波纹管制造及设计

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,焊接金属波纹管机械密封基础知识,2024/11/25,波纹管的分类,波纹管分为橡胶波纹管、聚四氟乙烯波纹管、金属波纹管,其中，金属波纹管又分为焊接金属波纹管和液压成型金属波纹管,焊接金属波纹管术语和定义,单层波片：由一对波片焊接成组。,双层波片：由两对波片叠合焊接成组。,焊接金属波纹管组件：由波纹管与波纹管座及密封环座（带密封环）焊接而成的组合件。,焊菇：波片焊接形成的环形焊缝，其截面呈蘑菇状。,公司焊接金属波纹管机械密封发展过程,发展早（八十年代）,波纹管品种多：内径,20208,，总共,60,种规格的模具,开发了,2,种液压型波纹管,2007,年生产波纹管,1883,支,2008,年：,2904,支,普通机封与波纹管机封的对比,波纹管机封与弹簧机封结构上对比,波纹管机封的补偿环密封圈改至波纹管座处，去掉了摩擦阻力，补偿环追随性提高，而且避免了补偿环密封圈因轴串、振动所产生的磨损。,波纹管机封结构连贯，安装方便。,波纹管机封失效形式,1。失弹,2。端面磨损,3。辅助密封失效,4。断裂、爆裂,5。腐蚀,6。冲刷,焊接金属波纹管制造过程,一、制片,波片钢模及聚胺脂模具,二、清洗,进行焊接的波片要求必须洁净、干燥，尤其是内外焊缝处，这是生产出优质波纹管的重要条件之一。,三、焊接,金属波纹管焊接属于精密焊接，要求操作室内恒温、恒湿、无尘埃,金属波纹管焊接属于自熔焊，不用焊条，工作气体是,H2,，保护气是,Ar,，采用微束等离子焊接。,波纹管内圆焊接,波纹管外圆焊接,波纹管截面图,（焊菇大小、焊菇对称性）,汉菇形状、尺寸要求：焊菇凸边,R,两边应匀称；单、双层波片焊菇宽度,W,分别按式和式计算：,单层波片：,W=(2.2,3),波片厚度,双层波片：,W=(4.2,5),波片平均厚度,四、热时效处理,焊接波纹管材料目前主要采用,316L,、,TA2,、,17-7PH,、哈,C,、,Inconel718,热处理的目的：将奥氏体转变成马氏体，并使马氏体中析出金属化合物，沉淀出硬化相，从而使钢获得高强度、较高的塑性及屈强比。,经过热处理的波片维氏硬度为,HV0.2375,HV0.2475,；不经过热处理的冷轧波片维氏硬度为,HV0.2255,HV0.2330,。,五、最终定型处理,六、气密性检查,七、组焊,八、气密性检查,焊接金属波纹管机械密封设计,设计前期准备工作,了解使用条件。（压力、温度、介质、,转速,）对于有腐蚀的特殊介质，最好要了解泵体使用的材料或叶轮的材料，以便作为选择波纹管材料的参考,腔体结构尺寸,确认压缩量（寻问、查图）,确认波数,测量焊菇的厚度,使用情况、最好看看波纹管的失效情况,根据工况确定材料,包括波纹管、补偿环（座）、非补偿环（座）、辅助密封圈以及轴套、压盖等其它基体材料的选择,根据使用工况选择适合的结构型式,型密封：内装式，波纹管组件为旋转型，辅助密封为,O,形圈,型密封：内装式，波纹管组件为旋转型，辅助密封为柔性石墨,型密封：内装式，波纹管组件为静止型，辅助密封为,O,形圈,型密封：内装式，波纹管组件为静止型，辅助密封为柔性石墨,日机公司标准波纹管机封结构,选型指导,对于急骤蒸发装置，焊接金属波纹管有疲劳失效的倾向，故一般不推荐使用焊接金属波纹管密封，如必须选用金属波纹管密封，则应采用特殊的结构和材料,典型介质：锅炉水 其密封环应设计开动压槽，密封辅助系统应使用强制循环冲洗,+,换热（,API,方案,23,），并要求有一个小间隙的喉部衬套，正向自冲洗,+,换热（,API,方案,21,）也可以采用，但从工作效率上看不如强制循环冲洗,+,换热。,动压槽示意图,机封示意图,安庆石化丙烯晴部反应器冷却水泵,介质：锅炉水,温度：,310,压力：,5.6MPa,API 682 Plan23+62,华北石化,介质：热水,温度：,256,出口压力：,4MPa,API 682 Plan 23+62,在介质中有颗粒存在时，应使用硬对硬的端面配对，并推荐选用旋转型密封,对于粘稠的介质，为保证波纹管保持良好的弹性，应选用旋转型密封：旋转式金属波纹管密封在旋转离心力作用下可以自身清洗波纹管，减少波纹管外围沉积和内侧结焦。,对于高温、低温、高速、轻微抽真空等工况推荐静止型。静止型金属波纹管，不存在轴旋转时出现的离心力的影响，起动、停止时的惯性影响，液体搅拌时的影响等，故可适应高速旋转，也不存在密封环摆动现象，补偿贴合性十分稳定。对密封腔体的热变型态（垂直度偏差、静止环不正）振动有较好的吸收作用，密封端面的密封效果极佳。此外如果介质受强烈搅动易结晶时，或者介质易聚合、气化时，也推荐采用静止式机械密封，以避免介质变化时波纹管补偿环端面产生过大摩擦力，破坏液膜产生干摩擦，继而产生过大扭矩损坏波纹管或摩擦副端面加速机封失效,焊接金属波纹管机械密封设计（尺寸选择）,焊接金属波纹管机械密封设计（参数计算）,内装式 平衡系数：,K=,外装式 平衡系数：,K=,式中,OD,是密封端面外径；,ID,是密封端面内径；,BD,是密封有效直径（即波纹管中径）。,波纹管压缩量：一般,3mm6mm,，一般占波纹管最大可压缩量的,30%60%,弹簧比压：一般,0.2,左右,端面比压：与弹簧机封类似,端面比压的选取原则：,（1）必须高于弹簧比压；,（2）必须大于介质在端面温度升高时的饱和蒸汽压；,在保证以上条件下，尽量取小值，以防端面发热，破坏液膜，加剧磨损，功率消耗增大，密封使用寿命减短。同时考虑以下原则：,（1）对自润滑性好的组对（,FH82A/SiC、YG6/SiC、FH82A/YG6,）可以取稍大值(因液膜不易被破坏，摩擦系数不易增加。)。,（2）对于外装式机械密封，可以取稍小值（因介质比压很小，而,Pt,不可能很大。）。,（3）对于高粘度介质，取稍大值（以保持端面贴合）。,（4）易挥发介质（饱和蒸汽压高）稍小值（以减少温升）。,推荐的端面比压值,因素,程度,内,装,式,机械密封,外,装,式,机械密封,饱和蒸汽压,接近水比水低,0.51.0,0.30.5,比水高,0.30.5,粘度,比水高,0.51.0,0.30.5,比水低,0.30.5,0.150.25,摩擦副材料,其中一个为塑料,0.20.3,0.150.25,匹配的硬,/,硬,0.71.2,0.40.6,匹配的硬,/,软,0.51.0,0.30.5,宽环端面尺寸的选择：要求其内、外径尺寸均大于窄环,1mm,以上,补偿环与补偿环座,绝大多数情况下，由于摩擦副材料的焊接性能差，不能与波纹管直接焊接，因此波纹管端的补偿环为镶嵌结构。由于镶嵌结构组件材料线膨胀系数的差异，会产生两个问题。如过盈量太大，造成常温下端面的变形，如过盈量过小，工作温度下，可能出现脱环的过盈量。因此应特别注意镶嵌处的过盈量的设计。,解决的方法：结构、材料。,时效,镶嵌时效时间：对于硬环（,WC,、,SiC,）镶嵌,1.,当轴径,60,时，环热套后应自然时效至少,36h,后再研磨，然后再自然时效至少,24h,后研磨，合格后方可出厂。,2.,当轴径,6080,时，环热套后应自然时效至少,72h,后再研磨，然后再自然时效至少,48h,后研磨，合格后方可出厂。,3.,当轴径,80100,时，环热套后应自然时效至少,144h,后再研磨，然后再自然时效至少,96h,后研磨，合格后方可出厂。,4.,对于重要产品，在以上规定的基础上，应再增加一次,24h,自然时效，研磨合格后出厂。,对于特急件产品，可增加人工时效，自然时效时间可适当缩短（最多缩短一半时间）。,对于石墨镶嵌环，时效时间可适当缩短。,热套后应加胶粘接，波纹管组件及其配套的非补偿环组件要求加,DG-2,高温胶，加胶后要求时效时间至少达到,24h,。,典型波纹管机械密封结构,磁力密封,磁力密封介绍,磁力密封是一种依靠永磁材料提供端面闭合力的轴封装置。与普通机械密封相比，由于使用永磁材料代替了弹簧，密封省去了弹簧的同时，还省去了弹簧座、推环等零件，密封主体就只剩下一对动静环（摩擦副），因而使得磁力密封结构简单、紧凑，轴向尺寸极短，和普通油封差不多。同时，磁力密封安装和普通油封一样非常方便。因此，磁力密封又叫磁力油封，具有油封的外形尺寸，又具有机械密封的使用性能。磁力密封由于具备这些特点，因而应用场合非常广泛，在减速机、齿轮箱、通风机、鼓风机、汽轮机、泵、马达等转动设备中的轴承润滑油或输送油类介质设备上可以广泛运用，并且在其它介质的泵上也具有很好的应用前景。,2024/11/25,我公司开发的磁力密封产品,CMT1,型，属于实用新型专利产品（专利号：,ZL 01 2 47638.2,）。,其工作原理是，动环,2,上镶有数个均布的永磁材料，靠,O,形圈,1,传动和密封，静环,3,装在静环座,6,上，靠,O,形圈,4,和,5,防转和密封，动静环之间靠永磁材料提供密封端面贴合力。密封的关键控制点有三个，选取永磁材料、选取静环材料和确定,O,形圈过盈量。我公司永磁材料选用的是,Sm,-Co,类永磁，静环材料多数情况下采用特殊处理碳钢，,O,形圈过盈量通过计算和试验获得。,CMT1,型磁力密封的主要尺寸见表,1,。,CMT1,型磁力密封,SNS,CMT1,型磁力密封,结构特点,用永磁材料替代弹簧提供密封端面闭合力，结构简单，轴向尺寸短，安装方便,适用范围,常温、压力低于,0.8MPa,的油类介质，取代油封或迷宫密封，使用寿命得以延长,2024/11/25,表,1,CMT1,型磁力密封主要尺寸表,规格,d,D,D3,L,L1,20,45,45,16,8,22,47,47,25,52,52,28,52,52,30,55,49,8.7,32,52,52,8,35,55,55,38,62,62,40,63,60,19,9,42,65,65,16,8,45,73,64.5,19,9,50,68,67,18,8.5,52,72,72,55,76,75,60,86,80,65,84,90,19,CMT11,型磁力密封,目前，我公司又研制开发了一种,CMT11,型磁力密封，它和,CMT1,的主要不同点在于，传动,O,形圈和密封,O,形圈分别设置，静环用整体式。这种密封传动负荷可以增大而且安全可靠，可以用于介质压力较高的场合。,Sm,-Co,类永磁材料，属于专为航空航天、雷达、电子,对抗、通讯等新开发的航空磁性材料，其综合性能好，保,证了磁力密封的性能。,我公司生产的,CMT1,型磁力密封主要用于油类介质，,压力低于,0.5,MPa,，,转速,3000,r/min,，,温度,80,，已先后,在武石化、上海石化、大庆石化、安庆石化、云天化等企,业成功应用，密封性能良好，正常使用寿命在一年以上。,CMT11,型磁力密封用于弱腐蚀型介质，介质压力,3,MPa,，,目前已经通过型式试验，并投入市场运用。,