预应力金属波纹管以其优越的性能在各个行业中使用越来越多,预应力金属波纹管主要有挤压成型和焊接成型两大类。
与焊接预应力金属波纹管机械密封相比,挤压成型预应力金属波纹管机械密封具有工作时应力分布均匀;焊缝少;不易有沉积物聚积等优点。它不需要辅助密封,多用在高温或腐蚀介质场合中。在这种环境中长期使用,必将对波纹管性能产生很大的影响。因此有必要对波纹管结构形式进行研究,为波纹管的设计提供更多的理论依据。
在工程实际中,可以用经验公式来计算弹性材料预应力金属波纹管的刚度值。本文所采用的预应力金属波纹管有限元模型能够很好地模拟预应力金属波纹管的实际状况,可以对工程实际波纹管的刚度、应力水平进行设计评估。
(1)通过有限元计算可以比较真实地反映预应力金属波纹管的轴向刚度和应力分布,且符合设计要求和实际状况。
(2)单层两倍厚度的预应力金属波纹管的刚度远大于双层波纹管,因此在工程中往往采用双层的波纹管来代替单层的以减小波纹管的刚度,使波纹管具有良好的弹性。
(3)预应力金属波纹管沿径向应力分布:预紧时波峰、波谷的应力较大,平坦的中部应力较小。而且波谷处的应力大于波峰的应力。在加压以后,波峰处的应力增大,波谷处的应力有所减小,但还是高于其他位置。因此波纹管的疲劳裂纹破坏经常发生在应力较大的波峰波谷处。
(4)预应力金属波纹管的加工制造过程中产生的壁厚的不均匀对波纹管的轴向刚度会产生影响,因此在工程中使用经验公式计算时必须考虑壁厚的变化。
(5)在预应力金属波纹管工程设计中,可以通过适当增加波纹管的波数,或减少壁厚,或增加波深来减小波纹管应力太大问题。工作过程中的介质压力、温度,都会引起波纹管刚度的变化,本文只是从波纹管结构上进行了分析。