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金属波纹膨胀节公称位移试验技术
<p><span style="font-size: small"><span style="font-family: 宋体">&nbsp;&nbsp;&nbsp; 波纹膨胀节的补偿能力源于波纹管的弹性变形能力，其中包括拉伸、压缩、横向、弯曲以及它们的组合变形。公称位移是波纹膨胀节使用设计中非常重要的功能参数，同时也是应用领域保障安全和系统寿命不可忽视的问题。</span></span></p> <p><span style="font-size: small"><span style="font-family: 宋体">1、前言<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 公称位移或称额定补偿量是波纹膨胀节的一个非常重要的使用性能参数，是引起波纹膨胀节失效的直接原因之一。它涉及到波纹膨胀节的安全性、可靠性，与产品的使用寿命直接相关。该参数的合理设计可保证产品在一定的条件下，在一定的使用寿命期限内，具有较为可靠的安全性。公称位移的检测是对该项指标的实际检验验证，也是对产品设计和制造工艺合理性的检验。对提高波纹膨胀节产品设计和制造水平具有重要意义。</span></span></p> <p><span style="font-size: small"><span style="font-family: 宋体">2、波纹膨胀节的公称位移<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 通用类波纹管的公称位移，实际就是波纹管给定的名义位移变形的能力。对于用波纹管制成的膨胀节、补偿器而言，通常称为补偿量，反映了波纹管吸收系统位移的能力，表示在一定条件下，产品所具有的最大补偿能力。波纹管在正常工作时，要吸收系统位移而产生位移变形，同时还要保证一定次数的正常安全工作位移循环次数。因此波纹管在设计时，根据每一个波可以承受的位移大小，设计有一定的波纹数，当每个波都在均匀地承受位移载荷，没有局部超负荷时，波纹管可以正常地工作。设计合理时，可以保证一定的设计工作位移循环寿命次数。在JB/T6169-92&quot;金属波纹管&quot;标准中，对此项性能的检测做出了规定。<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 由于不同类型的膨胀节补偿形式不同，主要有轴向、横向、角向以及其组合补偿方式。对同时存在多种位移的波纹膨胀节，要对其各种位移进行合成，求出总等效轴向位移，检测是对总等效轴向位移而言。也就是说，波纹膨胀节公称位移的检测是对总等效轴向位移检测。</span></span></p> <p><span style="font-size: small"><span style="font-family: 宋体">3、波纹膨胀节公称位移检测技术<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 由于波纹管的公称位移在设计时的前提条件是每个波均匀变形，即波纹管的最大变形载荷部位的位移载荷不超过设计的最大单波允许位移，因此要求波纹管在位移载荷的作用下不能产生失稳。一旦失稳超过允许的限度，就会使波纹管失效，使波纹管某些部位承受的位移变形载荷远远超过设计的最大单波允许位移，而其它的某些部位承受的载荷却相对很小，形成潜在的不安全因素等，对整个系统造成不良影响，使波纹管及其所在系统的寿命大大降低。所以要求公称位移应小于失稳位移。失稳位移是波纹管公称位移的最大允许极限。<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 对于通用类波纹管而言，最大公称位移的检测就是检测其是否已到了失稳位移，实际上就是检测波纹管在承受公称位移载荷时，所有波纹的波距最大变形不均匀性，当波距变形不均匀性超过一定比例时，就认为波纹管已失效，也就是说波纹管的位移性能指标达不到其公称位移，该项目的检验不合格。通常要求波距最大变形不均匀性百分率小于等于原始平均波距的15%。<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 公称位移检测时，首先使被测件处于原始自由状态，沿着波纹管的圆周方向等分m个点(m致少应大于等于4，在目前的实际检测工作中通常取4)，分别测试并记录各点位置上每个波的波距，可得到一组原始波距数据。</span></span></p> <p><span style="font-size: small"><span style="font-family: 宋体">&nbsp;&nbsp;&nbsp; 对于波纹总数为n+1个波的波纹管，共可测得m&middot;n个波距数据，将全部波距数据平均，求得波纹管的原始平均波距t0:<br /> &nbsp;<br /> 式中 j---- 测试点位置序号，j=1,2，&hellip;，m;<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; i---- 波间距序号(或间称波号),t=1,2，&hellip;，n;<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; n---- 波间距总数，为波纹总数减1<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; tjio---- 第j个测量位置，第i个波间距的原始波距。<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 原始波距检测完毕后，对被测件施加位移使其达到公称位移中规定的最大伸长(拉伸)位置，保持该位移载荷不变，按照原始波距的测量方式方法，在原测量点上，可再测得一组伸长(拉伸)后的伸长波距数据。</span></span></p> <p><span style="font-size: small"><span style="font-family: 宋体">&nbsp;&nbsp;&nbsp; 根据所测得的原始波距和拉伸波距数据，计算出每个波每个测试点位置的实际拉伸位移量(变形量);<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; WjiL=tjiL-&nbsp; tjio&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; <br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 式中 WjiL----第i个波第j个测量点位置的实际拉伸位移量。</span></span></p> <p><span style="font-size: small"><span style="font-family: 宋体">&nbsp;&nbsp;&nbsp; 利用WjiL求得每个波的周向变形不均匀量，第i个波波距变化不均匀量为:<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; △WiL=WjiLmax-WjiLmin&nbsp;&nbsp;&nbsp; <br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 式中 WjiLmax---- 第i个波变形最大的测量点的实际拉伸位移量，即W1iL,W2iL,&hellip;,WmiL<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 中的最大值;<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; WjiLmin---- 第i个波变形最小的测量点的实际 拉伸位移量，即W1iL,W2iL,&hellip;,WmiL<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 中的最小值;<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 取n个波距中周向波距变化不均匀量的最大值△WiLmax,作为拉伸状态的最大周向波距变形不均匀量，则拉伸状态周向波距变化不均匀百分比为:同样方式，利用巧也还可求得每一个测量点位置沿轴向波距变形的不均匀量。第j个测量点位置轴向变形不均匀量△WiL为:<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; &tau;周L=(△Wimax / t0)100%<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; △WjL=WjiLmax-WjiLmin <br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 式中 WjiLmax---- 第j测量点位置上变形最大的波的实际拉伸位移量，即Wj1L,<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Wj2L,&hellip;,WjnL中的最大值;<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; WjiLmin---- 第j测量点位置上变形最小的波的 实际拉伸位移量，即Wj1L,<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Wj2L,&hellip;,WjnL中的最小值。&nbsp;&nbsp;&nbsp; <br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 取m个测量点位置中，轴向变形不均匀量的最大值△WiLmax作为拉伸状态该波纹管最大轴向变形不均匀量，则拉伸状态轴向变形不均匀百分比为:拉伸位置测试结束后，对波纹管施加压缩位移载荷，使其达到公称位移中规定的最大压缩位置，保持位移不变，同样按照原始波距的测量方式，在原测量点上，测得一组压缩后的波距数据。</span></span></p> <p><span style="font-size: small"><span style="font-family: 宋体">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; &tau;周L=(△Wjmax / t0)100%<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 根据测得的原始波距和压缩后的波距数据，计算出每个波每个测量点位置上的实际压缩位移变形量，则第i个波第j个测量点枉置上的压缩位移量Wjiy为:<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; WjiY=tji0-tjiY&nbsp;&nbsp;&nbsp; <br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 再求得每个波沿周向的波距变形不均匀量:<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; △WiY=WjiYmax-WjiYmin&nbsp;&nbsp;&nbsp; <br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 式中 WjiYmax---- 第i个波变形最大的测量点的实际压缩位移量，即W1iY,W2iY,&hellip;,<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; WmiY中的最大值;<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; WjiYmin--- 第i个波变形最小的测量点的实 际压缩位移量，即W1iY,W2iY,&hellip;,<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; WmiY中的最小值;<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 压缩状态最大周向变形不均匀量为:<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; △W周Y=△WiYmax<br /> 即为所有波中周向波距变形不均匀量最大的波的波距变形不均匀量。 <br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 压缩状态周向波距变形不均匀百分比为:<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; &tau;周Y=(△Wimax / t0)100%<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; =(△W周Y / t0)100%<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 然后求得每个测量点位置上轴向波距变形不均匀量:<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; △WjY=WjiYmax-WjiYmin<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 式中 WjiYmax----第j个测量位置波距变形最大的波的实际压缩位移量，即Wj1Y,<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Wj2Y,&hellip;,WjmY中的最大值;<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; WjiYmin---- 第j个测量位置波距变形最小的波的实际压缩位移量，即Wj1Y,<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Wj2Y,&hellip;,WjmY中的最小值。<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 压缩状态最大铀向变形不均匀量为:<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; △W轴Y=△WjYmax&nbsp;&nbsp; <br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 即为所有测量位置中，铀向波距变形不均匀量最大的波的波距变形不均匀量。<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 压缩状态铀向波距变形不均匀百分比为:<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; &tau;轴Y=(△WjYmax / t0)100%<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; =(△W轴Y / t0)100%<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 则被测波纹管及膨胀节的波距变形不均匀百分比为: <br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; &tau;=&tau;max<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 式中 &tau;max----&tau;周L,&tau;周Y,&tau;轴L,&tau;轴Y中的最大值。<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 通常规定，&tau;&le;15%为合格。<br /> &nbsp;&nbsp;&nbsp; 此方法同样可用于失稳位移的检测，对被测件逐级加位移载荷，并测试波距，计算波距变形不均匀百分比&tau;,当&tau;&ge;15%时的位移载荷量即为失稳位移。</span></span></p> <p><span style="font-size: small"><span style="font-family: 宋体">4 结束语<br />