上海沃托阀门有限公司

金属波纹管在截止阀、闸阀、调节阀、安全阀和球阀等阀门中的应用、设计和选型。对阀门用金属波纹管在使用中出现的出现的问题给出了解决办法。

一、金属波纹管阀门概念：

随着世界范围内环保意识的增强，人们对阀门的密封要求越来越高，特别是该装置以及石油和化工等特殊场合，要求阀门必须实现“零泄漏”。因此，苏联、德国、美国和日本等国家率先将金属波纹管应用于阀门领域，使波纹管阀门作为一个新产品首先在航空、航天、舰船和核工业等军工领域得到应用，并迅速在石油和化工等行业得以推广。

金属波纹管的作用主要是实现测量、连接、转换、补偿、隔离、密封和减震等功能。在波纹管截止阀和闸阀中的作用只要是隔离、密封和补偿功能，在自力式调节阀中，还与弹簧配套起到输出力和开区关闭阀门的作用。

用于波纹管阀门的金属笔文官只要有液压成形和焊接成形两种，是根据实际使用的阀门阀体高度、位移量、耐压能力以及刚度要求综合考虑选择何种形式的金属波纹。金属波纹管的材料主要是奥氏体不锈钢以及高温合金钢等，材料的选择主要是根据阀门实际使用介质腐蚀性和使用温度决定的。

由于近年来国内阀门行业发展非常迅速，如何在波纹管阀门设计时选择合适的金属波纹管成为行业上迫切需要解决的问题。

二、金属波纹管阀门术语：

在对金属波纹管设计选型时，首先要明确金属波纹管的行业术语。

1）波纹管：一种弹性、薄壁、有多个横向波纹的管壳零件。

2）波纹管组件：由两个或两个以上零件组成，其中之一是波纹管，波纹管是一个或多个串联，其他是法兰等配件。

3）壁厚：成形波纹管的原始金属管的管壁厚度，对多层波纹管则是各层壁厚的总和。

4）形程：已原始长度为基点，波纹管压缩位移与拉伸位移之和。

5）扭曲：长波纹管进行轴向压缩时产生的柱失稳。

6）公称压力：与波纹管机械强度有关的设计给定压力。

7）公称载荷：正常工作条件下允许的最大载荷或满量程值。通常是预期设计值。超载载荷一般限定在额定载荷的 125%~150%。

8）额定位移：额定载荷下引起的位移，是正常使用条件下允许产生的工作位移。

9）波纹管刚度：使波纹管产生单位位移所需要的力，设计计算得出的刚度称为公称刚度或额定刚度。一般情况，公称刚度不直接受用实际值，而是产品原型经过测试后的修正值。

10)一次循环：波纹管随阀杆从全开到全闭再到全开的运动过程。

11）循环寿命：波纹管在规定压力、温度和轴向行程下往复运动而不破换的最大循环次数。相同产品的寿命与波纹管工作状态、循环次数、频率、压力和温度等有关。

12）有效面积：弹性元件在单位压力作用下，位移为零时转换的集中力的大小。但有效面积随压力增加而变化，因此具有不恒定性，在力平衡式仪表中，要配对筛选，做到有效面积尽量一致。

三、金属波纹管阀门结构

1）U 形波纹管：常用 U 形波纹管结构如图 1-1 所示。波纹管端部接口形式如图 1-2 所示。接口表示方法为外配合用 W（图 1-1a 中的 d1?尺寸）、沿波切边用 QD（图 1-1a 中 D2?尺寸）、内配合用 N（图 1-1b 中 D1?尺寸）。推荐采用图 1-2a、b、c 端部接口形式。

图 1-1 常用波纹管结构要素

图 1-2 波纹管端部接口形式

2）波纹管组件典型结构：保温管组件典型结构如图 1-3 所示。

图 1-3 波纹管组件典型结构

四、金属波纹管阀门选型

1、波纹管阀门典型结构：

应用波纹管组件是为阀杆和阀体工艺流体之间提供一个可轴向变形的金属隔套，形成动密封，以消除阀杆处的泄漏。装有波纹管组件的阀门典型结构如图 1-4 所示。

图 1-4 装有波纹管组件的阀门典型阀杆密封结构

2、金属波纹管阀门选型要求：

①根据阀杆的直径选择波纹管内径，波纹管的内径应大于阀杆直径 1.5mm。波纹管的外径根据波纹管内径来选择。外径和内径通过外径与内径的比值相联系，一般情况下，外径与内径的比值为 1.3~1.5。

②波纹管的壁厚、层数、波纹数及长度等应能满足波纹管的耐压、行程、循环寿命等要求。一般情况下，压力越大，波纹管的壁厚越厚，为了增大位移或者降低波纹管刚度，提高寿命，可以采用降低单层壁厚、增加波纹管层数的办法实现。

③应设计导向结构，以防止波纹管的扭曲。同时还应避免波纹管与阀杆或阀体之间的局部接触，以防止磨损和过早失效。应设计防扭转结构，防止波纹管扭转变形。

④设计阀门时，应限制波纹管压缩和拉伸的行程，以防止波纹管承受超出循环寿命试验限定的压缩位移和拉伸位移。一般情况下，波纹管的行程不应超过自由长度的 25%，否则会影响波纹管的循环寿命。特别是高温高压环境下的波纹管阀门。

⑤波纹管采用与阀门相同的压力和温度等级。波纹管应能承受主体阀门 38℃ 条件下 1.5 倍的公称压力的压力试验。进行压力试验时，焊缝不能开裂、泄漏，波纹管不应发生扭曲。⑥波纹管组件材料应在允许的使用温度范围内选择，同时波纹管用材料具有良好的成形性能、焊接性能与介质的相容性。

3、阀门用波纹管选型标记：

按照波纹管应用阀门公称尺寸不同分类，根据 GB/T 1047-2005 中的公称尺寸系列规定，波纹管应用阀门的工程尺寸可分为：15mm、20mm、25mm、32mm、40mm、50mm、65mm、80mm、100mm、125mm、150mm、200mm、250mm 等。

图 1-5 波纹管标识

4、阀门用波纹管的检验：

阀门用金属波纹管的检验项目主要有表面质量、几何尺寸、密封性、压力机循环寿命等。

1）表面质量：在标准照明条件下，目测观察波纹管表面及外形、其质量应满足 JB/T 6169-2006 的规定。

2）几何尺寸：用分度值为 0.02mm 的卡尺或其精确度相当的其他量具和仪器，检验波纹管的几何尺寸和公差应符合图样要求。图样未要求的公差应符合表 1-5 的要求。

3）密封性检验：由承制方组焊的波纹管组件应进行密封性检验，检验可用气泡检漏法。波纹管及其组件内冲入 0.6MPa 的压缩空气或其他无腐蚀性非可燃洁净的气体，保压 3min，在水槽中检查不应有泄漏现象。也可根据用户要求用氦质谱检漏仪检漏，不应呈现可探测出的渗漏。

4）压力试验：压力试验可在专用设备或阀门上进行。实验用水的氯离子含量不超过 25×10-7。按 JB/T 9092-1999 的规定，波纹管组件在室温或 38℃ 条件下，以 1.5 倍公称压力进行水压试验。

每个波纹管组件应固定在某一长度，此长度为常规阀门壳体试验时阀门开启位置的长度。在实验过程中应防止波纹管拉伸和压缩。压力施加应与波纹管工作时受压方式一致。进行压力试验时，焊缝不能开裂或泄露，波纹管不应发生扭曲。

5）循环寿命试验：可在专用设备或阀门上进行试验，当主题阀门需要时，应按照相关标准进行高温循环寿命试验。

循环的频率应考虑不正常的快速循环可能产生的过热。循环频率不应超过每秒一次。

循环试验应在室温或 38℃ 时的公称压力下进行。加压方式同压力试验一样。

每个波纹管组件咋循环试验之后应进行密封性试验，不应呈现可探测的渗漏。

除合同另有规定，波纹管的循环寿命应符合表 1-6 的规定。

出厂检验：出厂检验的项目和顺序按表 1-7 规定执行。出厂检验中有不合格项的波纹管，为不合格品。

注：● 为必检项目；— 为不检项目。

五、金属波纹管阀门总结：

阀门是金属波纹管是波纹管阀门的核心器件，波纹管的设计及选用，关系到阀门使用安全，特别是波纹管阀门的应用领域都是重点工业领域和军工领域，在新产品试制是应进行型式试验，在选用时应适用于阀门使用系统的空况条件及金属波纹管的结构特性。