随着现代工业的迅速发展和各学科间相互渗透,金属软管被广泛应用于机械制造,石油化工,仪器仪表和各类工程。近三十年来,它已经扩展应用到航天,航空,核电,造船,电子和新型建筑业等工业部门,成为近代工程技术中不可缺少的配件,起到了重要的作用。
中国五十年代初才出现最原始的金属软管,它是以带材缠绕的波纹管为本的。但是它发展的很快,经过五十年左右的时间,就走过了其他国家近一百年来走过的路程。目前,我们已经能够产生一些达到国际先进水平的金属软管。但由于技术交流和标准化问题,不少技术领域的设计人员对现代金属软管的结构特性,性能指标等不明确,导致许多应该使用新型金属软管的场合仍然使用那些结构较为陈旧的金属软管、橡胶管和塑料管。在世界范围内,金属软管仍属于一个年轻的行业。
金属软管的发展简史
在现代工业中金属软管占据着非常重要的地位,那么,它是如何发展起来的呢?
最初,人们用兽皮缝制成管状结构,适应生产和斗争的需要。经过很长时间的发展,到十七世纪末,荷兰的万·德尔盖兄弟用帆布制成了纵缝的软管,在当时的消防服务中广泛应用。后来,随着橡胶在国际市场的出现和硫化工业的发展,用金属丝或麻绳织物铠装的胶管问世了。然而,一些蒸汽爆破工程,高温介质类;液态氢,液态氧,液体氦低温介质类;汽油,煤油,酸,碱等腐蚀性介质......如果用胶管运输,当然不行。特别是在高温环境中,安全性和可靠性难以保证。
因此,人们逐渐关注起金属管,改变金属管的几何形状,使其内部和外部表面产生相应的波纹。这样,它不仅具有和胶管一样的挠性;同时,又具有耐高温,耐低温,耐老化,耐腐蚀性等性能。因此,作为金属软管本体的金属波纹管就产生了。
1855年,德国是最先发表了制造波纹管的专利。这种波纹管是利用现有的珠宝制造原理来制造的。三十年后,法国的E·Levavasseur与德国的H·Witzenmann合作研发了一种新的金属波纹管,在1885年8月获得了法国和德国的专利权。这是用截面为s形的金属带在专用设备上绕制而成,它们用橡胶带,棉布或石棉绳填垫在咬的相邻两匝的咬合处,以便于波纹管内腔的密封。
1894年,波纹管的结构得到了改进;人们用两个金属根据不同直径,向相反的方向绕。在这种方式中,金属带的受力状态达到相互平衡,克服了自发展开的缺点。
1929年,波纹管结构上又进行了一次技术革命,完全解决了由于弯曲槽填充的橡胶带或石棉绳发生不均匀变化而上市密封性的问题,开辟了波纹管广阔的发展前景。人们用钢和铜锌合金材料制成整体波纹管,这是由无缝波纹或有焊缝的管道制成的波纹管,它利用波纹侧壁的弹性变形来保持一定的可压缩性或拉伸性能;同时,保证密封可靠。
从二十世纪五十年代开始,双层,三层,多层的波纹管,特别是极薄壁不锈钢波纹管发展很快。为了满足使用要求,人们采用焊接,铸造,机械,液压和机械旋压等各种工艺方法制造波纹管。最小公称直径为2毫米,最大公称直径达400 ~ 500毫米,甚至有直径是10米的巨型波纹管。波纹数至少1 ~ 2个,最多高达几千甚至上万。
从波纹管作为金属软管本体的重要意义而言,金属波纹管的发展,也意味着金属软管的发展。
随后,人们在波纹管外层包裹上橡胶、塑料或尼龙等材料,铠装有金属丝或金属带构成的网套,变换各种接头形式,为满足不同使用条件创造了各种形式的金属软管。
目前,金属软管的类别有:专有的输气软管、输液软管、波导软管、屏蔽软管、真空绝热软管和长度、温度或角度的补偿管等。在许多国家,金属软管的设计、生产已经标准化,系列化。能够使用或必须使用金属软管的场合越来越多。它将成为现代工业各个领域不可或缺的重要配件。
金属软管的结构特征
金属软管基本上是由波纹管、网套和接头三部分构成。波纹管金属软管的本体,起着挠性的作用;网套起着加强,屏蔽的作用;接头起着承上启下的作用。它们之间相互连接的方式不同:波纹管、网套和接头三部分以焊接的方式相连,称为焊接式;以机械夹固方式连接,称为机械夹固式;另外,将两种方法联用,称为混合式。
波纹管
波纹管在美国称作波形管或波纹囊,一般在欧洲称为金属囊。这种命名来自老式的手工操作的鼓风气囊,在中国被称为“皮老虎”。
它是一种具有横向波纹的圆筒形薄壁壳体,在轴向拉力或压力作用下,可以延长或缩短;如果给它一个横向力弯曲它,则可以沿轴线的平面得到相应的位移。因为它可以在特性接近现性和有效面积几乎不变的情况下产生相当大的位移,因此,被广泛应用于各种技术领域。
波纹管的性能取决于它的结构形式,而结构形式根据制造方法不同而异:电铸法可以获得壁厚均匀和高精度的波纹管;焊接方法可以获得弹性优良的波纹管;机械旋压法可以获得公称直径大的波纹管;机加切削法可以得到作弹性支承的波纹管;液压法可获得综合性较好的波纹管。
目前,除了用于仪器仪表中的测量元件、弹性元件、敏感元件以外,广泛应用于金属软管本体的波纹管,主要是通过焊接成型、机械旋压成型和液压成型三种成形方法。它们螺旋形和环形两大类,共八种。
螺旋形波纹管,这种类型的的波纹管壁厚0.15 ~0.50毫米,直径2 ~ 100毫米。环形波纹管,这种波纹管壁厚度一般为0.15 ~ 1毫米,直径为6 ~ 500毫米;特殊使用场合,可以制成壁厚为10毫米,直径为4000 ~ 5000毫米大型波纹管,以单层为主,也有双层、三层或多层的结构形式;通常以不锈钢材料为主,也有用碳钢,铜,铝,钛,铜锌合金,铜镍合金等金属材料制造的。
金属软管
从结构上看,金属波纹管的培材有带材和管材的两种,它们都可以生产环形波纹管和螺旋波纹管。只是因为带材成形的波纹管具有一定长度的钎焊或焊接接头,这些地方常常积聚有工作介质的残渣,和机械杂质沉淀污染内腔。因此,它的使用可信赖度相对差一些。
环形波纹管是若干环形膜片外缘与若干凹面向心的半圆环相切接,内缘与若干凹面背心的半圆换相切接的特殊几何形状的管子。
这种波纹管具有挠性大,弹性好,制作简单,刚性小等特点。适用于制作抗压力,对挠性要求较高、直径较大的金属软管。
螺旋形波纹管是一定长度的的绕簧状膜片内缘与绕簧状的凹面背心的半圆环相切接的特殊几何形状的管子。这种波纹管具有强度高、刚度大、制作简单的特点,适合于挠性要求一般,强度要求较高的高、中压力,中、小通径的金属软管。
网套
网套是由几股金属线或多个分离的金属带按特定的顺序编织而成的,以规定的角度套装在金属波纹管外表面,起加强和屏蔽作用。
网套不仅分担金属软管在轴向和径向上的净负荷,还在流体沿管道流动产生脉动作用的条件下可以保证金属软管安全可靠地工作,同时,也保证软管波纹部分不直接受到相对摩擦、冲击等方面的机械损伤。编织了网套的波纹管其强度可提高十几倍至几十倍。最高的屏蔽能力可达99.95%。网套材料同一般的波纹管材料一样,也有两种材料联用的。普通金属软管只有一层网;特殊场合,也有编织两层,三层的。根据波纹管的直径大小和不同的使用要求,常以直径为0.3 ~ 0.8毫米的线材或0.2 ~ 0.5毫米的带材来制作。线材每股4 ~ 15根,带材每锭一条。目前生产的钢丝网套为24股,36股,48股,64股,大直径波纹管还有有96股,120股和144股的。网套主要编织工艺参数除了(线材)股数m,钢丝直径φ(带材),锭数m,厚度δ外,还有覆盖区面积A,编织距T0,编织角度φ等。它们是决定金属软管性能的重要依据
接头
接头的作用首先是将网套和波纹管连接成整体,同时,接头又是金属软管与金属软管或其他管件和设备连接的组件。它确保了介质在管道系统中的正常运行。接头材料通常与波纹管网套的材料相同,以不锈钢为主。为了降低生产成本,一些大直径金属软管输送腐蚀性不强或非腐蚀性介质时,可用碳钢接头;腐蚀性介质条件下,若果金属软管接头在设计上采取相应的措施,避免与介质接触,也可以使用碳钢接头。接头一般分为螺旋式,法兰式和快速式三类:
螺纹式 金属软管的直径小于50毫米的金属软管接头,在工作压力高的情况下,多以螺纹式为主,当拧紧螺纹后,两个接头上的内外锥面密切配合,实现密封。一般的锥角为60度,也有用74度的。该结构具有良好的密封性能,但安装必须确保这两个对接部分的同心度。为了解决实际工程中反复的拆装和不易同心等问题,也可以设计成锥面与和球头的配合。
法兰式 金属软管直径超过25毫米的软管接头,在一般的工作压力下,以法兰式为主。它以榫槽配合的形式密封。可沿径向旋转,也可以沿轴向滑动的活套法兰盘在紧固螺栓拉力的作用下连接。该结构密封性能好,但加工难度大,密封面容易擦伤。在需要快速拆卸的特殊场合,可以将紧固螺栓通过的孔划开,制成快卸式法兰盘。
快速式 金属软管直径在100毫米以下的软管接头,在要求快速装卸的条件下,一般使用快速式。常用氟塑料或特种橡胶制成“O”形密封圈密封。当手把扳动一定角度后,相当于多头螺纹的爪指被锁紧;“O”形密封圈压得越紧,密封性能越好。该结构在火场,战地和其他需要快速拆卸的场合最合适。在几秒钟内,不用任何特殊工具配合,就可以对接或拆卸一组接头。
当然,管螺纹连接、锥管螺纹连接是最常用的连接形式,人们都很熟知,在这里就不作介绍了。
关键词推荐:金属软管,网套,金属波纹管,不锈钢金属软管,金属软管接头
|