淺談Ω 型膨脹節許用外壓的確定和外壓試驗方法的可行性

焦玉青 柳 強 周忠義

（1.山東四方實業集團有限公司，山東 泰安 271000；2.泰安市金水龍金屬容器有限公司，山東 泰安 271000）

0 概述

伴隨著我國經濟快速發展，壓力容器的需求呈現出高參數方向發展的趨勢，即更高溫度、更高壓力、更大直徑、更大厚度等方向發展。 致使膨脹節在高參數下的設計、制造及應用顯得尤為重要，為此Ω 型膨脹節（圖1）得到廣泛應用，目前Ω 型膨脹節由于本身結構形式的影響，常規的內壓強度試驗對波紋管與之連接的端部加強環的環焊縫檢漏效果很差， 即給Ω 型膨脹節進行氣壓試驗時，如果產生泄漏，波紋管與端部加強環接觸處均勻地產生氣泡，而且分布在一整圈的位置，由于端部加強環起加強作用的那部分需與波紋管貼合緊密，氣體會根據兩者的貼合情況從不同部位漏出。進而形成波紋管與端部加強環產生一整圈的氣泡，對泄漏點的查找帶來了困難。 本文通過Ω 型膨脹節在實際制造中，強度試驗遇到泄漏時，如何查找與波紋管連接的環焊縫泄漏點。依據相關的理論計算確定Ω 型膨脹節的許用外壓， 針對Ω 型膨脹節的許用外壓確定外壓檢漏試驗壓力， 以此壓力進行Ω 型膨脹節外壓檢漏試驗，比較常規強度試驗與外壓檢漏試驗的優越性。

圖1 Ω 型膨脹節

1 Ω 型膨脹節許用外壓的確定

根據我公司承接的某某項目換熱器用膨脹節，針對實際制造中遇到的問題展開理論計算。文獻[2]一方面討論將Ω 型波紋管看成具有加強圈的筒體，Ω 波可以看成是筒體組合的加強圈， 來校核Ω 型波紋管直邊強度和穩定性。 另一方面討論Ω 波部分強度計算。 本文采用推導出的強度和穩定性計算方法，針對此項目用膨脹節進行理論計算， 確定Ω 型膨脹節許用外壓，膨脹節的設計參數見表1。

（1）Ω 型波紋管直邊壁厚許用外壓計算見表2，依據GB 150—2011《壓力容器》外壓圓筒校核進行的理論計算。

表1

表2

表3

（2）Ω 型波組成的加強圈強度計算見表3。

（3）根據 Ω 型波的強度計算表 4，確定 Ω 型波的許用外壓。

從本文表2 中的計算結果可以看出，此膨脹節的外壓檢漏壓力可以定為0.3 MPa 以下是安全的，從Ω型波紋管在負壓下自身強度的計算結果，Ω 型波紋管有限元分析結果（比薄殼理論計算大15%左右），可以看出許用外壓要高于0.3 MPa。 即使Ω 型波沒有足夠的剛度和波圓環較大， 受外壓時Ω 型波不能保持圓形，有限元分析結果與按薄殼理論的計算公式的計算結果有較大的差異[1]。 也不會影響此處許用外壓的確定。膨脹節做外壓檢漏試驗取值必定選用各個強度計算所能滿足的最低值，所以膨脹節的外壓檢漏試驗取0.3 MPa 是合理的。

2 檢漏試驗

傳統膨脹節氣壓試驗采用膨脹節兩端加密封蓋固支的辦法進行，由于該膨脹節自身結構形式等因素的影響，檢驗波紋管與端部加強環連接的環焊縫泄漏點，采用傳統打壓方法很難實現，為此我們設計了專門的打壓結構形式，其結構如圖2 所示。 此打壓工裝對于產生泄漏的Ω 型膨脹節的檢驗泄漏效果非常明顯，由圖2 可以看出，在進行外壓檢漏試驗時波紋管環焊縫泄漏點，可以直接在焊縫位置噴肥皂水顯現出氣泡。

3 結論

本文中計算所得的Ω 型膨脹節許用外壓， 作為膨脹節外壓檢漏試驗壓力或許偏于保守，但作為檢漏試驗壓力已經夠用， 至于Ω 型膨脹節外壓試驗壓力的確定沒做討論。本膨脹通過外壓檢漏試驗找到泄漏點進行修補后， 又進行了內壓強度試驗滿足用戶要求，現已經投入使用至今運行平穩，說明Ω 型膨脹節外壓檢漏尋找環焊縫的泄漏點是可行的。

圖2 膨脹節結構圖

表4