管膨脹節導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，在運行使用了半年左右時間后，導流筒突然出現了損壞，出現了不規則裂紋，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，潤達技術小編就該波紋管膨脹節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：管道內介質為空氣，流速為≤30m/s（額定流速為28m/s），且介質溫度≤150℃（設計溫度為100℃）。根據已知的設計條件，按GB/T 12777-2008標準中的有關設計規范所推薦的導流筒*小厚度應為1.5mm，現取導流筒壁厚為2mm，大于*小厚度1.5mm的要求，完全符合設計規范要求。
根據導流筒損壞的情況來看，可初步判斷為因管道內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分析和應力分析。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相符。
從計算結果來看，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，而是連續使用半年多之后才壞的，可排除在正常工況下因導流筒自振頻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生共振的話，一般在十幾天內或數天內就會使導流筒產生破損，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，不會發生共振現象。
另外，由于現場較為混亂，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。
但從現場照片來看，該破壞還是由振動引起的。因此，結合現有資料綜合考慮，我們分析判斷：在實際使用運行過程中可能存在介質的流速突然變化、管系內部壓力突然失控而增高、或其他因素引起實際使用工況發生較大的變化，導致管系或內部介質的振動突然變化，從而導致導流筒的自振頻率與管系的振動頻率突然接近，引發共振現象，產生高周疲勞，*終導致導流筒產生裂紋，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內原導流筒位置的方法，進行修復。經修復后，該波紋管膨脹節使用至今，一切正常，再也沒有發生過類似的情況。

通過該案例的分析，給予我們一個啟示：即在有振動和介質流速可能有較大變化的應用場合，導流筒的設計除了要遵循規范和標準的*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境發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）進行必要的設計和分析，如：模態分析，應力分析以及氣固耦合作用對內襯套固有頻率的影響等，以確保波紋管膨脹節的**使用。

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