之前有一個(gè)客戶向我們公司銷售說(shuō)了這樣一個(gè)情況：他購(gòu)買(mǎi)的某公司的波紋管膨脹節(jié)，在運(yùn)行使用了半年左右時(shí)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(gè)問(wèn)題。在此，潤(rùn)達(dá)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(zhǎng)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(jì)溫度為100℃）。根據(jù)已知的設(shè)計(jì)條件，按GB/T 12777-2008標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)范要求。
根據(jù)導(dǎo)流筒損壞的情況來(lái)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(duì)導(dǎo)流筒進(jìn)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(shí)考慮了導(dǎo)流筒進(jìn)口端的翻邊及圓弧過(guò)渡尺寸，設(shè)定邊界條件時(shí)，將導(dǎo)流筒的進(jìn)口端完全固定，而出口端為自由端，與導(dǎo)流筒實(shí)際安裝狀態(tài)相符。
從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，導(dǎo)流筒的一階固有頻率為132.7Hz，而管系（機(jī)殼）的振動(dòng)工頻為88Hz，兩者相差44.7Hz。考慮到該導(dǎo)流筒并不是一開(kāi)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(dòng)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(dòng)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(huì)使導(dǎo)流筒產(chǎn)生破損，甚至還會(huì)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(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。
另外，由于現(xiàn)場(chǎng)較為混亂，導(dǎo)流筒碎片沒(méi)有得到保留，故不能從材料方面入手對(duì)導(dǎo)流筒損壞的原因進(jìn)行具體分析。但從材料采購(gòu)渠道來(lái)看，也可排除材料方便的原因。
但從現(xiàn)場(chǎng)照片來(lái)看，該破壞還是由振動(dòng)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(shí)際使用運(yùn)行過(guò)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(shí)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(dòng)突然變化，從而導(dǎo)致導(dǎo)流筒的自振頻率與管系的振動(dòng)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(jìn)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(méi)有發(fā)生過(guò)類似的情況。
通過(guò)該案例的分析，給予我們一個(gè)啟示：即在有振動(dòng)和介質(zhì)流速可能有較大變化的應(yīng)用場(chǎng)合，導(dǎo)流筒的設(shè)計(jì)除了要遵循規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的*低要求外，還要綜合考慮振動(dòng)等對(duì)導(dǎo)流筒的影響，這時(shí)可對(duì)導(dǎo)流筒的壁厚進(jìn)行適當(dāng)加厚，使導(dǎo)流筒在使用工況和外部環(huán)境發(fā)生變化時(shí)仍具有一定的**余量。有條件的話，*好再對(duì)管系（包括波紋管膨脹節(jié)）進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)和分析，如：模態(tài)分析，應(yīng)力分析以及氣固耦合作用對(duì)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。
