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鄭州潤達管道設(shè)備有限公司
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管膨脹節(jié)導(dǎo)流筒破損的原因及解決方案

之前有一個客戶向我們公司銷售說了這樣一個情況:他購買的某公司的波紋管膨脹節(jié),在運行使用了半年左右時間后,導(dǎo)流筒突然出現(xiàn)了損壞,出現(xiàn)了不規(guī)則裂紋,直至破裂形成碎片后掉落。希望我們公司幫忙解決一下這個問題。在此,潤達技術(shù)小編就該波紋管膨脹節(jié)導(dǎo)流筒破損的原因及解決方案和大家分析一下。
該導(dǎo)流筒材質(zhì)為304不銹鋼。其具體尺寸為:外徑D=1185mm,長度L1=370mm,壁厚t=2mm。使用工況:管道內(nèi)介質(zhì)為空氣,流速為≤30m/s(額定流速為28m/s),且介質(zhì)溫度≤150℃(設(shè)計溫度為100℃)。根據(jù)已知的設(shè)計條件,按GB/T 12777-2008標準中的有關(guān)設(shè)計規(guī)范所推薦的導(dǎo)流筒*小厚度應(yīng)為1.5mm,現(xiàn)取導(dǎo)流筒壁厚為2mm,大于*小厚度1.5mm的要求,完全符合設(shè)計規(guī)范要求。
根據(jù)導(dǎo)流筒損壞的情況來看,可初步判斷為因管道內(nèi)氣流激振引起的高周疲勞破壞。為此,采用有限元對導(dǎo)流筒進行了模態(tài)分析和應(yīng)力分析。有限元單元采用彈性殼單元SHELL63,建模時考慮了導(dǎo)流筒進口端的翻邊及圓弧過渡尺寸,設(shè)定邊界條件時,將導(dǎo)流筒的進口端完全固定,而出口端為自由端,與導(dǎo)流筒實際安裝狀態(tài)相符。
從計算結(jié)果來看,導(dǎo)流筒的一階固有頻率為132.7Hz,而管系(機殼)的振動工頻為88Hz,兩者相差44.7Hz。考慮到該導(dǎo)流筒并不是一開始使用就壞掉的,而是連續(xù)使用半年多之后才壞的,可排除在正常工況下因?qū)Я魍沧哉耦l率與管系的振動頻率相近而引起的共振導(dǎo)致導(dǎo)流筒損壞。在正常工況下,如果是導(dǎo)流筒固有自振頻率和管系振動頻率發(fā)生共振的話,一般在十幾天內(nèi)或數(shù)天內(nèi)就會使導(dǎo)流筒產(chǎn)生破損,甚至還會導(dǎo)致金屬波紋管的破損,況且兩種的頻率相差44.7Hz,并不完全相同,不會發(fā)生共振現(xiàn)象。
另外,由于現(xiàn)場較為混亂,導(dǎo)流筒碎片沒有得到保留,故不能從材料方面入手對導(dǎo)流筒損壞的原因進行具體分析。但從材料采購渠道來看,也可排除材料方便的原因。
但從現(xiàn)場照片來看,該破壞還是由振動引起的。因此,結(jié)合現(xiàn)有資料綜合考慮,我們分析判斷:在實際使用運行過程中可能存在介質(zhì)的流速突然變化、管系內(nèi)部壓力突然失控而增高、或其他因素引起實際使用工況發(fā)生較大的變化,導(dǎo)致管系或內(nèi)部介質(zhì)的振動突然變化,從而導(dǎo)致導(dǎo)流筒的自振頻率與管系的振動頻率突然接近,引發(fā)共振現(xiàn)象,產(chǎn)生高周疲勞,*終導(dǎo)致導(dǎo)流筒產(chǎn)生裂紋,并迅速延伸后造成斷裂破壞。
為避免此種情況的再次發(fā)生,我們采取將導(dǎo)流筒壁厚加厚到4mm,然后再重新焊接到膨脹節(jié)內(nèi)原導(dǎo)流筒位置的方法,進行修復(fù)。經(jīng)修復(fù)后,該波紋管膨脹節(jié)使用至今,一切正常,再也沒有發(fā)生過類似的情況。

通過該案例的分析,給予我們一個啟示:即在有振動和介質(zhì)流速可能有較大變化的應(yīng)用場合,導(dǎo)流筒的設(shè)計除了要遵循規(guī)范和標準的*低要求外,還要綜合考慮振動等對導(dǎo)流筒的影響,這時可對導(dǎo)流筒的壁厚進行適當加厚,使導(dǎo)流筒在使用工況和外部環(huán)境發(fā)生變化時仍具有一定的**余量。有條件的話,*好再對管系(包括波紋管膨脹節(jié))進行必要的設(shè)計和分析,如:模態(tài)分析,應(yīng)力分析以及氣固耦合作用對內(nèi)襯套固有頻率的影響等,以確保波紋管膨脹節(jié)的**使用。

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