CN108343791B - 一种采用不等壁厚的多层金属波纹管 - Google Patents

Abstract

一种采用不等壁厚的多层金属波纹管，与介质接触的单层厚度小于其它单层的厚度，其它单层的单层厚度相等。通过设置不等壁厚层，与介质接触层设置较薄层，较薄层满足分层承压对厚度要求，保证波纹管与介质接触层有较大的疲劳寿命，不发生因疲劳破坏引起的泄露，同时波纹管整体满足承压能力和补偿量，提高波纹管的应用经济性。并且与介质接触层具有较高的疲劳寿命，在波纹管位移工况下，其应力水平低，波纹管的应力腐蚀敏感性降低，提高了波纹管的应用安全性。

Description

一种采用不等壁厚的多层金属波纹管

技术领域

本发明属于管道用波纹管膨胀节的应用技术，具体为一种采用不等壁厚的多层金属波纹管。

背景技术

国内外金属波纹管设计标准适用于等壁厚多层波纹管的设计，在疲劳计算中，认为多层波纹管各层具有相同的疲劳寿命，任意一层发生破坏，即认为波纹管失去完整性，丧失使用性能。实际应用中，多层金属波纹管一般是远离介质的一层先发生疲劳破坏，说明波纹管远离介质的层具有较低的疲劳寿命。在同等波数和补偿量要求的情况下，多层薄壁波纹管比多层厚壁波纹管具有更高的疲劳寿命，疲劳寿命的提高可以增长波纹管的更换周期，降低了使用成本。但是，行业内对于薄壁和厚壁的混合使用，并无可见的应用报道，而对于多层波纹管，在满足承压能力和补偿量的情况下，薄壁和厚壁混合使用，薄壁层可以保证更长的使用寿命，厚壁层满足强度条件，因此，寻求多层波纹管不等壁厚层的设置方式对于提高其应用经济性有较大的意义。

同时，国内外波纹管设计标准适用于等壁厚同材质多层波纹管的设计，实际应用中，为提高波纹管的耐蚀性，常在多层波纹管与介质接触层使用一层高分子材料的衬层，如聚四氟乙烯衬层。由于高分子材料弹性模量低，抵抗变形能力差，容易在负压工况下脱离金属波纹管，造成衬层失效，波纹管也就失去了耐腐蚀性能，并且高分子材料耐温性能差，300℃以上难以应用。因此，为提高波纹管的耐腐蚀性能，常使用耐蚀合金来制作波纹管，但耐蚀合金价格昂贵，波纹管的应用经济性差。本发明提出在波纹管与介质接触层设置一层耐蚀合金层，其它层使用普通不锈钢，耐腐蚀合金层与其它层壁厚相等或者减薄，波纹管整体满足承压能力和补偿量的要求，则对于提高其应用经济性有较大的意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种采用不等壁厚的多层金属波纹管，保证波纹管与介质接触层有较大的疲劳寿命，减少波数还能使波纹管整体满足承压能力和补偿量，不发生疲劳破坏引起的泄露，提高波纹管的应用经济性。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种采用不等壁厚的多层金属波纹管，与介质接触的单层厚度小于其它单层的厚度，其它单层的单层厚度相等。

本发明所述的波纹管的材质为不锈钢。

本发明所述的波纹管的单层厚度大于0.1mm。

本发明所述的与介质接触的单层材质为耐蚀合金，其它单层的材质为不锈钢。

本发明有益效果是：

1、通过设置不等壁厚层，与介质接触层设置较薄层，较薄层满足分层承压对厚度要求，保证波纹管与介质接触层有较大的疲劳寿命，不发生因疲劳破坏引起的泄露，同时波纹管整体满足承压能力和补偿量，提高波纹管的应用经济性。并且与介质接触层具有较高的疲劳寿命，在波纹管位移工况下，其应力水平低，波纹管的应力腐蚀敏感性降低，提高了波纹管的应用安全性。

2、多层同材质波纹管的在实际应用中，根据应用环境，可以使用普通不锈钢和耐蚀合金不锈钢，尤其是在腐蚀环境，多层波纹管各层全部使用耐蚀合金时，存在使用经济性差的问题。本专利提出一种具有耐蚀合金衬层的多层金属波纹管，在波纹管与介质接触层设置一层耐蚀合金层，其它层使用普通不锈钢，耐腐蚀合金层与其它层壁厚相等或者减薄，波纹管整体满足承压能力和补偿量的要求，提高了波纹管的应用经济性。

附图说明

图1为本发明多层不等壁厚金属波纹管的结构示意图；

图2为现有技术多层等壁厚波纹管的结构示意图；

图3为实施例2具有等壁厚耐蚀衬层的波纹管的结构示意图；

图4为实施例2具有减薄壁厚的耐蚀衬层的波纹管的结构示意图；

图5为实施例2具有多层等壁厚耐蚀合金波纹管的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种采用不等壁厚的多层金属波纹管，与介质接触的单层厚度小于其它单层的厚度，其它单层的单层厚度相等。

本发明所述的波纹管的材质为不锈钢。

本发明所述的波纹管的单层厚度大于0.1mm。

实施例1

波纹管的材质为均为不锈钢时，为证明通过设置较薄层提高疲劳寿命的经济价值，进行了如表1所示的算例分析，算例的计算依据是GB/T12777金属波纹管膨胀节通用技术条件，波纹管为无加强U型。波纹管的设计温度为150℃，设计压力为2.5MPa。

表1为实施例1的波纹管算例分析表

注1：4940(3×1.2)指的是波纹管采用3层，单层壁厚为1.2mm的结构，波数为4个，疲劳次数为4940。

注2：10676(1×0.5)指的是与介质接触层为1层，单层壁厚为0.5mm的薄壁层，波数为4个，该层的疲劳次数为10676。

注3：13880(3×1.2)指的是波纹管采用3层，单层壁厚为1.2mm的结构，波数为5个，疲劳次数为13880。

注4：26490(1×0.5)指的是与介质接触层为1层，单层壁厚为0.5mm的薄壁层，波数为5个，该层的疲劳次数为26490。

以下叙述中，与介质接触层为内层，其它层统称外部层。

当轴向补偿量要求不低于29mm，且疲劳次数不低于10000次时，采用方案2所表示的3×1.2结构，需要的波数是5个，如果采用方案Ⅰ-1所表示的结构，即与介质接触层设置一层壁厚为0.5mm的薄壁层，外部层仍为由3×1.2结构，需要的波数是4个，此时由于内层的薄壁层疲劳寿命不低于10000次，波纹管不存在因疲劳导致的泄露问题，即使外层波纹管发生疲劳破坏，产生了局部裂纹，由于与介质接触的薄壁层的高疲劳寿命，波纹管整体不会失去密封作用，仍可以保持正常的补偿性能。

采用方案Ⅰ-1的波纹管较方案Ⅱ的波纹管在波纹管重量上有所减少，如果考虑波纹管外面3层和内层均达到疲劳寿命不低于10000次，则需要有明显的经济效益。

当轴向补偿量要求不低于29mm，采用方案2所表示的3×1.2结构，需要的波数是5个，疲劳寿命为10930次；如果采用方案Ⅰ-2所表示的结构，即与介质接触层设置一层壁厚为0.5mm的薄壁层，外部仍为由3×1.2结构，波数也设置5个，此时由于内层的薄壁层疲劳寿命达到26490次，外面3层3×1.2结构疲劳寿命达到13880，因此与介质接触层设置一层壁厚为0.5mm薄壁层的方案Ⅰ-2具有更高的疲劳寿命，减少了波纹管的更换周期。

实施例2

本专利提出一种采用不等壁厚的多层金属波纹管，在波纹管与介质接触层设置一层耐蚀合金层，其它层使用普通不锈钢，耐腐蚀合金层与其它层壁厚相等或者减薄，波纹管整体满足承压能力和补偿量的要求，提高了波纹管的应用经济性。

图3为具有等壁厚耐蚀衬层的波纹管，与介质接触层使用耐蚀合金，此层与外面各层等壁厚。

图4具有减薄壁厚的耐蚀衬层的波纹管，与介质接触层使用耐蚀合金，此层较外面各层壁厚有减薄，不参与强度计算，只作为耐腐蚀衬层。

图5多层等壁厚耐蚀合金波纹管，为耐蚀环境下，按照波纹管设计标准进行选材设计的多层等壁厚耐蚀合金波纹管。

为证明通过设置较薄衬层对于提高波纹管经济性的可行性，进行了如表2所示的算例分析，算例的计算依据是GB/T12777金属波纹管膨胀节通用技术条件，波纹管为无加强U型。波纹管的设计温度为350℃，设计压力为1.6MPa。

表2为实施例2的波纹管算例分析表

注1：如图3所示，3×1.0+1×1.0指的是波纹管采用4层，与介质接触层为1层厚度为1.0mm的Inconel625材料，其它3层为单层壁厚1.0mm的316L材料，各层均参与强度计算。

注2：如图4所示，4×1.0+1×0.5指的是波纹管采用5层，与介质接触层为1层厚度为0.5mm的Inconel625材料，其它4层为单层壁厚1.0mm的316L材料，与介质接触层不参与强度计算。

注3：如图5所示，4×1.0指的是波纹管采用4层，为4层单层为壁厚1.0mm的Inconel625材料。

当轴向补偿量要求不低于40mm，且疲劳次数不低于3000次时，方案Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ均满足强度和补偿量要求，但在耐蚀环境下，按照常规设计，应选用各层同种材质Inconel625的方案Ⅲ，为考虑经济性，可以选用方案Ⅰ和方案Ⅱ的耐蚀合金衬层的方案，但选用方案Ⅱ所用的耐蚀合金Inconel625重量最小，而Inconel625价格是316L的10倍，因此选用方案Ⅱ具有明显的经济效益。

Claims (1)

1.一种采用不等壁厚的多层金属波纹管，其特征在于：与介质接触的单层厚度小于其它单层的厚度，其它单层的单层厚度相等，所述的与介质接触的单层材质为耐蚀合金，所述耐蚀合金采用Inconel 625材料，其它单层的材质为不锈钢；所述的波纹管的单层厚度大于0.1mm。

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