金属波纹管 [1] 及翅片式波纹管在内燃机冷却器中的应用,在汽柴油发动机冷却器壳体内或冷却芯子的两管板间安装1-1000根带有间断性凸凹状金属波纹管,采用扩管法、焊接法等方法将其固定在一端管板上,使冷却介质的流动状态发生改变,达到提高传热系数,增加传热效率。该发明构思新奇、工艺实用、成本低廉、性能可靠、传热效率高、不结垢、寿命长、热应力小。
1、压力根据软管实际工作压力,再查询波纹的公称通径与压力表,决定是否使用不锈钢网套类型的。
2、尺寸软管公称通径,选用接头型式(主要有法兰联接、螺纹连接、快速接头连接)及的尺寸,软管长度。
3、状态按软管使用时的状态,参照金属软管的正确使用与安装方法与软管在沉降补偿时的较佳长度.软管各种运动状态的长度计算及软管的较小弯曲次数和较小弯曲半径等因素,参数正确选取软管长度,并正确安装。
4、温度软管内介质的工作温度及范围;软管工作时的环境温度。高温时,须按金属波纹管高温下的工作压力温度修正系数,确定温度修正后的压力,以确定选用正确的压力等级。
5、介质软管中所输送的介质的化学属性,按软管材质耐腐蚀性能参数表,决定软管各零件的材质。
6、真空软管主要应用于单晶硅生产使其达到负真空
应用比较普遍的方法有如下两种:
1.数值法计算波纹管应力
假定波纹管的全部波纹都处于同一条件下,在计算时只研究波纹管波纹的单个半波。这样,在研究中就不考虑端部波纹,虽然端部波纹的边界条件与中间波纹有所不同。数值法是根据E.列斯涅尔对于变壁厚回转薄壳产生轴向对称变形时所列的非线性方程来解的。在推导E.列斯涅尔方程时,应用了薄壳理论的一般假定,其中包括:与环壳曲率主半径相比厚度很小的假定;材料的均一性和各向同性的假定。采用上述假定也会给计算带来一定的误差。因为在制造波纹管时,管坯的轧制,拉深和随后的波纹塑性成形会造成材料力学性能上的各向异性和不均匀性。
2.美国EJMA 应力计算方法
波纹管的有效面积计算
有效面积是波纹管的基本性能参数之一,它表征波纹管将压力转换为集中力的能力,在利用波纹管把压力变成集中力输出的场合,有效面积就是一个重要参数。
波纹管用于力平衡式仪表时,其有效面积的稳定性会直接影响着仪表的精度。所以在这种场合不但要求波纹管具有合理的有效面积,而且还要求有效面积在工作过程中不随工作条件而变化。
1.有效面积的概念和有效面积的变化
有效面积是一个等效的面积,压力作用在这个面积上将产生相等的轴向力。一般情况下,随着内压力的增大,波纹管有效面积变小,面随外压力的增加,有效面积变大。
2.波纹管的体积有效面积
波纹管在外力或压差作用下,其体积变化量与相应的有效长度的变化量之比值称为体积有效面积。
3.波纹管有效面积的计算
对波纹管有效面积提出的要求及其计算方法取决于波纹管的用途。如果波纹管用作弹性密封件或管路热补偿时,有效面积的意义仅在于用来计算波纹管成形时的轴向力和使用系统中的推力。波纹管的有效面积计算值与实测值之间急有一些差别。一般情况下用**公式计算波纹管的有效面积,是可以满足需要的。
当波纹管用于力平衡仪表和需要将压力转换为力的场台,应准确确定其有效面积,要求逐个进行测量。
灵敏度
金属波纹管及其它弹性元件承受单位载荷时所产件的位侈量称为元件的灵敏度。刚度和灵敏度是波纹管及其它弹性元件的主要功能参数,但它们又是同一使用特性的两种不同的表示方法。对于不同的场合,为便于分析问题,可采用其中任何一种参数。
有效面积
对于实现压力一力或力一压力转换的弹性元件,还有一个重要的功能指标是有效面积。有效面积是指弹性元件在单位压力作用下,当其位移为零时所能转换成集中力的大小。
使用寿命
弹性元件下作时有两种状态;一种是在一定的载荷和位移情况下工作,并保持载荷、位移始终不变或很少变化,称为静态工作;另一种使用情况是载荷和位移不断周期往复交替变化.元件处于循环工作状态。由于工作状态的不同,元件损坏或失效的模式也不同。仪表弹性敏感元件工作在弹性范围内,基本上处于静态工作状态,使用寿命很长,一般达到数万次到数十万次。工程中应用的波纹管类组件,有时工作在弹塑性范围或交变应力状态,寿命只有成百上干次。元件在循环工作时必须给定许用工作寿命,规定循环次数、时间和频率。
金属波纹管及其它弹性元件的残余变形是指加载后元件产生位移,而卸载后再经过相当长的一段时间弹性元件仍不能回复到原始位置.产生一个*变形的残留值。元件的残余变形里与使用状态有关。当拉伸(或压缩)的位移里逐渐增大到一定的位移值后,残余变形将显著增加。
残余变形是判定弹性元件变形能力的参数对于弹性敏感元件,如果在达到额定位移值后产生了较大的残余位移,这将影响仪表的测量精度。因此.一般对残余变形量给出一定的界限值。在工程中应用的波纹管类组件(如波纹膨胀节),有时为得到较大的位移,使元件工作在弹塑性区,会出现较大的残余变形。如能满足一定的使用寿命而不失效.这时残余变形量不再考虑。