一种波纹管制造技术

本实用新型专利技术涉及一种波纹管，波纹管包括环状波纹，环状波纹之间通过波谷段连接，环状波纹包括波峰段和直壁段，波峰段和波谷段通过直壁段连接，所有波谷段上最接近波纹管中轴线的点均在同一条波谷直线上，所述环状波纹包括高波纹和低波纹，所述高波纹和低波纹间隔设置，所述高波纹的波高大于低波纹的波高；所述波高为从所述波谷直线到对应环状波纹波峰段的最大距离。本实用新型专利技术的波纹管具有较长使用寿命，获得了波纹管合理的几何尺寸构型，有效提高波纹管服役寿命。高波纹管服役寿命。高波纹管服役寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种波纹管


[0001]本技术涉及一种波纹管，属于波纹管


技术介绍

[0002]随着电力系统越来越多的使用真空灭弧室来接通和切断电路，金属波纹管作为真空灭弧室中的密封和连接元件，起到隔绝外界空气、隔离电弧和连接动导杆的作用。其机械疲劳寿命决定真空灭弧室的寿命，这就要求它必须满足各类灭弧室机械寿命和气密可靠性的要求。波纹管是由一个或多个波纹及端部直边段组成的挠性元件，作为一种具有位移补偿和大刚度的多功能薄壁管壳金属零件，用以补偿因机械位移、热胀冷缩或振动引起的管线、设备等尺寸变化，已广泛用于电力、航空、航天、核动力、船舶等领域。
[0003]目前国产中高压真空灭弧室，能保证2万次的开关寿命，而2万次以上寿命的中高压灭弧室市场，是由西门子、东芝等跨国公司占有，其采用的高寿命波纹管则全部从国外输入。真空灭弧室的机械寿命之所以难提高主要是受波纹管的寿命限制，当前国内灭弧室波纹管型面主要以U形为主。波纹管服役过程中特征区域的受力表现出显著的非均匀分布，关键特征区域的受力分布决定着管件的疲劳寿命。因此，获得合理的几何构型的波纹管是提高和挖掘疲劳寿命的主要途径之一。
[0004]而用于真空灭弧室的波纹管受限于狭窄的安装和工作空间以及内部走线的要求，在内外尺寸上有较高的要求，难以做出较大改变，因此对波纹管几何构型的改变以提高其寿命的研究受到很大限制，难以获得突破和进展。

技术实现思路

[0005]本技术的目的是提供一种波纹管，相比现有技术中的波纹管，拥有相似的结构和整体尺寸，但大幅提升了使用寿命，解决了真空灭弧室用波纹管寿命低的问题。
[0006]为实现上述目的，本技术的方案包括：
[0007]本技术的一种波纹管，包括两个端部和中间的环状波纹，环状波纹之间通过波谷段连接，环状波纹包括波峰段和直壁段，波峰段和波谷段通过直壁段连接，所有波谷段上最接近波纹管中轴线的点均在同一条波谷直线上，所述环状波纹包括高波纹和低波纹，所述高波纹和低波纹间隔设置，所述高波纹的波高大于低波纹的波高；所述波高为从所述波谷直线到对应环状波纹波峰段的最大距离。
[0008]进一步的，所述高波纹的波高与低波纹的波高之间的波高差大于等于0.5毫米。
[0009]进一步的，所述波高差大于等于0.5毫米、小于等于1毫米。
[0010]进一步的，所述波峰段和波谷段均为圆弧。
[0011]进一步的，所述波谷段的圆弧半径大于等于1.5毫米、小于等于1.7毫米。
[0012]本技术的波纹管经过科学的实验研究，具备合理的波纹管几何构型，相比相同内外径尺寸的传统波纹管，疲劳寿命得到提高。
[0013]进一步的，所述高波纹直壁段长度与低波纹直壁段长度的差大于等于0.5毫米、小
于等于1毫米。
附图说明
[0014]图1是现有技术中波纹管的横截面示意图；
[0015]图2是波纹管二维建模示意图；
[0016]图3是波纹管有限元模型施加约束示意图；
[0017]图4是结构优化调整波高差后的波纹管二维建模示意图；
[0018]图5是疲劳测试获得较佳波高差后的波纹管示意图；
[0019]图6是结构优化调整破裂位置波谷圆角半径后的波纹管二维建模示意图；
[0020]图7是本技术的波纹管结构示意图1；
[0021]图8是本技术的波纹管结构示意图2。
具体实施方式
[0022]下面结合附图对本技术做进一步详细的说明。
[0023]本技术的波纹管，通过如下步骤对现有波纹管进行结构改进得出，在不改变有效使用尺寸的前提下增加了波纹管使用寿命，具体包括如下步骤：
[0024]1.建立有限元模型。
[0025]采用ANSYS中的Discovery SpaceClaim模块对现有波纹管进行有限元建模，由于波纹管模型比较大，选择建立三维模型的话对计算机求解计算要求很高，为了便于仿真计算，采用建立二维模型的方法进行有限元仿真。具体取得波纹管的横截面，波纹管横截面上半部分的刨面线如图1所示，包括波纹10和波谷20，波纹10由波峰11和直壁12平滑连接组成，相邻的波纹10之间通过各自相邻的直壁12通过波谷20平滑过渡连接。作为一种典型的金属波纹管，波峰11和波谷20为圆弧过渡，波峰11和波谷20分别与相连的直壁12相切。波纹管在自然状态下(未拉长或压缩)其直壁12成垂直状态，波峰11和波谷20为半圆弧。每个波纹的波高为波峰11最顶点到波谷20最顶点的垂直距离，或者说波峰11到波谷20的最大垂直距离。
[0026]在Discovery SpaceClaim模块建立波纹管横截面上半部分的二维模型，模型如图2所示，波纹管参数如表1所示。
[0027]表1波纹管参数
[0028][0029]将模型中的波纹标记为高波纹和低波纹，高波纹和低波纹依次间隔设置。具体可以对模型中的波纹进行编号，如图2所示，得到波纹
⑴⑵⑶⑷⑸⑹…⒆
，将其中的单号波纹设定为高波纹，双号波纹设定为低波纹。
[0030]2.导入有限元分析。
[0031]二维模型建立后，在ANSYS Workbench中选择静力学分析，导入建立的二维模型，定义分析几何面为二维平面，二维行为设计为轴对称，结果如图4所示。金属波纹管的材质
为304不锈钢，根据对304不锈钢的材料特性分析，导入波纹管模型相关材料参数，模型材料参数如表2所示。
[0032]表2波纹管材料参数
[0033]杨氏模量(Pa)泊松比屈服强度(Pa)S
‑
N曲线公式1.92E110.35.01E8S
19.1205
×
N＝1.2120
×
10
50
[0034]3.网格划分。
[0035]对导入的二维模型进行网格划分，可以分别选择波峰11、波谷20、直壁12进行不同的网格细密程度划分，由于过密的网格会增加求解运算时间，网格数量少的话计算结果不准确，故在应力情况复杂的圆弧过渡处加大网格密度(由于破裂一般发生在波谷20出，故主要加大波谷20处圆弧过渡段的网格密度即可)，在受力简单且不容易破裂的直壁段降低网格密度。
[0036]4.施加约束。
[0037]约束施加应当模拟出波纹管实际使用中的载荷工况。以真空灭弧室的波纹管为例，工况载荷为，波纹管一端固定，外壁施加压力，一端施加位移约束，模拟出波纹管在真空灭弧室中外壁受压的情况下，一端固定，另一端受断路器触头动作而产生机械位移。如图3所示，具体的在模型图中的左端A处施加位移，右端C处施加固定约束，中部外壁处施加压力，压力大小为0.25MPa。
[0038]5.基于有限元法进行仿真模拟。
[0039]方法具体首先整体优化波纹管结构，然后找到波纹管破裂位置，增大破裂位置圆角半径，寻找最优(疲劳寿命最长)的圆角半径，具体步骤如下：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种波纹管，包括两个端部和中间的环状波纹，环状波纹之间通过波谷段连接，环状波纹包括波峰段和直壁段，波峰段和波谷段通过直壁段连接，所有波谷段上最接近波纹管中轴线的点均在同一条波谷直线上，其特征在于，所述环状波纹包括高波纹和低波纹，所述高波纹和低波纹间隔设置，所述高波纹的波高大于低波纹的波高；所述波高为从所述波谷直线到对应环状波纹波峰段的最大距离。2.根据权利要求1所述的波纹管，其特征在于，所述高波纹的波高与低波纹的波高之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞亚娟，郝留成，李凯，苗晓军，范艳艳，皇涛，宋克兴，张学宾，张彦敏，周延军，李小钊，薛从军，段方维，刘苪彤，杨子奇，张良杰，
申请(专利权)人：平高集团有限公司，
类型：新型
国别省市：