合资南京晨光东螺波纹管有限公司中日合资甫京晨先东螺泯纹管有限会司@目。本指南旨在方便设计单位及用户选用我公司生产的常用系列波纹补偿器，按照本指南给出的各种类型波纹补偿器进行管道的热补偿设计及波纹补偿器选型。为此，本指南提供了管路系统设计时与波纹补偿器有关的设计资料。本指南只给出常用系列波纹补偿器的类型、名称及代号释义。而各种类型的波纹补偿器的规格、尺寸及性能参数，请查阅我公司相关波纹补偿器样本。本指南中给出的标准波纹管可满足各行业用户或设计单位的一般使用要求。若对波形、耐腐蚀、设计压力、设计温度、公称直径等有特殊要求时，我公司可按非标产品进行设计制造。我公司除生产列入样本的十多种类型的U形波纹补偿器之外，还大批量生产矩形截面波纹补偿器、无环焊缝S形减震波纹补偿器、承受高压的Q形波纹补偿器、内喷涂及内衬氟塑料的波纹补偿器。此外，我公司还生产用于直埋管道上起整体预热作用的一次性波纹补偿器及一般的直埋式波纹补偿器和防水型直埋波纹补偿器，介质为SF6的输变电站用波纹补偿器其波纹管材料可用300系列奥氏体不锈钢或全部铝合金制造。作为国内产销量最大、覆盖范围最广、结构类型和品种规格最多的波纹补偿器科研、生产基地，本公司具备从美国、西德引进的生产线及完善的产品性能测试设备，因而制造工艺先进，产品质量稳定。我公司愿在波纹管的理论研究、结构设计、性能测试、管系;有1局以及产品选型诸方面同设计院和用户密切合作。本指南在九二年版的基础上做了一定的修改和补充。。。句、dvroro句I句IAUAEqL沼n{CF、J-sfhu·'Jfo·句l4··714·wrupd斗liLF2μcv←z、···且l28ha·鸣、d句、dmue防。。onv向-m@UK箱MM市信Mω川川川υ.m叭v』Tz、εJAU叫L句L咱iE.τjA叫nUnUf0r0句，L-』盯号习q2L1886川川!0-H2((2am址箱码话真挂一地信邮电传电E中目合资肃京晨先东螺泯纹管有限念司@1设计依据1.1本公司波纹管的设计方法依据EJMA«美国膨胀节制造商协会标准》。该方法与我国GB/T12777«金属波纹管膨胀节通用技术条件》所推荐的设计方法基本相同。1.2本指南中给出的波纹管几何参数是结合本公司引进设备的工艺特点，参考美、日、德、加、意等国厂商的产品参数，进行以最佳性能为目标的优化设计而确定的。2设计计算2.1符号说明(定义)A单个波纹的金属截面积，mm2;Ac=(0.571q+2h)n8mAe波纹管有效面积，mm2;Aι=iCD:c;;4'TIAf一个紧固件的金属截面积，mm2;人一个加强件的金属截面积，mm2;Cd,Cf,CP波纹管设计计算修正系数，见图2-1;Cm材料强度系数:em=1.5，用于热处理态波纹管:cm=3.0，用于成形态波纹管。Cr波高系数:C~=0.3一(100y飞1048p1.5+320)Ct低于材料有效蠕变温度时波纹管疲劳寿命温度修正系数:ELCt=万cw纵向焊缝系数，下标b、C和r分别表示波纹管加强环和加强件材料:Cz转换点系数:C_=I4.72-f;-q211σ'0.2'.Db·AcDb波纹管直边段内径，nun;Dc波纹管直边段加强套环平均直径，mm;Dc=Db+2n·8+8cDm波纹管平均直径，nun;Dm=Db+h+n·8DN波纹补偿器公称直径，mm;Et技GB150及其他相关标准取值的材料在设计温度下的弹性模量。下标b、C和r分别表示波纹管、加强套环和加强件材料，MPa;E按GB150及其他相关标准取值的材料在室温下的弹性模量。下标b、c、f和r分别表示波纹管、加强套环、紧固件和加强件材料，MPa;tvτ田哈将到川到如比VU川插川阶汩如咏吼叫声必WA罄。。I电t'lQN.N2AMASSA26-斗」联、、t2β'3.0-3.52.sCd1.00.93.00.60.50.80.72.01.5EhvsQ导N.N24·680�3.0�-3.51-4.0IIIIJ1I~_~0..0.10.20.30.40.5e.60.70.80.91.02.0�2.5.2.4s.....OlII!!!l四甲~~#写E~.J.--t-~4言二/~~--同噩噩撮'=---~-田....4匿~…'回-~圃'圃-回-问'卢、‘S亚~、、坠辽飞队了『、--、~b、、、、~气、~、、』飞、\、t--r--�--+-飞、~\\队\、c\\、\险队「\飞\阳、、\\、\、\\\时民\\\、\\\\\NCr3.02.0nvGdaup-RdA『10000.000.30.2·。-wau''peRdobnNDβD霞、毒导IQN.N.2~At\'.6k气:81'-1.01'1.2J-I.41.6-2.01-4.0ep0.80.6。.4).30.2o.oao.4.0-晶---'o0.1020.30.4o.~0.60.70.80.91.0q·2h04q2hooOJ0.20~30.40.50.60.70.80.91.000图各1波纹管设计计算修正系数‘中日合资穿r:京晨先东螺泯纹管有限余司@e计算单波总当量轴向位移，mm;ex轴向位移X引起的单波轴向位移，mm;ey横向位移Y引起的单波最大当量轴向位移，mm;ee角位移8引起的单波当量轴向位移，mm;Fp一一波纹管压力推力，N;F一一轴向位移弹性反力，N;Fy横向位移弹性反力，N;王一一波纹管单波轴向弹性刚度，N/mm;G波纹管材料在设计温度下的剪切弹性模量，MPa;ELIG一lJ-2(1+u)h波高，mm;~波纹补偿器整体扭转弹性刚度，N·m/o;Kx波纹补偿器整体轴向弹性刚度，N/mm;kx1、民2波纹补偿器中一个波纹管的整体轴向弹性刚度，N/mm;~波纹补偿器整体横向弹性刚度，N/mm;ko波纹补偿器整体角向弹性刚度，N/mm;k计算系数:Lk=tl.S.JDbδ且k三lL复式波纹补偿器上两段波纹管的中心距离，mm;Lb波纹长度，mm;Lb=N·qLc波纹管直边段加强套环长度，mm;Lf一个紧固件的有效长度，mm;Lt波纹管直边段长度，mt口:Me波纹管端部由角位移引起的弹性反力矩，N.m;N一个波纹管的波数;Nc波纹管平均疲劳寿命，周次:[NcJ波纹管设计疲劳寿命，周次;n厚度为8的波纹管材料层数:nf设计疲劳安全系数，通常nf=10;P压力，MPa;Pd设计压力，MPa;Psc波纹管两端固支时柱失稳的极限设计内压，MPa;PSJ波纹管端部支撑条件变化时柱失稳的极限设计内压，MPa;Psi波纹管两端固支时平面内失稳的极限设计压力，MPa;q波距，mm;3中曰合资甫京晨先东螺泯线管有限会司@R承压系数;当采用整体加强件时:R=R1=AcEbtArEr'当采用由紧回件连接的加强件时:A,Eh'(Lt'D'HIR=R叮=t|/+---=-.!.!.!-I4Dm{4EftArErfjT扭矩，N·m;X波纹补偿器轴向位移实际值，mm;Xl波纹补偿器同时进行轴向、横向及角向补偿时的轴向位移量，mm;x。一一某一疲劳寿命下，波纹补偿器单独进行轴向补偿时的额定轴向位移量，口1m;Y波纹补偿器横向位移实际值，mm;Yl波纹补偿器同时进行轴向、横向及角向补偿时的横向位移量，mm;Y。一一某一疲劳寿命下，波纹补偿器单独进行横向补偿时的额定横向位移量，mm;8波纹管一层材料的名义厚度，mm;be波纹管直边段加强套环厚度，mm;8m波纹管成形后一层材料的厚度，mm;5m=5曰:8p管子材料的厚度，mm;。波纹补偿器角向位移实际值，。。l波纹补偿器同时进行轴向、横向及角向补偿时的角向位移量，。;。。某一疲劳寿命下，波纹补偿器单独进行轴向补偿时的额定角向位移量，。σ1压力引起的波纹管直边段周向薄膜应力，MPa;σ1'压力引起的加强套环周向薄膜应力，MPa;σ2压力引起的波纹管周向薄膜应力，MPa;吨'压力引起的加强件周向薄膜应力，MPa;吗压力引起的紧固件薄膜应力，MPa;σ3压力引起的波纹管子午向薄膜应力，MPa;σ4压力引起的波纹管子午向弯曲应力，MPa;民位移引起的波纹管子午向薄膜应力，MPa;σ6位移引起的波纹管子午向弯曲应力，MPa;σ02t设计温度下成形态或热处理态波纹管材料的屈服强度，MPa;[σr按GB150及其他相关标准取值的设计温度下材料的许用应力值。下标b、c、f和r分别表示波纹管、加强套环、紧回件和加强件材料，MPa;σt子午向总应力范围，MPa;τt扭转剪应力，MPa;φ扭转角，。2.2应力计算及其校核2.2.1无加强波纹管4中曰合资甫京晨先东螺泯纹管有限余司@无加强波纹管结构及零件名称见图2-2。UhincJDb图2-2应力计算及其校核按公式。-1)~(2-9):P(Db+nδ)2LEbt=I，...，~f~I_,...,\,...,..~f~_I三CWh[σ]~1-21n8E儿{(Dh+叫+δckE(./L戎iPD.2L.E.tkIιtζl三CWC[σ112归δE儿(Dh+nδ)+δ'ekE，儿D，.IPDσ2=/m、三CWb[σ]~2nδmtO.571+2h/q)Phσ)-J2nδmPh2CnσA=__AT2nδJσ3+σ4三Cm[σ]~σEbδ;e5-2h3cfσ5Ehδme6-3h2Cdσt=O.7(σ3+σ4)+σ5+σ62.2.2加强波纹管加强波纹管结构及零件名称见图2-3。&(2一1)(2-2)(2-3)(2-4)(2-5)(2-6)(2-7)(2-8)(2-9)5中曰合资甫京晨，先东螺浪纹管有限念司@x-xh6cDbncJ图2-3应力计算及其校核按公式(2-10)J(2-20):P(Db+nδ)Y2LtEJC[σ]~(2-10)σ1=~δE儿(Db+nδ)+δekE儿cDc1一附hL\.JJhιPDe2LtEctkl一*δE儿(Db+nδ)+δ'ckEc1L，ιDc1三Cwe[σl(2-11)PDJRC[σ]~(2-12)σ2一(R'+1)三附2Ac{R+1PDmq~Ifr_lt(2-13)σ吨2=一(飞(R、Y‘E-一Cw;俨σ2Ar{R1+1PDmq(2-14)σ吨L.一一(、，、R、/‘，.一[且σr2Af{R2+1σ3=0.85P(h-C,.q)(2-15)匀中~n8σ一一O.85P(h-Crq)2Cp(2-16)2nδ2mσ3+σ4gcm[σ]~(2-17)Eb8~eσ52(h-Crq)3Cf(2-18)6中曰合资穿r京展先东螺波纹管有限余司@σ5Ebδme6-3(h-Crqycd(2-19)σ~=0.7(σ'3+σ4)+σ5+σ6(2-20)2.3疲劳寿命2.3.1当σt~2σt02时，可不考虑疲劳问题:否则，应进行疲劳寿命校核。2.3.2平均疲劳寿命无加强波纹管:N=(12820_~3.4。一21)飞CI-q-370/加强波纹管:(2-22)上述公式适用于奥氏体不锈钢成形态波纹管并在103~105周次范围内有效。2.3.3设计疲劳寿命[Nc]=手(2-23)2.3.4累积疲劳当存在两种或两种以上应力循环时，其累计作用可按下述步骤进行计算。a.系统设计者分别提供波纹补偿器在使用期间循环类型1、2等的循环次数°1、°2等。b.如同仅有这一种类型的循环在作用一样，分别计算1、2等循环所允许的最大循环次数[Ncl]、[Nc2]等。c.累计疲劳作用应满足nln、14+八n三二1[Ncl]T[NC2]Til.[Ncn]~~(2-24)2.4单波轴向弹性刚度无加强波纹管兀-1.7DmEbtδm3nh3cf(2-25)加强波纹管nLf3m-n·s·--v￡U-7ρ1川忧u-qr，【二--rdcD二­yu-hpf山(2-26)7中日合资甫京晨先东螺泯线管有限·公司a2.5稳定性计算及校核2.5.1无加强波纹管p=1.4nδm2σ;2-h2Cp当Lb/Db三Cz时n0.34n·/;一一二、c-N2q当Lb/Db(CZ时n0.58Anσt(~0.6L~1.--一I._-----I-SCDhq飞CzDh)2.5.2加强波纹管P_.=0.3气·