高温工况阀用波纹管疲劳寿命有限元分析及试验研究

张全厚，钱 江，宋林红，张文良，李 敏

（沈阳仪表科学研究院有限公司，沈阳 110000）

0 引言

金属波纹管具有良好的伸缩性，能适应高温、高压工况等优异性能，越来越多的阀门企业选择采用金属波纹管作为阀门动密封的关键零部件［1］。阀门用波纹管失效形式较多，如波纹管强度不够引起波纹管失稳，导致寿命降低引起失效［2］，腐蚀环境下波纹管材料发生晶间腐蚀引起波纹管失效等［3］。但波纹管在阀门应用领域最多的还是疲劳失效［4］。以往各专家学者们对波纹管疲劳失效研究都是在常温工况下进行的［5-11］，高温环境阀用波纹管疲劳失效目前还没有学者进行相应的研究。黄泽好等［12］在研究汽车排气歧管时考虑了温度对波纹管疲劳寿命的影响，但研究方法是采用有限元进行的并没有进行试验研究因此其结果准确性有待商榷，而且波纹管使用工况压力较低，与阀用波纹管使用工况相差较大。在核电、化工、航天等领域，波纹管工作环境大多处在高温高压环境。为此本文以波纹管制造常用材料316L为基础对阀用波纹管进行高温疲劳寿命预测，为波纹管设计提供一种有效方法。

1 波纹管疲劳寿命预测有限元分析

波纹管设计常用方法为有限元计算方法和工程试验方法，采用有限元法对波纹管进行设计能够减小设计周期、减少设计成本。为此本文以某阀门企业用户提出的高温高压波纹管为研究对象，对波纹管的疲劳寿命进行预测。波纹管参数见如表1。……