波紋管制造及設(shè)計電子教案

波紋管制造及設(shè)計焊接金屬波紋管術(shù)語和定義單層波片：由一對波片焊接成組。雙層波片：由兩對波片疊合焊接成組。焊接金屬波紋管組件：由波紋管與波紋管座及密封環(huán)座（帶密封環(huán)）焊接而成的組合件。焊菇：波片焊接形成的環(huán)形焊縫，其截面呈蘑菇狀。公司焊接金屬波紋管機械密封發(fā)展過程發(fā)展早（八十年代）波紋管品種多：內(nèi)徑20~208，總共60種規(guī)格的模具開發(fā)了2種液壓型波紋管2007年生產(chǎn)波紋管1883支2008年：2904支普通機封與波紋管機封的對比波紋管機封與彈簧機封結(jié)構(gòu)上對比波紋管機封的補償環(huán)密封圈改至波紋管座處，去掉了摩擦阻力，補償環(huán)追隨性提高，而且避免了補償環(huán)密封圈因軸串、振動所產(chǎn)生的磨損。波紋管機封結(jié)構(gòu)連貫，安裝方便。波紋管機封失效形式1。失彈2。端面磨損3。輔助密封失效4。斷裂、爆裂5。腐蝕6。沖刷

焊接金屬波紋管制造過程一、制片

波片鋼模及聚胺脂模具二、清洗進行焊接的波片要求必須潔凈、干燥，尤其是內(nèi)外焊縫處，這是生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)波紋管的重要條件之一。三、焊接金屬波紋管焊接屬于精密焊接，要求操作室內(nèi)恒溫、恒濕、無塵埃金屬波紋管焊接屬于自熔焊，不用焊條，工作氣體是H2，保護氣是Ar，采用微束等離子焊接。波紋管內(nèi)圓焊接波紋管外圓焊接波紋管截面圖（焊菇大小、焊菇對稱性）漢菇形狀、尺寸要求：焊菇凸邊R兩邊應(yīng)勻稱；單、雙層波片焊菇寬度W分別按式⑴和式⑵計算：單層波片：W=(2.2～3)×波片厚度雙層波片：W=(4.2～5)×波片平均厚度四、熱時效處理

焊接波紋管材料目前主要采用316L、TA2、17-7PH、哈C、Inconel718熱處理的目的：將奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，并使馬氏體中析出金屬化合物，沉淀出硬化相，從而使鋼獲得高強度、較高的塑性及屈強比。經(jīng)過熱處理的波片維氏硬度為HV0.2375～HV0.2475；不經(jīng)過熱處理的冷軋波片維氏硬度為HV0.2255～HV0.2330。五、最終定型處理六、氣密性檢查七、組焊八、氣密性檢查焊接金屬波紋管機械密封設(shè)計設(shè)計前期準備工作了解使用條件。（壓力、溫度、介質(zhì)、轉(zhuǎn)速）對于有腐蝕的特殊介質(zhì)，最好要了解泵體使用的材料或葉輪的材料，以便作為選擇波紋管材料的參考腔體結(jié)構(gòu)尺寸確認壓縮量（尋問、查圖）確認波數(shù)測量焊菇的厚度使用情況、最好看看波紋管的失效情況根據(jù)工況確定材料包括波紋管、補償環(huán)（座）、非補償環(huán)（座）、輔助密封圈以及軸套、壓蓋等其它基體材料的選擇根據(jù)使用工況選擇適合的結(jié)構(gòu)型式Ⅰ型密封：內(nèi)裝式，波紋管組件為旋轉(zhuǎn)型，輔助密封為O形圈Ⅱ型密封：內(nèi)裝式，波紋管組件為旋轉(zhuǎn)型，輔助密封為柔性石墨Ⅲ型密封：內(nèi)裝式，波紋管組件為靜止型，輔助密封為O形圈Ⅳ型密封：內(nèi)裝式，波紋管組件為靜止型，輔助密封為柔性石墨日機公司標準波紋管機封結(jié)構(gòu)選型指導(dǎo)對于急驟蒸發(fā)裝置，焊接金屬波紋管有疲勞失效的傾向，故一般不推薦使用焊接金屬波紋管密封，如必須選用金屬波紋管密封，則應(yīng)采用特殊的結(jié)構(gòu)和材料典型介質(zhì)：鍋爐水其密封環(huán)應(yīng)設(shè)計開動壓槽，密封輔助系統(tǒng)應(yīng)使用強制循環(huán)沖洗+換熱（API方案23），并要求有一個小間隙的喉部襯套，正向自沖洗+換熱（API方案21）也可以采用，但從工作效率上看不如強制循環(huán)沖洗+換熱。動壓槽示意圖機封示意圖安慶石化丙烯晴部反應(yīng)器冷卻水泵介質(zhì)：鍋爐水溫度：310壓力：5.6MPaAPI682Plan23+62華北石化介質(zhì)：熱水溫度：256出口壓力：4MPaAPI682Plan23+62在介質(zhì)中有顆粒存在時，應(yīng)使用硬對硬的端面配對，并推薦選用旋轉(zhuǎn)型密封對于粘稠的介質(zhì)，為保證波紋管保持良好的彈性，應(yīng)選用旋轉(zhuǎn)型密封：旋轉(zhuǎn)式金屬波紋管密封在旋轉(zhuǎn)離心力作用下可以自身清洗波紋管，減少波紋管外圍沉積和內(nèi)側(cè)結(jié)焦。對于高溫、低溫、高速、輕微抽真空等工況推薦靜止型。靜止型金屬波紋管，不存在軸旋轉(zhuǎn)時出現(xiàn)的離心力的影響，起動、停止時的慣性影響，液體攪拌時的影響等，故可適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)，也不存在密封環(huán)擺動現(xiàn)象，補償貼合性十分穩(wěn)定。對密封腔體的熱變型態(tài)（垂直度偏差、靜止環(huán)不正）振動有較好的吸收作用，密封端面的密封效果極佳。此外如果介質(zhì)受強烈攪動易結(jié)晶時，或者介質(zhì)易聚合、氣化時，也推薦采用靜止式機械密封，以避免介質(zhì)變化時波紋管補償環(huán)端面產(chǎn)生過大摩擦力，破壞液膜產(chǎn)生干摩擦，繼而產(chǎn)生過大扭矩損壞波紋管或摩擦副端面加速機封失效焊接金屬波紋管機械密封設(shè)計（尺寸選擇）焊接金屬波紋管機械密封設(shè)計（參數(shù)計算）內(nèi)裝式平衡系數(shù)：K=外裝式平衡系數(shù)：K=式中OD是密封端面外徑；ID是密封端面內(nèi)徑；BD是密封有效直徑（即波紋管中徑）。波紋管壓縮量：一般3mm~6mm，一般占波紋管最大可壓縮量的30%~60%彈簧比壓：一般0.2左右端面比壓：與彈簧機封類似

端面比壓的選取原則：（1）必須高于彈簧比壓；（2）必須大于介質(zhì)在端面溫度升高時的飽和蒸汽壓；在保證以上條件下，盡量取小值，以防端面發(fā)熱，破壞液膜，加劇磨損，功率消耗增大，密封使用壽命減短。同時考慮以下原則：（1）對自潤滑性好的組對（FH82A/SiC、YG6/SiC、FH82A/YG6）可以取稍大值(因液膜不易被破壞，摩擦系數(shù)不易增加。)。（2）對于外裝式機械密封，可以取稍小值（因介質(zhì)比壓很小，而Pt不可能很大。）。（3）對于高粘度介質(zhì)，取稍大值（以保持端面貼合）。（4）易揮發(fā)介質(zhì)（飽和蒸汽壓高）稍小值（以減少溫升）。推薦的端面比壓值

因素程度內(nèi)

裝

式機械密封外

裝

式機械密封飽和蒸汽壓接近水比水低0.5~1.00.3~0.5比水高0.3~0.5———粘度比水高0.5~1.00.3~0.5比水低0.3~0.50.15~0.25摩擦副材料其中一個為塑料0.2~0.30.15~0.25匹配的硬/硬0.7~1.20.4~0.6匹配的硬/軟0.5~1.00.3~0.5寬環(huán)端面尺寸的選擇：要求其內(nèi)、外徑尺寸均大于窄環(huán)1mm以上

補償環(huán)與補償環(huán)座絕大多數(shù)情況下，由于摩擦副材料的焊接性能差，不能與波紋管直接焊接，因此波紋管端的補償環(huán)為鑲嵌結(jié)構(gòu)。由于鑲嵌結(jié)構(gòu)組件材料線膨脹系數(shù)的差異，會產(chǎn)生兩個問題。如過盈量太大，造成常溫下端面的變形，如過盈量過小，工作溫度下，可能出現(xiàn)脫環(huán)的過盈量。因此應(yīng)特別注意鑲嵌處的過盈量的設(shè)計。解決的方法：結(jié)構(gòu)、材料。

時效鑲嵌時效時間：對于硬環(huán)（WC、SiC）鑲嵌1.當軸徑≤60時，環(huán)熱套后應(yīng)自然時效至少36h后再研磨，然后再自然時效至少24h后研磨，合格后方可出廠。

2.當軸徑60~80時，環(huán)熱套后應(yīng)自然時效至少72h后再研磨，然后再自然時效至少48h后研磨，合格后方可出廠。3.當軸徑80~100時，環(huán)熱套后應(yīng)自然時效至少144h后再研磨，然后再自然時效至少96h后研磨，合格后方可出廠。4.對于重要產(chǎn)品，在以上規(guī)定的基礎(chǔ)上，應(yīng)再增加一次24h自然時效，研磨合格后出廠。對于特急件產(chǎn)品，可增加人工時效，自然時效時間可適當縮短（最多縮短一半時間）。對于石墨鑲嵌環(huán)，時效時間可適當縮短。熱套后應(yīng)加膠粘接，波紋管組件及其配套的非補償環(huán)組件要求加DG-2高溫膠，加膠后要求時效時間至少達到24h。典型波紋管機械密封結(jié)構(gòu)磁力密封磁力密封介紹

磁力密封是一種依靠永磁材料提供端面閉合力的軸封裝置。與普通機械密封相比，由于使用永磁材料代替了彈簧，密封省去了彈簧的同時，還省去了彈簧座、推環(huán)等零件，密封主體就只剩下一對動靜環(huán)（摩擦副），因而使得磁力密封結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，軸向尺寸極短，和普通油封差不多。同時，磁力密封安裝和普通油封一樣非常方便。因此，磁力密封又叫磁力油封，具有油封的外形尺寸，又具有機械密封的使用性能。磁力密封由于具備這些特點，因而應(yīng)用場合非常廣泛，在減速機、齒輪箱、通風(fēng)機、鼓風(fēng)機、汽輪機、泵、馬達等轉(zhuǎn)動設(shè)備中的軸承潤滑油或輸送油類介質(zhì)設(shè)備上可以廣泛運用，并且在其它介質(zhì)的泵上也具有很好的應(yīng)用前景。

我公司開發(fā)的磁力密封產(chǎn)品CMT1型，屬于實用新型專利產(chǎn)品（專利號：ZL01247638.2）。其工作原理是，動環(huán)2上鑲有數(shù)個均布的永磁材料，靠O形圈1傳動和密封，靜環(huán)3裝在靜環(huán)座6上，靠O形圈4和5防轉(zhuǎn)和密封，動靜環(huán)之間靠永磁材料提供密封端面貼合力。密封的關(guān)鍵控制點有三個，選取永磁材料、選取靜環(huán)材料和確定O形圈過盈量。我公司永磁材料選用的是Sm-Co類永磁，靜環(huán)材料多數(shù)情況下采用特殊處理碳鋼，O形圈過盈量通過計算和試驗獲得。CMT1型磁力密封的主要尺寸見表1。CMT1型磁力密封SNSCMT1型磁力密封結(jié)構(gòu)特點用永磁材料替代彈簧提供密封端面閉合力，結(jié)構(gòu)簡單，軸向尺寸短，安裝方便適用范圍常溫、壓力低于0.8MPa的油類介質(zhì)，取代油封或迷宮密封，使用壽命得以延長表1CMT1型磁力密封主要尺寸表

規(guī)格dDD3LL12045451682247472552522852523055498.73252528355555386262406360199426565168457364.5199506867188.552727255767560868065849019CMT11型磁力密封目前，我公司又研制開發(fā)了一種CMT11型磁力密封，它和CMT1的主要不同點在于，傳動O形圈和密封O形圈分別設(shè)置，靜環(huán)用整體式。這種密封傳動負荷可以增大而且安全可靠，可以用于介質(zhì)壓力較高的場合。Sm-Co類永磁材料，屬于專為航空航天、雷達、電子對抗、通訊等新開發(fā)的航空磁性材料，其綜合性能好，保證了磁力密封的性能。我公司生