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)導流筒破損的原因及解決方案和大家分析一下。
該導流筒材質(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)范所推薦的導流筒*小厚度應(yīng)為1.5mm，現(xiàn)取導流筒壁厚為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，將導流筒的進口端完全固定，而出口端為自由端，與導流筒實際安裝狀態(tài)相符。
從計算結(jié)果來看，導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致導流筒損壞。在正常工況下，如果是導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)就會使導流筒產(chǎn)生破損，甚至還會導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，導流筒碎片沒有得到保留，故不能從材料方面入手對導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，導致管系或內(nèi)部介質(zhì)的振動突然變化，從而導致導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，*終導致導流筒產(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，我們采取將導流筒壁厚加厚到4mm，然后再重新焊接到膨脹節(jié)內(nèi)原導流筒位置的方法，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流筒的影響，這時可對導流筒的壁厚進行適當加厚，使導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。
