波紋管:壓力測量儀表中的一種測壓彈性元件。它是具有多個橫向波紋的圓柱形薄壁折皺的殼體,波紋管具有彈性,在壓力、軸向力、橫向力或彎矩作用下能產(chǎn)生位移。波紋管在儀器儀表中應用廣泛,主要用途是作為壓力測量儀表的測量元件,將壓力轉換成位移或力。波紋管管壁較薄,靈敏度較高,測量范圍為數(shù)十帕至數(shù)十兆帕。另外,波紋管也可以用作密封隔離元件,將兩種介質分隔開來或防止有害流體進入設備的測量部分。它還可以用作補償元件,利用其體積的可變性補償儀器的溫度誤差。有時也用作為兩個零件的彈性聯(lián)接接頭等。波紋管按構成材料可分為金屬波紋管、非金屬波紋管兩種;按結構可分為單層和多層。單層波紋管應用較多。多層波紋管強度高,耐久性好,應力小,用在重要的測量中。波紋管的材料一般為青銅、黃銅、不銹鋼、蒙乃爾合金和因康鎳爾合金等。
紋管上的應力是由系統(tǒng)中的壓力和波紋管變形所產(chǎn)生的。壓力在波紋管上產(chǎn)生環(huán)(周向)應力,而在波的側壁、波谷和波峰處產(chǎn)生徑向的薄膜和彎曲應力。不能抗彎的薄殼有時稱為薄膜,忽略彎曲而算得的應力則稱為薄膜應力。波紋管變形時產(chǎn)生徑向薄膜應力和彎曲應力。波紋管在工作時,有的承受內壓,有的承受外壓,例如波紋膨脹節(jié)和金屬軟管在多數(shù)情況下其波紋管承受內壓,而用于閥門閥桿密封的波紋管一般情況下承受外壓在這里主要分析波紋管承受內壓時的應力,波紋管承受外壓的能力一般情況下高于耐內壓能力。隨著波紋管的廣泛應用,人們對波紋管的應力進行大量的分析研究和實驗驗證工作,提出了許多供工程設計使用的計算公式、計算程序和圖表。但是,有的方法由于圖表或程序繁復使用不方便,有的方法假設條件不是過于簡化就是過于理想,難以保證使用上的可靠,不少方法未能為工程界所接受。因此,真正符合實用要求的方法為數(shù)不多。
美國EJMA 應力計算方法
波紋管的有效面積計算
有效面積是波紋管的基本性能參數(shù)之一,它表征波紋管將壓力轉換為集中力的能力,在利用波紋管把壓力變成集中力輸出的場合,有效面積就是一個重要參數(shù)。
波紋管用于力平衡式儀表時,其有效面積的穩(wěn)定性會直接影響著儀表的精度。所以在這種場合不但要求波紋管具有合理的有效面積,而且還要求有效面積在工作過程中不隨工作條件而變化。
自振頻率
在工業(yè)中使用的彈性元件,其工作環(huán)境往往都有一定程度的振動,有些元件用作隔振部件.本身就處在振動條件下。對于在特殊條件下應用的彈性元件,必須防止元件的自振頻率(特別是基頻)與系統(tǒng)中任何一種振動源振頻相近,避免發(fā)生共振而引起損壞。波紋管類組件在各種領域中得到了廣泛的應用,為避免波紋管發(fā)生共振面損壞,波紋管的固有頻率應低于系統(tǒng)的振動頻率,或至少比系統(tǒng)振頻高出50%。