金属波纹补偿器的残余变形和使用寿命问题详解

金属波纹补偿器在压缩状态下工作时的允许压缩位移量比工作在拉伸状态下的允许拉伸位移量要大一些，所以在设计金属波纹补偿器时应尽可能让金属波纹补偿器在压缩状态下工作。通过实验发现，在一般情况下，同一材料、同一规格的金属波纹补偿器，其允许的压缩位移是允许的拉伸位移的1.5倍。允许位移与金属波纹补偿器的几何尺寸参数及材料性能有关。一般情况下，金属波纹补偿器的允许位移大小与材料的屈服强度及外径的平方成正比，而与材料的弹性模量、金属波纹补偿器的壁厚成反比。同时，相对波深、波厚对它也有相应影响。

金属波纹补偿器及其它弹性元件的残余变形是指加载后元件产生位移，而卸载后再经过相当长的一段时间弹性元件仍不能回复到原始位置。产生一个变形的残留值。元件的残余变形里与使用状态有关。当拉伸（或压缩）的位移里逐渐增大到相应的位移值后，残余变形将显著增加。金属波纹补偿器类组件的使用温度范围很宽，一般都在弹性元件设计制造前给出。有些用途的金属波纹补偿器，内腔通过液氧（-196℃）或   低温度的液氮，耐压高达25MPa。管网系统连接用的大型波纹膨胀节（公称直径有时超过lm），要求承压4MPa，耐温400℃，且有相应的蚀稳定性。弹性元件的温度适应能力取决于所采用弹性材料的耐温性能。因此根据弹性元件的使用温度范围，选用合适温度性能参数的弹性材料，才能加工制造出合格的金属波纹补偿器类组件。

残余变形是判定弹性元件变形能力的参数对于弹性敏感元件，如果在达到额定位移值后产生了较大的残余位移，这将影响仪表的测量精度。因此，一般对残余变形量给出相应的界限值。在工程中应用的金属波纹补偿器类组件（如波纹膨胀节），有时为   较大的位移，使元件工作在弹塑性区，会出现较大的残余变形。如能满足相应的使用寿命而不失效。这时残余变形量不再考虑。

金属波纹补偿器在工作过程中，其寿命长短主要取决于工作过程中产生的较大应力。为了降低应力，一般通过减少金属波纹补偿器的工作位移和降低工作压力来实现。在一般设计中规定金属波纹补偿器的工作位移应小于它的允许位移的一半，它的工作压力应小于金属波纹补偿器的耐压力的一半。金属波纹补偿器在其它情况相同而工作压力性质（恒定或交变载荷）不同的条件下工作时，其使用寿命将有差别。显然，在交变载荷下工作时，金属波纹补偿器的寿命比恒定载荷下工作时要短一些。

金属波纹补偿器设计的理论基础是板壳理论、材料力学、计算数学等。金属波纹补偿器设计的参数较多，由于金属波纹补偿器在系统中的用途不同，其设计计算的   也不一样。例如，金属波纹补偿器用于力平衡元件，要求金属波纹补偿器在工作范围内其   面积不变或变化很小，用于测量元件，要求金属波纹补偿器的弹性特性是线性的；用于真空开关管作真空密封件，要求金属波纹补偿器的真空密封性、轴向位移量和疲劳寿命；用于阀门作密封件，要求金属波纹补偿器应具有相应的耐压力、蚀、耐温度、工作位移和疲劳寿命。根据金属波纹补偿器的结构特点，可以把金属波纹补偿器当作圆环壳、扁锥壳或圆环板所组成。设计计算金属波纹补偿器也就是设计计算圆外壳、扁锥壳或团环板。

在工业中使用的弹性元件，其工作环境往往都有相应程度的振动，有些元件用作隔振部件。本身就处在振动条件下。对于在条件下应用的弹性元件，需要防止元件的自振频率（特别是基频）与系统中任何一种振动源振频相近，避免发生共振而引起损坏。金属波纹补偿器类组件在各种中   了广泛的应用，为避免金属波纹补偿器发生共振面损坏，金属波纹补偿器的固有频率应低于系统的振动频率，或至少比系统振频高出50%。