套筒補償器波紋管補償器疲勞壽命與其綜合應(yīng)力波紋管的補償量取決于其疲勞壽命

        套筒補償器波紋管補償器的失效主要有腐蝕泄漏和失穩(wěn)兩種形式。通過正確地選擇波紋管制作材料和結(jié)構(gòu)、合理設(shè)計波形參數(shù)和疲勞壽命、保證安裝質(zhì)量等措施，可提高波紋管補償器的**可靠性。波紋管補償器之所以能夠在許多行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，除具有良好的補償能力之外，高可靠性是主要原因。其可靠性是通過設(shè)計、制造、安裝、運行管理等多個環(huán)節(jié)來保證的，任何一個環(huán)節(jié)的失控都會導(dǎo)致補償器壽命的降低甚至失效。作者經(jīng)過多年統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，造成套筒補償器波紋管補償器失效的原因：設(shè)計占10%，制造廠家偷工減料占50%，安裝不符合設(shè)備說明要求占20%，其余由運行管理不當(dāng)引起。

波紋管補償器的失效類型及原因分析：

1、失效類型

　　波紋管的失效在管線試壓和運行期間均有發(fā)生。管線試壓時出現(xiàn)問題主要有三種類型：由于管系臨時支撐不當(dāng)，或管系固定支架設(shè)置不合理，導(dǎo)致支架破壞，波紋管過量變形而失效；由于波紋管設(shè)計所考慮的壓力或位移**富裕度不夠，管線試壓時波紋管產(chǎn)生失穩(wěn)變形失效；套筒補償器制造質(zhì)量問題，制造廠偷工減料，5層不銹鋼私自改為3層或更少。

　　波紋管在運行期間的失效主要表現(xiàn)為腐蝕泄漏和失穩(wěn)變形兩種形式，其中以腐蝕失效居多。從腐蝕失效波紋管的解剖分析發(fā)現(xiàn)，腐蝕失效通常分點腐蝕穿孔和應(yīng)力腐蝕開裂，其中氯離子應(yīng)力腐蝕開裂約占整個腐蝕失效的95%。波紋管失穩(wěn)有強度失穩(wěn)和結(jié)構(gòu)失穩(wěn)兩種類型，強度失穩(wěn)包括內(nèi)外壓波紋管平面失穩(wěn)和外壓波紋管周向失穩(wěn)；結(jié)構(gòu)失穩(wěn)是內(nèi)壓波紋管補償器的柱失穩(wěn)。

2、設(shè)計疲勞壽命與穩(wěn)定性及應(yīng)力腐蝕的關(guān)系

　　套筒補償器波紋管的設(shè)計主要考慮耐壓強度、穩(wěn)定性和疲勞性能等三個方面的因素。雖然國家標準和美國EJMA標準對這幾方面的計算和評定都有明確的規(guī)定，但從多年的應(yīng)用實踐和波紋管失效分析中發(fā)現(xiàn)，標準中給出的關(guān)于穩(wěn)定性的計算和評定方法不夠**，且疲勞壽命也僅給出了比較粗的界限范圍(平均疲勞壽命在103～105適用)。有時一個完全符合標準要求的產(chǎn)品，在實際使用時也會出現(xiàn)一些問題。如內(nèi)**向型補償器預(yù)變位狀態(tài)在壓力試驗時波紋管易產(chǎn)生平面失穩(wěn)，大直徑外**向型補償器全位移工作狀態(tài)波紋管易產(chǎn)生周向失穩(wěn)，小直徑復(fù)式拉桿型補償器、鉸鏈型補償器全位移工作狀態(tài)易產(chǎn)生柱失穩(wěn)。波紋管過大的變形不僅對其穩(wěn)定性造成影響，還會為應(yīng)力腐蝕提供有利的環(huán)境條件。

　　套筒補償器波紋管疲勞壽命與其綜合應(yīng)力波紋管的補償量取決于其疲勞壽命，疲勞壽命越高，波紋管單波補償量越小。為了降低成本，提高單波補償量，有些生產(chǎn)廠家將波紋管的許用疲勞壽命降得很低，這樣會導(dǎo)致由位移引起的波紋管子午向彎曲應(yīng)力很大，綜合應(yīng)力很高，大大降低了波紋管的穩(wěn)定性。降低疲勞壽命可以大幅度地提高波紋管單波位移，但同時波紋管綜合應(yīng)力也有大幅度地提高，這必將對波紋管的強度和穩(wěn)定性造成較大的影響。

　　波紋管的綜合應(yīng)力與其耐壓強度由標準中給出的波紋管平面穩(wěn)定性和周向穩(wěn)定性的計算方法和評定標準可以看出，二者反映的均為強度問題。當(dāng)波紋管設(shè)計的許用壽命較低時，不僅其子午向綜合應(yīng)力較高，環(huán)向應(yīng)力也比較高，使波紋管局部很快進入塑性變形，導(dǎo)致波紋管失穩(wěn)。

　　對于套筒補償器內(nèi)壓波紋管，位移應(yīng)力在波紋管波峰和波谷處形成塑性鉸，再加上壓力應(yīng)力，波紋管很快產(chǎn)生平面失穩(wěn)。這就是低疲勞壽命波紋管在位移條件下平面失穩(wěn)壓力遠低于高疲勞壽命的波紋管的根本原因。例如在預(yù)變位狀態(tài)下，即波紋管位移量為許用值的1/2時，一個許用疲勞壽命為200次的波紋管，尚未達到其允許設(shè)計壓力時，已經(jīng)產(chǎn)生平面失穩(wěn)；許用疲勞壽命為1000次的波紋管，達到設(shè)計壓力時，波紋管補償器處于平面穩(wěn)定狀態(tài)，達到1.5倍設(shè)計壓力時，波紋管處于臨界失穩(wěn)狀態(tài)；許用疲勞壽命為2000次的波紋管達到設(shè)計壓力1.5倍時，波紋管仍處于平面穩(wěn)定狀態(tài)。

　　從外壓波紋管縱向剖面看，相當(dāng)于一個受壓力的拱梁，工作時波紋管處于拉伸狀態(tài)，相當(dāng)于拱梁降低了拱高，其抗失穩(wěn)的能力自然降低。當(dāng)套筒補償器波紋管單波位移過大時，波紋平直部分傾斜，使得波紋管波峰直徑有縮小的趨勢，但波峰圓環(huán)直徑是確定的，為了協(xié)調(diào)變形，就會產(chǎn)生波峰塌陷，波紋管周向失穩(wěn)。在國內(nèi)外相應(yīng)的標準中，關(guān)于位移對波紋管外壓周向穩(wěn)定性的影響均未涉及，有待于深入探討。

　　綜上所述，雖然至今為止在熱力管網(wǎng)的應(yīng)用過程中尚未發(fā)現(xiàn)由疲勞而引起的破壞，但套筒補償器波紋管過低的設(shè)計疲勞壽命，將會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。

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