泊头市立林波纹管制造有限公司

我国的非金属膨胀节应用范围及可靠性
随着国民经济的发展，各类工业管道对相应的柔性管接头也不断提出各种新的要求，如防化、防腐、阻燃、消声、隔震、耐高温、大补偿量和满足环保要求等等。而实践表明，非金属膨胀节作为管路的柔性接头很难完全满足这些新的要求。目前，非金属补偿器几乎已经可以替代金属补偿器应用于复杂的管路系统中，以解决由温差或初始应力造成的各种问题。作为一种挠性元件，非金属补偿器具有吸收位移能力强、无弹性反推力、良好的耐腐蚀及减震降噪性、易于安装维护、体积小等优点，是综合性能优异的新一代波纹补偿器，广泛应用于矿山、冶金、电力、水泥建材、核能、石油化工等行业的流体输送管道及设备。
非金属补偿器主要采用塑料、橡胶或复合材料制造。自上世纪60年代初问世以来，其应用范围越来越广，国外早在80年代初已形成系列产品，我国则到80年代后期才开始有一定数量的此类产品在工程中使用，而耐强腐蚀的大口径聚四氟乙烯补偿器直到90年代初还依赖于进口。目前，我国的非金属补偿器已逐步朝着系列化、规格化、多样化的方向发展，越来越多的产品应用于国家重点工程，并替代进口产品，部分还远销国外。
我国的非金属补偿器主要应用于民用工业，如粉尘浓度较高的水泥生产线、冶金行业的排烟除尘管道、化工领域的稀硫酸、盐酸和氢氟酸输送管道，还有汽车工业中车体或发动机上各种不可缺少的密封防尘及耐寒抗压部件等。国外的非金属补偿器还应用于核工业和航空航天工业等。在这些行业中使用的产品需满足其特殊的产品标准及规范。我国非金属补偿器在这些尖端工业上的应用尚需进一步开发。
近些年来，美国的地面燃汽轮机中不仅采用金属补偿器，还采用非金属补偿器。随着地面燃汽轮机功率的大幅度增加，其可靠性要求也更加严格。影响地面燃汽轮机工作可靠性的问题主要存在于以下几个方面：(l)高速运转；(2)大半径结构装配；(3)高温工作环境；(4)轴向、横向、径向位移及扭矩；(5)高频振动、噪音；(6)摆动及颤振；(7)涡轮清洗导致的各种问题。由此可见，提高燃汽轮机工作可靠性主要还是要在高温环境下，减小振动影响及吸收各种位移载荷，而金属补偿器吸收高频振动的能力有限，同时虽然它可以很好的吸收轴向位移，但是对横向位移的吸收范围却很小，而且通常还需要一个很大的支持系统去缓解自身的反作用力。随着管路运行参数的不断提高，金属膨胀节在使用过程中不可避免地将会发生各种疲劳破坏。在高效率燃汽轮机联合循环装置中，燃机排出的气体温度可高达650℃，气体压力达20kPa，气流速度也很大，且温度、气压和速度不断变化，使得排气管道不仅温度高，热膨胀量大，而且伴有强烈的振动。在这样的管路中，若采用非金属波纹膨胀节作为柔性接头，不仅要调节大幅轴向及横向位移，同时为了缓解地面燃机高温、高压和高气体流速不断变化引起的各种管路疲劳破坏等问题，往往要采用高合金材料，制造工艺要求和费用大大提高。基于以上种种限制，目前的设计者们都把非金属补偿器作为更好的选择，以同时解决工作能力、资金和装配空间的限制问题。
飞机和航天所使用的波纹补偿器有高强轻质和耐烧蚀的特殊要求，可以选用高强玻璃纤维和高强度、耐高温的树脂，采用缠绕法成型，缠绕模具一般用石膏制成。
非金属补偿器的使用寿命取决于使用的介质及工况条件。使用温度和压力升高，寿命相对缩短；介质腐蚀性也是影响产品使用寿命的一个重要因素。而振动次数、频率及振动应力这些因素对金属补偿器使用寿命至关重要，对非金属补偿器的寿命影响却不很大。因此非金属补偿器的研究开发工作还需从材质及结构两方面着手，进一步提高产品的承压及耐温性能，以开辟更加广阔的应用领域。
非金属补偿器通常由金属结构件、波纹管、内衬筒和隔热保温层等部件组成。实践表明，不同运行工况引起非金属补偿器破坏的机理和破坏部位各不相同，确定使用寿命的依据也不同。运行温度低于600℃。温度变化幅度较大且变化较频繁或伴有强烈振动的管道中使用的补偿器，常常会由于其中的金属件断裂而不能工作。这时，金属件的使用寿命就是补偿器的使用寿命。经验表明，对于高效率的燃汽轮机，由于排气温度高，排气的压强和速度变化大等原因，使得与之相连的管道织物补偿器的金属体上经常产生很多裂纹，有的裂纹在燃机运行不久即产生，并随着时间的增加而扩大，至使金属体断裂，大型补偿器崩塌。另外高温管道中使用的大型织物补偿器常会发生由于法兰严重变形，螺栓断裂导致补偿器膨胀体撕裂等现象。因此，对于温度较高并伴有振动的管道中使用的大型织物补偿器和补偿器中的金属件必须进行全面的优化设计。优化设计可在ANSYS有限元方法的基础上，通过对凭经验建立起来的各类织物补偿器和金属件模型进行详细的结构分析，了解补偿器中的金属件和隔热层材料中的温度分布，了解金属件中热应力、热应变值分布情况和补偿器装置的温度变化等等。在上述分析的基础上，便可根据燃机的起、停循环数，计算出金属件的疲劳寿命，确定金属体的最佳几何形状，并合理选用金属件的金属材料以及解决金属件设计中出现的各种问题。
对于运行温度超过600℃温度变化不大，也无明显振动的高温管道中使用的补偿器，补偿体使用寿命则可能远低于这种工况下的金属件使用寿命。尤其在环境温度超过1的高温管道中使用的织物补偿器，往往会由于膨胀体材料的高温老化，特别是由于膨胀体表层材料的高温老化、龟裂引起补偿器撕裂失效。可见，对于高温织物补偿器，膨胀体材料的使用寿命就是补偿器的使用寿命。而膨胀体材料的使用寿命通常可通过实验数据来推算。
本文主要从非金属补偿器的结构入手，采用有限元软件ANSYS数值分析方法，对金属膨胀节温度场进行分析。
泊头市立林波纹管制造有限公司（http://www.btlilin.com）产品三维波纹管补偿器，波纹补偿器，非金属波纹膨胀节，金属波纹膨胀节，非金属波纹补偿器，金属波纹补偿器，反冲洗除污器采用液压成型和机械成型，并辅助以计算机优化设计、制造、监测，具有尺寸准确、表面整洁无创伤、产品结构紧凑、补偿量大、无泄漏、耐腐蚀、寿命长、便于安装等优点，且产品质量可靠。