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波纹管补偿器损坏案例分析

文章出处:责任编辑:河北华洁人气:789发表时间:2017-03-22 14:55:09
 

  今天小编跟大家分享一个波纹管补偿器损坏案例并且分析下损坏原因和解决方案。
  某个公司为钢铁厂生产的波纹管补偿器,在运行适用了半年左右时间后,导流筒突然出现了损坏,损坏在客户拍过照片中能清晰可见导流筒出现了不规则裂纹,直至碎裂形成碎片后掉落。该导流筒材质为304不锈钢,其具体尺寸为:外径D=1185mm,长度L1=370mm,厚壁t=2mm。使用工况:管道内介质为空气,流速为≤30m/s(额定流速为28m/s),且介质温度≤150℃(设计温度为100℃)。根据已知的设计条件,按GB/T12777-2008标准中的有关设计规范所推荐的导流筒最小厚度应为1.55mm,现取导流筒损坏的情况来看,可初步判断为因管道内气流激振引起的高周疲劳破坏,为此,采用有限元对导流筒进行了模态分析和应力分析,有限元单元采用弹性壳单元SHELL63,建模时考虑了导流筒进口端的翻边及圆弧过渡尺寸,设定边界条件时,将导流筒的进口端完全固定,而出口端为自由端,与导流筒实际安装状态相符。
  原因分析:从计算结果来看,导流筒的一阶固有频率为132.7Hz,而管系(机壳)的振动工频为88Hz,考虑到该导流筒并不是一开始使用就坏掉,而是连续使用半年多之后才坏的,可排除在正常工况下因导流筒自振频率与管系的振动频率相近而引起的共振导致导流筒损坏,因为在正常工况下,如果是导流筒固有自振频率和管系振动频率发生共振的话,一般在十几天内或数天内就会使导流筒产生破损,甚至还会导致金属波纹管的破损,况且两者的频率相差44.7Hz,并不完全相同,不会发生共振现象。
  另外,由于现场较为混乱,导流筒碎片没有得到保留,故不能从材料方面入手对导流筒损坏的原因进行具体分析。但从材料采否渠道来看,可排除材料方面的原因。
  但从现场照片来看,该破坏还是由振动引起的,由此,结合现有资料综合考虑,我们分析判断:在实际使用运行过程中可能存在介质的流速突然变化,管系内部压力突然失控而增高,或其他因素引起实际使用工况发生较大的变化,导致管系或内部介质的振动突然变化,从而导致导流筒的自振频率与管系的振动频率突然接近,引发共振现象,产生高周疲劳,最终导致导流筒产生裂纹,并迅速延伸后造成断裂破坏。
  解决方案:
  为避免上述情况的再次发生,我们觉得将导流筒壁厚加厚到4mm,然后再重新焊接到膨胀节内原导流筒位置的方法,进行修复。