1、最新金属软管设计制造新工艺新技术及性能测试实用手册编 委 名 单主编：陈嘉上 （北京工业大学教授）编委会：杨红王超赵保刚申军义李飞郭可青丛晶张震范小晴高雷谢峰飞孙亚最新金属软管设计制造新工艺新技术及性能测试实用手册主编： 陈嘉上 （北京工业大学教授）中国知识出版社书名：最新金属软管设计制造新工艺新技术及性能测试实用手册主编：陈嘉上 （北京工业大学教授）责任编辑：冯德敬出版发行：中国知识出版社印刷：北京华彩印务有限公司版 （印） 次：!# 年 $ 月第一版!# 年 $ 月第一次印刷开本：%&% ($!()(#书号：*+,- % . /0/1 . #(& . #定价：$&2 元版权所有翻印必究前言
2、软管发展的历史可以追溯到遥远的过去。用兽皮缝合的管状结构就是现代软管的原型。十七世纪末， 荷兰的万 德尔 盖金兄弟制成了纵向缝合的帆布软管， 它在消防业务中得到了极广泛的采用， 这种结构经过少许修改一直保留到今天。随着橡胶在世界市场上的出现及其硫化工艺的掌握， 在软管上涂覆橡胶就开始了。由于被输送液体压力的提高， 创造了具有多层橡胶涂层和用金属丝或织物加强的铠装软管。但是， 软管的使用性能仍然不能令人满意， 它不适于输送蒸汽及其他炽热物料， 也不能保持与汽油、 煤油和酸、 碱接触。同时， 工业的发展要求进一步改进软管结构和扩大它的使用可能性。用金属代替由于高温和腐蚀性介质作用而迅速破坏的织物和
3、橡胶解决了这些问题。目前， 世界上许多国家生产各种不同类型的软管。从样本资料看， 这些国家各公司生产软管用的材料是不同的， 例如： 带有织物和钢丝加强骨架的橡胶压力软管， 带有不锈钢网套的氟塑料导管和带有外部金属丝网套的全金属软管。金属软管较之目前在我国许多工业部门使用的橡胶软管以及塑料或合成材料 （纸、布、 赛璐珞和尼龙等） 制成的软管， 它有许多优点。例如， 它可由各种金属材料 （如黄铜、铝、 镀锌钢带与不锈钢带等） 制成。它的几个主要性能指标， 如温度适应范围、 承受内压能力、 弯曲及抗震性、 输送物种类等方面， 都具有特殊的性能。例如， 橡胶软管使用温度一般不能超过!#， 即使在常温下
4、也有老化现象， 这就限制了它的使用寿命， 在低温时有提前变脆的可能； 而金属软管当使用适当的金属材料时可耐温度高达 $#左右， 耐低温可达 % &#， 还具有重量轻、 弯曲灵活、 柔软、 连接方便等优点。在许多液压管路系统和中、 高、 低温部位对使用软管提出了更高的要求， 而在这些方面橡胶软管已逐渐不能满足要求， 必须用金属软管来代替。金属软管近几十年才发展起来的新型的工业产品。它们不仅在石油化工、 机械制造、 电力、 热工、 仪器仪表工程上得到广泛应用， 在航天、 航空、 核能、 造船、 钢铁、 建筑、 轻工、 电子等各工业领域中， 也有着广阔的使用前景， 是现代工业配管技术中不可缺少的!重
5、要配件。虽然金属软管不属于高技术范畴， 但是， 要充分地认识和掌握它们， 也不是一件容易的事。迄今为止， 全世界能够设计并制造金属软管国家和地区只不过十几个， 而规格较多、 品种较全、 质量较好的， 仅限于工业和科学技术比较发达的德国、 美国、 日本、 英国、 苏联和意大利等几个国家。! 年代， 上海地区就具备了带材缠绕金属软管的生产能力。今天， 全国各地大大小小的设计、 制造、 试验、 研究单位和部门已发展到几十个。目前， 中国已经能生产出接近或达到国际先进水平的金属软管。#目录第一篇金属软管的发展作用与基本性能第一章金属软管概述（!）第一节定义（!）第二节金属软管发展简史（）第三节三大作用
6、（#）第二章金属软管的分类、 性能和用途（$）第一节金属软管的分类（$）第二节金属软管的基本性能（%&）第三节金属软管的用途（!#）第三章金属软管的结构特点（!）第一节波纹管壳的结构特点（!）第二节金属丝网套（(）第三节接头（%）第四章金属软管的力学性能和强度计算（#）第一节波纹管的挠性（#）第二节波纹管的弹性（$）第三节网套的强度（)）第四节波纹管的稳定性（#）第五节波纹管的应力与寿命（#）第六节液压特性（%）第二篇金属波纹管与波纹补偿器第五章金属波纹管（）第一节波纹管的几何参数（*）第二节波纹管的变曲能力（*!）第三节波纹管的刚度计算（*)）第四节波纹数和波形对位移性能的影响（*）第五节波
7、纹管的材料（*$）%目录第六节波纹管壁厚度的计算（!）第七节波纹管的加强措施（!#）第六章波纹补偿器（!$）第一节定义（!$）第二节种类（!$）第三节单波位移量及应力与寿命的计算（%&%）第四节固定支座的设计载荷（%&）第五节滑动支座及其最大间距（%(）第六节管路系统用补偿器的发展趋势（%)）第七节黄金规则和安装须知（%$）第八节典型应用举例（%!）第九节专用波纹补偿器设计的必要条件（%(%）第七章挠性管道的频率特性（%(）第一节挠性管道的振动种类和振动源（%(）第二节软管的运动方程（%(*）第三节解运动方程的各种情况（%(!）第四节各种因素对频率特性的影响（%）第五节!&!& 时有限软管的频
8、率特性（%）第六节!&+ & 时有限软管的频率特性（%#）第三篇金属软管制造工艺第八章金属软管制造工艺的特点（%#!）第一节金属波纹管的液压成型（%#!）第二节金属波纹管的机械成型工艺（%*%）第三节金属丝网套的编织（%$%）第四节接头的嵌装（%$#）第九章软管接头嵌装工艺（%&）第一节嵌装方法分类（%&）第二节接头的钎焊连接（%(）第三节接头的熔焊连接（%#）第十章软管的技术经济分析和生产组织（%$）第十一章一般金属软管生产（%!）第一节镀锌金属软管（%!）(目录第二节! 型耐压软管（#$）第三节 型耐压软管（#%）第四节# 型耐压软管（&%）第五节吸尘软管（）第六节吸粮软管（%）第七节防湿
9、软管（(）第八节钢丝软管（(）第九节软轴套管（%）第十节剪羊毛机软轴套管（%）第十一节高速软轴套管（%)）第十二节超高速软轴套管（*!）第十三节不锈钢软轴套管（*&）第十四节微型不锈钢软管（*）第十五节铝质和铝合金软管（*%）第十六节冷冻油嵌线软管（)）第十七节铜质软管（)#）第十八节铜质软轴套管（)#）第十九节外波纹铜质软管（)）第四篇金属软管的性能试验第十二章金属软管的性能试验（#$）第一节试验的种类和性质（#$）第二节各种试验的内容和方法（#$(）第三节可靠性的数量评价（#!）第四节封存和包装（#!&）第十三章关于材料和成品的测试（#!(）第一节材料测试（#!(）第二节复合软管成品测试（
10、#!）第十四章复合软管几项重要的研究课题（#）第一节提高复合材料剥离强度的新途径采用高频磁场后处理（#）第二节复合软管头部保香的几种方法比较（#&）第三节高频连续焊接卷筒（#(）第四节新的复合软管造型方向（#%）#目录第五节复合材料软管一步成管法的探索（!）第五篇金属软管的选择、 安装和使用第十五章金属软管的选择、 安装（!#$）第一节型号和波型几何形状的选择（!#$）第二节软管的安装特点（!#%）第三节有限软管的安装特点（!%&）第十六章金属软管的正确使用（!%#）第一节长度的选择（!%#）第二节实际弯曲半径的确定（!%）第六篇金属软管的工业应用第十七章在石化工业中的应用（!(!）第一节码头
11、用金属软管（!(!）第二节站台用金属软管（!(%）第三节泵用金属软管（!(）第四节贮罐与管路系统的柔性连接（!(）第五节常用不锈钢与各种腐蚀介质的关系（!）第十八章在钢铁工业中的应用（!）第一节高炉、 热风炉用波纹补偿器（!）第二节炼钢设备用金属软管（!)%）第三节不锈钢在高温条件下的蠕变和腐蚀（!)）第十九章在电力和热力工程中的应用（#&(）第一节燃油炉喷嘴油管和燃煤炉冲灰水管（#&(）第二节水轮机转子液浮动力油管（#&）第三节风闸连接管（#&)）第四节电缆波纹管护套（#&)）第五节热力管网波纹补偿器的选型和安装（#$*）第二十章在建筑工程中的应用（#$)）第一节空调设备系统泵用金属软管（#
12、$)）第二节竖井和地沟 （架空） 管线用波纹补偿器（#*&）第三节伸缩缝和沉降墙壁用金属软管（#*）第四节脸盆用热水管的改进（#*）#目录第五节波纹管式疏水器的节能效果（!#）第六节取水工程用波纹补偿器的选型（!$）第二十一章金属软管在工程上的其他应用（!%&）第一节大型贮罐基础下沉的补偿器（!%&）第二节泵、 阀类的密封件（!%）第三节管路系统中的伸缩节（!%）第四节取代码头及货栈液体输送线上的橡胶管（!%!）第五节取代热压机械上的紫铜管（!%$）第六节取代气体净化设备中的塑料管（!%(）第七节用于空调制冷机械（!%)）第八节在航空、 航天器管路系统中的应用（!%*）第九节双层真空绝热软管在
13、冷疗机上的应用（!&）第七篇金属软管相关标准规范#目录第第第第第第第第第第第第一一一一一一一一一一一一篇篇篇篇篇篇篇篇篇篇篇篇金属软管的发展、作用与基本性能第一章金属软管概述金属软管是以波纹管为核心元件的输送各种流体的管路配件， 其工作性质是在管道与管道、 管道与设备、 设备与设备之间的连接中起补偿作用的。全面地了解金属软管， 必须把它的定义搞清楚。第一节定义对于外表面铠装金属丝或金属带编织网套的、 长细比值大于或等于 ! 的、 环形或螺旋形的波纹管， 称作金属软管。在欧美国家， 习惯称其为柔性管 （#$%&#$ ()$） 、 波纹管 （*+,)*-($. /+0$）或金属软管 （#$%&#$
14、1$(-# /+0$） 。一般情况下， 金属软管以它的弯曲和挠性去弥补管路系统因安装造成的位置偏差；去承担两端接点正常工作所需的相对位移。见图 2 3 2。在某些管路系统中， 它还起着减振、 消除噪声的作用。图 2 3 2金属软管补偿图45补偿安装位置偏差； 65补偿工作端位移!第一章金属软管概述第二节金属软管发展简史金属软管在现代工业中占据着极其重要的位置。那么!它是怎样发展起来的呢？最初， 人们用兽皮缝合成管状的结构， 以适应生产斗争之 “需要。经过了相当长的时期， 到十七世纪末叶， 荷兰的万 德尔盖金兄弟制成了纵向缝合的帆布软管， 在当时的消防业务中被广泛采用。后来， 随着橡胶在国际市场
15、上的出现及其硫化工艺的发展， 胶管和用金属丝或麻绳等织物销装的胶管问世了。但是， 工程上一些蒸汽、 热风类的高温介质， 液氢、 液氧、 液氦类的低温介质， 汽油、 煤油、 酸、 碱等腐蚀性的介质， 若用胶管来输送， 当然不行。特别是在高温条件下， 它的安全可靠性就更难保证了。因此， 人们渐渐地把注意力集中到金属管方面， 改变金属管的几何形状， 使其内外表面产生相应的波纹。这样， 它既具有同胶管一样的挠性， 同时， 又具有耐高温、 耐低温、 耐老化、 耐腐蚀性能。于是， 作为金属软管本体的金属波纹管就这样产生了。一八五五年， 德国最先发表了制造波纹管的专利。它是利用当时已有的制造首饰的原理来制造
16、波纹管的。三十年以后， 法国的 #$%&%&$() 与德国的 * +,-.$/0&/ 合作研制新型金属波纹管， 于一八八五年八月获得了法国和德国的专利权。这是用截面为 形的金属带在专用设备上绕制而成的螺旋波纹管， 它们用橡胶带、 棉织物或石棉绳填垫在相邻两匝的喷口处， 以利于波纹管内腔的密封。一八九四年， 这类波纹管的结构得到了改进； 人们用两根金属带按不同直径， 向相反方向卷绕。这样， 金展带在受力状态下达到相互平衡， 克服了自发展开的弊病。一九二九年， 在波纹管的结构上进行了又一次技术革命， 即彻底解决了波纹管由于弯曲时填垫橡胶带或石棉绳的凹槽发生不均匀变化而丧失密封性能的问题， 从而开辟
17、了波纹管发展的广阔前景。人们用钢和铜铸合金材料制成了整体波纹管， 即用无缝的或有焊缝的管材制成的波纹管， 它依靠波纹侧壁的弹性变形来保持一定的可压缩性或可拉伸性； 同时， 保证可靠的密封。从二十世纪五十年代开始， 双层、 三层、 多层的波纹管， 特别是极薄壁不锈钢材波纹管发展得很快。为了满足使用要求， 人们采用焊接、 电铸、 机加、 液压和机械旋压等各种工艺方法来制造波纹管。最小公称通径为 1 毫米， 最大公称通径可达 233 4 533 毫米， 甚至有通径为 63 米的巨形波纹管。波纹数最少 6 4 1 个， 最多可达连续几百、 几千， 甚至几万个。从波纹管作为金属软管本体的重要意义来讲，
18、金属波纹管的发展， 也就意味着金属2第一篇金属软管的发展、 作用与基本性能软管的发展。随后， 人们在波纹管外表面包覆上橡胶、 塑料或者尼龙等材料， 铠装由金属丝或金属带所构成的网套， 变换各种各样的接头形式， 为适应各种使用条件下的不同要求创造了多种形式的金属软管。目前， 金属软管的类别有； 专用的输气软管、 输液软管、 波导软管、 屏蔽软管、 真空绝热软管和长度、 温度或角度的补偿软管等。在许多国家， 金属软管的设计、 生产已经标准化、 系列化。能够使用或必须使用金属软管的场合越来越多。它将在现代工业的各个领域中成为不可缺少的重要配件。在下列情况下采用软管是理所当然的， 有时甚至是必须的，
19、这就是：!难于靠近去安装的管道；#安装时连接部位的相互偏差太大， 必须在此部位使导管显著变形时；$对于按使用条件须经常拆开的机件， 需要安装导管时；%本体和管道由于热膨胀将发生显著的相互位移时；&作用于导管的过载大且不能用已知方法降低管道的振幅时；被连接机件按使用条件须作相对于产品本体的移动时。有限软管是用软管作位移补偿器的普通导管系统 （见图 (#） 。在用现有方法提高刚性导管的可靠性效果不大时， 采用这种软管。如所周知， 这些方法是：!利用标准样品保证导管的互换性；#通过改变导管的跨距长度或外形调整共振；$在导管支点内安装各种可能的缓冲器， 减小共振振幅；%保证导管在具有补偿装置的支点和连
20、接处内自动调整。刚性导管有了弹性过渡段， 在连接部位有显著相互偏差的条件下， 可以不加矫正而进行安装。在现有的管道系统中， 常常利用所谓补偿弯曲对温度位移进行补偿。这种方法造成设备上弯管臃肿并使管料的配套消耗增加。采用有限软管可以避免管道的这种复杂化。弹性嵌入段的金属丝网套决定了有限软管的良好减震性能。网套内发生能量散逸的结果使这种系统中的振动对数减缩率比普通导管系统的要高得多。为了保持移动时的密封， 在普通管道 （夹布橡胶管、 伸缩管） 的补偿装置内广泛采用橡胶件， 这极大地限制了该种接头的使用可能性。用有限的烧性段代替橡胶补偿装置可以显著扩大管道的使用可能性。例如， 采用以金属软管为基础的
21、补偿器， 就可用于腐蚀性介质的工作， 显著扩大工作温度的范围， 提高液体压力， 并大大增加产品的贮存时间而不降低使用性能。&第一章金属软管概述继续改进金属软管结构的最有前途的方向是， 使软管各组成部分具有合理的结构以降低软管的重量， 提高挠性、 工作温度和工作压力， 增加在各种负荷条件下的工作能力， 改善液压特性， 创制具有良好绝热性和真空性能的软管。当前， 工业部门正在研制各种不同结构的软管， 其中包括儿有多层波纹管壳的软管， 这种软管有高的挠性、 良好的减震特性和在压力下工作时有足够的承载能力。近几年出现了氟塑料软管， 它的特点是化学稳定性高， 在脉动负荷下工作能力大， 液压阻力小。为了进
22、一步提高工作压力， 正在改进波纹截面的形状， 采用管壳金属加强件和研制更合理的多层网套结构。为了输送低沸点液体， 正在研制具有屏蔽真空绝热层的软管。改进软管结构的工作正按现代技术的新要求在继续进行。第三节三大作用一、 减少管道的安装应力在复杂的管路系统中， 常常出现由于空间位置条件的限制， 造成安装工作上的种种困难： 成型的管子装不上去； 弯过去、 正过来， 凑合装上去的管子， 将不可避免地产生局部的冷校正。根据管子通径和现场的具体情况不同， 冷校正量从几毫米至几十毫米， 有的达数百毫米。实践证明， 该量越大， 其内应力也就越高， 这些残留在管路系统中的安装应力， 无疑地是极大隐息。某型号发动
23、机中的一段轴承润滑油导管， 在实际运行中多次发生断裂事故， 就是因为安装应力过高所致。参见图 ! #。图 ! #发动机轴承润滑油导管受载示意图（$） 轴承润滑汕导管在发动机上的位置：!%进气口； #%导管； &%中轴承； %喷气口。（(） 逆航向看该导管仕置及加载方向。)第一篇金属软管的发展、 作用与基本性能在压力为 !#$%&， 温度为 !(， 无腐蚀介质影响条件下的模拟试验中， 测得故障位置的应力为 )*$%&， 端头 +#、 +方向平均过载 ,*-， +.、 +/方向平均过载 !,-， 疲劳试验结果为： 达到 #!0次安全循环无断裂的仅占 /!12。串接了一段金属软管之后 （参见图 #
24、3 *） ， 再作模拟试验， 一切条件同上， 此时， 故障位置处的应力下降至 #!#$%&， 端头 +#、 +方向平均过载下降至#-， +*、 +/方向的平均过载下降至)-， 经过多组疲劳试验， 结果全部超过 #!0次安全循环而无一断裂。端头 +#、 +方向和 +*、 +/方向平均过载比原来分别降低了 ,),2和 ,0,2； 安装合格率由原来的 /!12提高到 #!2。图 # 3 *换接金属软管位置示意图由于金属软管可以随意弯曲并在额定弯曲半径条件下弯曲所产生的内应力极小，所以， 它能给安装工作带来极大的方便， 对管路系统的安全运行也起着一定的保障作用。这是某些管路系统必须使用金属软管的主要原
25、因。二、 补偿管道的位置移动汽车、 火车、 飞机的加油， 乙炔气、 液化气的注罐， 造纸机、 印染机烘干滚筒的运转等等， 都存在着位移补偿的问题， 需要用柔性管道来解决。按照旧的设计思想， 这些大多采用紫铜蛇形管或橡胶管。由于它们不同程度地存在一些问题， 所以， 常常给工业生产或使用维护带来困难。由于装卸模具的需要， 硫化机上的活动缸将作向上和向下方向的运动。参见图#3/。图 # 3 /金属软管与紫铜管、 橡胶管的比较图0第一章金属软管概述紫铜蛇形管往复运动 ! # $ 次之后， 就会发生疲劳断裂， 虽然修复后还可以继续使用， 但停车修复会造成时间损失。橡胶管虽然具有良好的柔软特性， 抗疲劳能
26、力也很强， 但在承压、 耐温、 抗老化等方面又是薄弱环节， 一般使用 ! # $ 个月以后， 也无法再继续下去。某厂橡胶硫化机上数根蒸汽管道用金属软管取代紫铜蛇形管和橡胶管后，效果极好， 压力 %&()， 温度 *+,， 活动端位移 -.， 每天工作近 * 个循环， 结果使用一年零四个月仍未见泄漏和其它异常现象。金属软管良好的综合性能在此得到充分地体现。在一般工业领域中， 除压力、 温度之外， 还常常存在着一些如疲劳、 腐蚀、 振动、 压迫、 冲击等苛刻的条件， 在这样的情况之下， 用金属软管来补偿管道的位置移动是最合适的了。三、 吸收管路系统的振动压缩机械设备运转条件下的振动， 可能造成它的
27、薄弱环节上零部件的早期失效， 该振动着沿管道向外传导， 可能产生系统的共振， 使其它老部件遭到破坏。不仅如此， 由于振动所产生的噪音还会给人们的身心健康带来极大的影响。因此， 控制设备运转条件下的振动和防止它沿管道向外传导， 是压缩机械设计的一个重要关键。某巨型建筑， 大厅内空调是由固定在地下室的 &/01 机组提供的 （参见图 * 2 $） 。机组振动通过连接管道这个桥梁， 一直传到地面大厅内， 噪音值达 3$41。在这样的环境中， 人们总觉得有一种不适之感。改进设计后， 在连接管道上串接了金属软管， 不仅吸收了部分由机组振动所产生的噪音， 管系中流体脉动所产生的噪音也被吸收了不少， 此时，
28、 地面大厅内噪音值仅为 !41， 大大地改善了厅内的环境。图 * 2 $金属软管在冷冻机组上的应用金属软管能够吸收振动， 它不仅可以提高系统疲劳破坏的能力， 还可以达到降低噪音之效果。某些管路系统采用金属软管， 原因就在于此。5第一篇金属软管的发展、 作用与基本性能第二章金属软管的分类、 性能和用途第一节金属软管的分类金属软管的种类很多， 分类的方法也不同， 有的按用途分类， 有的按材质分类， 也有的按扣型分类， 等等。下列特征是软管分类的基础； 波纹管的结构和制造工艺， 软管内径， 工作压力值， 工作介质用途和性能， 工作条件， 对清洁和工作温度范围的要求。一、 根据结构， 波纹管分为下列几
29、种类型：!#!$ 钢钎焊密封波纹管 （见图 % & ! 和 % & (） ；%$#!$ 钢焊接密封波纹管 （见图 % & %) 和 % & )） ；*$#!$+ 钢氩弧焊焊接密封波纹管 （见图 % & %( 和 % & )） ；,#!- 管坯制造的密封波纹管 （见图 % & *， % & ,， % & (， .） 。二、 根据内径， 金属软管分为下列 /0值的参数系列 （毫米） ； 1， 2， !3， !%， !,， !1， %3，%， *%， ,3， 3， 13， 43， 23， 56， !33， !3， !%， !3， %33， %3， *33。#!$ 型软管的直径 /0制造范围为 13
30、7 ,3 毫米； $#!$ 型为 %3 7 *33 毫米； $#!$+ 型为 *% 7 86 毫米； #!- 型为 1 7 !3 毫米。三、 根据允许工作压力值， 随直径、 型式和结构的不同， 软管和补偿器分为下列参数系列 （!工作以公斤9厘米%计） ； ， !3， !， %3， %， *3， ,3， ,， 3， ， 13， 4， !33， !%3， !3， %!3，%3。软管分为低压、 中压和高压三种。低压软管通常是波型不加强的单层同套式， /0为1 7 3 毫米者， 压力为 !33 7 ,3公斤9厘米%/0为 43 7 %3 毫米者， 压力为 % 7 !3公斤:厘米%。当在更高的压力下工作
31、时， 通过下列方法提高软管强度： 把网套增加到二层或三层， 在管壳波谷内加上螺旋形销装金属丝以及增加波型的壁厚， 这样就得到可在中压和;第二章金属软管的分类、 性能和用途/0 较容平均以任， 等于!# 型软管内径， 毫米。高压 （!值为 #$% & 毫米者， 压力为 $% & $%(公斤)厘米$） 下顺利工作的软管。四、 按照用途， 软管可分为三个基本类型：#*输送腐蚀性和非腐蚀性液体和气体的软管。这种软管在压送和吸入， 加注和转输系统中采用。+!, 型软管只适于在非腐蚀性介质 （煤油、 汽油、 油、 空气、 氮） 条件下工作。,+!,、,+!,- 和 +!. 型用于在腐蚀性介质 （酸、 碱、
32、 海水、 腐蚀性气体及其化合物） 条件下工作。$*在重要电路中用来屏蔽导线、 防止导线受到机械损伤和与液体接触的软管。通常， 供屏蔽用的是直径 & $% 毫米， 编一层或两层网套的 +!, 型软管。/*用作移动补偿器以消除各种设备液压系统的温度变形和安装变形的软管。不带网套的成形有如图 $ 0 / 所示波型的补偿器， 用来在 +工作1 #( & %公斤2厘米$压力下， 在腐蚀性和非腐蚀性介质中工作 （!1 /$ & #$% 毫米） 。带网套的补偿器用来在高压下工作。五、 根据工作介质和周围介质的性质及工作温度范围， 全部软管分为八类：#、 $ 类用于温度为 0 $( & 3 4(5的非腐蚀性介
33、质 （+!, 型软管） ；/、 4 类用于温度为 0 $( & 3 4(5的易爆介质。这类软管须进行专门处理 （去油） ， 同时要求表面保持高度清洁 （+!. 型软管） ；%、 类用于工作介质和周围介质温度为 6 (5的腐蚀性介质 （,+!, 和 +!. 型软管） ；7、 8 类用于温度为 0 $( & 3 4(5的腐蚀性介质 （,+!, 和 +!9. 型软管） 。六、 按照工作条件和试验种类， 上述八类软管可归纳为两大类：一类 （#， /， %， 7 类） 是用在具有宽激励频率而弯曲次数有限的长期振动条件下工作的软管。这类软管须在工作频率下进行长时期振动试验*根据振动强度和耐振性要求确定它的
34、工作能力。另一类 （$*4， ， 8 类） 是用在有多次弯曲和反弯曲而振动频带不宽的条件下工作的软管。这类软管须在窄振动频带下进行长时间的弯曲试验， 以查明反复弯曲和运输振动对它的工作能力的影响。七、 按照清洁度要求， 软管分为三级；第一级是特别清洁的， 它的特征是， 从软管内倒出的检古物 （#( 厘米/） 过滤后， 在无灰滤纸表面 （放大 #4( 倍） 发现的尺寸为 $% & %( 微米的微粒不超过 #( 个， 而尺寸为 %(& #( 微米的微粒不超过 4 个。第二级是很清洁的， 它的特征是， 从软管内倒出的检查物 （#( 厘米/） 过滤后*生无灰滤纸久而发现的 （放大 %( 倍） 尺寸为
35、%( & #( 微米的颗粒不超过 $( 个， 尺寸为 #( &(#第一篇金属软管的发展、 作用与基本性能! 微米的颗粒不超过 ! 个， 同时允许订一个尺寸为 ! # $ 微米的颗粒。第三级是清洁的， 它的特征是， 从软管内倒出的 % 厘米&检查物过滤后， 在滤纸表面上发现 （放大 $ 倍） 的尺寸为 % # ! 微米的颗粒不超过 %$ 个， 尺寸为 ! # $ 微米的颗粒不超过 $ 个， 而有一个尺寸为 $ # 微米的颗粒。要获得一、 二级清洁度， 须对软管进行专门处理。一、 二级清洁度的软管用在要求工作介质高度清洁的重要设备上。下面分析各种软管的优缺点：和 (!)、 )(!)、 )(!)*
36、型软管相比， 用管坯制成的软管具有下列优点：%， 由于波纹管结构及其与接头和网套接合方法的进一步改善， 寿命增加 % # ! 倍。!+由于波纹管的焊缝大大缩短 （焊接管坯） 或完全没有 （整体拉制管坯） ， 可靠性有所提高。&+在同样等强度下， 由管坯制成的波纹管比 (!) 和 )(!) 型波纹管的挠性大。由于波型形状均匀和等强性， (!, 波纹管的允许弯曲次数增加 $-. /。0+由于减少了在焊缝形成和钎焊搭扣方面的材料消耗， 波纹管的重量降低 %$1/。管坯制造的波纹管的这些优点使它的应用变得极有前途， 但是， 它的推广至今却受到制造工艺方面的一些困难的限制。因此， 除 (!, 波纹管外，
37、 钎焊 （(!)） 和焊接 （)(!)）结构的波纹管得到了广泛的应用。)(!) 型波纹管比 (!) 型有下列优点：%+由于制造时卷绕和焊接过程是同时不间断进行的， 故能够获得较长的焊接波纹管 （达 % 米） 而不用辅助对接缝。(!) 波纹管的最大长度只有 & 米。这个长度决定于高频电流真空钎焊时所用容器的尺寸。为了获得较大长度的波纹管， 通常采用连接套， 但这不仅使软管的结构复杂化， 而且使它的挠性和工作能力下降。!+能够在 # & 毫米的直径范围内制造焊接波纹管。钎焊波纹管的直径尺寸受钎焊炉横向外形尺寸的限制， 故钎焊的直径范围局限于 2 # 0 毫米以内。&+由于在焊接过程中能够保持波纹管
38、材料的弹性， 故焊接波纹管有较高的耐振性。3%4%,钢制造的 (!) 型波纹管的波型团长时间受钎焊炉内的高温 （%!5左右） 影响， 其弹性大量丧失， 从而使钎焊结构波纹管的耐振性显著降低。0+因构成焊缝所用带材消耗的减少而使波纹管的重量降低 ! # !$/。钎焊结构的波纹管需要较宽的带材来构成复式迭台搭扣， 供卷绕时堆敷直径 +! # $ 毫米的铜焊料丝之用。$+焊接波纹管能在腐蚀性介质中使用， 而有铜焊料的钎焊结构是不行的， 因为铜焊料在腐蚀性介质作用下将被破坏， 软管的密封性也因此而丧失。%第二章金属软管的分类、 性能和用途用银焊料和镍铬基焊料制造耐腐蚀性介质的钎焊结构波纹管的尝试没有成
39、功， 因为这类焊料的毛细作用差， 不能保证波纹搭扣接合处有必要的浸润。目前， 在 ! 型波纹管的钎焊中仅采用 # 牌的丝状铜焊料 （$%&( ) *） 。与 ! 和 !+ 型波纹管相比， 钎焊波纹管有这样一个优点； 在小直径方面 （,-. * / (0 毫米） 它比较容易制造。制造直径 ,-. * 毫米的焊接波纹管在工艺上非常困难， 因为需要有很小直径的内焊滚电极， 而这种焊滚电极因本身的变形， 将不能在厚 012 毫米 （01( 3 01(） 的两带材叠层焊接区内造成必要的焊接压力。钎焊结构波纹管在生产上过关比焊接波纹管和管坯波纹管要早得多， 而且在非腐蚀性介质工作条件下有足够的工作能力。!
40、+ 型波纹管具有和 ! 型波纹管同样的优点。但是， 由于这种结构在制造工艺上的明显困难， 只在有限的直径范围内 （,-. 4 / 50 毫米） 采用。波纹管波型的氮弧焊过程对准备质量、 边缘清洁度及在对接和焊接过程中把边缘保持在同一水平上的稳定性有很高的要求。用氩弧脉冲焊法在小厚度的带村型面上裁得很长的稳定焊缝是极端困难的。因此， !+ 波纹管采用较厚的带村 （014 / 015 毫米） 制造， 以保证焊接的优质。!+ 型软管供在高压腐蚀性介质中工作时及波纹壁厚大不能用接触滚焊法制得金属软管时采用。第二节金属软管的基本性能在设计软管和有限软管 （补偿器） 管系时， 必须考虑金属软管的基本性能，
41、 这就是：软管的纵向和横向位移能力， 管道对液压的液压阻力， 工作压力和使用移动对管系工作能力的影响及阻尼 （滞后） 特性。研究这些性能须通过理论和实验。软管性能的极端不稳定和许多因素 （网套金属丝聚集、 金属丝交错和断线、 波纹管波距不均、 变形时网套压缩密度改变等） 的影响， 是用解所法表示这些性能的基本困难。因此， 在分析软管性能时须引入一些能从上述不稳定性得出抽象概念的假设。金属软管本身的外形像普通挠性心轴一样， 因此， 在研究时可与挠性心轴一样进行初步近似计算。在这种假设下， 各组成单元之间的力的分布性质就从分析中排除了。(第一篇金属软管的发展、 作用与基本性能用挠性心轴代替金属软管
42、以后， 我们可以只考虑力的总令性， 即导向软管横断面重心和作用于各组成单元的所有力构主向量和主力矩。在这种情况下， 根据金属软管的质量、 长度和刚性这样一些已知的概括性能就可以顺利地解决一系列实际课题， 即挠度、 延伸率、 振动频率和振幅的确定。但是， 采用这种计算模型基本上得不到软管各单元内产生的应力情况。要解决这些属于软管结构力学的课题， 必须引入关于软管横截面内变形分布特点的补充假设。本章研究的问题基本上将只涉及金属软管的概括性能， 以及从这些性能可以得到使用所必需的一些结果。一、 弹性性能在管系铺设中常常发生各种安装误差 （图 ! #） 。利用金属软管在纵向 （!） 、 横向（） 和角
43、方向 （!） 的位移弹性， 可顺利地将连接点对额定的偏差加以补偿。在金属软管的各种性能中， 最有实际意义的是抗弯刚度和纵向刚度， 这两种性能可决定软管在纵、 横两方向上的可能变形值。这种变形的数量利用相应的刚度系数表示。抗弯刚度系数是横向负荷 # 对引起的弯曲量 $ 之比：%$%#$（! #）图 ! #内接管与管接头轴线不重合时 （&） 和导管与座套轴线不重合时 （） 所见到的管道安装误差!# 未上到位； # 不同心；!# 扭曲 ! 不同心；! 扭曲。它表示软管的横向可压缩性。&#第二章金属软管的分类、 性能和用途轴向刚度系数是拉力 ! 对所得之延伸量!之比。#!（# $ #）它表示软管的纵向
44、可压缩性。%&抗弯刚度性能系数 #的实验测定通常利用一种简单装置 （图 # $ #$） 。软管 ( 安装在支架 # 和 )上， 这两个支架能根据试样长度沿底座 * 移动。用重物 %+ 进行加载， 而用指示器 , 测量位移。如须造成轴向负荷， 就利用带有测力计 % 的拉力装置 %。用泵通过自由管接头 -唧入液体。图 # $ #实验装置示意图!$ 在变形小时；$ 在变形大时； % $ 测力计； #， ) $ 支架； .， , $ 指示器； / $ 支柱；( $ 拨款软管； - $ 管接头； * $ 底座； %+ $重物； % $ 拉力装置； %# $ 上压板； %. $两侧支柱； %/ $ 刻度尺
45、； %, $ 托架。在金属软管移动颇大的情况下， 抗弯刚度的测定在图 # $ #所示的装置上进行： 将被试软管安放在底座 * 上并用重物 %+ 加载。根据上压板 %# 的移动量判断软管的抗弯刚度。图 # $ .!表示 01 %/ 毫米、 .+ 毫米的软管在小量弯曲时在不同液体压力下的弹性。图上滑纵座标轴是横向负荷 %， 沿横座标轴是弯曲量 &。所示关系曲线倾斜角的正切代表软管的刚度 #2。把软管看作具有直线轴的单跨梁， 即得到标称抗弯刚度的公式/%第一篇金属软管的发展、 作用与基本性能（!）#$%$（% & #）式中# 软管挠性部分长度；$ 表示临界条件的系数。图 % & #& ( 毫米的软管
46、的弹性性能!& 按图 % & %!试验时；& 按图 % & %献验时。这里所谓标称抗弯刚度， 就是材料的弹性模数和断面惯性矩的某种函数。由于惯性矩与各种因素的依赖关系很复杂， 所以用解析法找到这个函数是困难的， 故数值（!）。通常用试验测定 （见图 % & #） 。图 % & ( 表示 )!* 型软管的试验结果。沿纵座标轴是 %(#)的乘积， 而沿横座标轴是直径 &， 压力#和纵向力 *。从分析测量结果得出：+随着内压或纵向负荷的增加， 刚度急剧增大，%+在其他条件相等的情况下， 刚度与 &， 成比例变化；#+刚度与金属丝网套的层数 + 成比例变化。图 % & (抗弯刚度与各种因素的关系 （+
47、 & 网套层数）,第二章金属软管的分类、 性能和用途把软管弯曲成某种圆弧 !弯时， 软管内发生下列变化；!软管轴线获得曲率半径 !弯# !$%&的平面线形式 （图 ( )!） 。编织距 和网套编织角!在软管四面处减小， 而在凸面处增大。图 ( )网套金属丝相对延伸率的测定 （# ( 金属丝到中间层的距离）!( 软管平弯示意图；( 横断面。*网套内出现若干推移力， 力图把金属丝断面从母线压缩区 （凹入部分） 推移到拉伸区 （凸出部分） 。随着压力的增加， 波纹管趋向延伸， 而金属丝网套阻止达种移动并把波纹紧紧卡住。由于各金属丝之间的线股压缩， 软管内有多大的压力， 就产生多大的接触咬合力，于是
48、“波纹管一网套” 系统的刚度显著增加。在轴向负荷作用下也有类似情况。根据离开中间层距离 # 的大小 （见图 ( )） ， 金属丝达到不同的相对延伸率#!弯#+%&#!弯（ ( ,）式中# 软管截面中心到所研究金属丝断面的距离。从公式 （ ( ,） 可知， 在#$- 时相对延伸率最大， 而在# . 时相对延伸率也等于零。因此， 对于摩擦力占优势的软管， 相当于#$- 时线股通过位置的那些段， 因为被卡住不能作自由移动， 就成了被拉伸最多的部分。如果弯曲角%很小， 则推移力不可能克服金属丝的接触咬合力， 这时整个系统的抗弯阻力就最大。随着弯曲角的增加， 推移力也增加， 于是金属丝开始从相互咬合中脱
49、开。此时软管的刚度下降。这里指的是对直软管和弯曲软管的刚度作比较时的情况。纵向刚度性能系数 $.的实验测定利用图 ( !所示的装置。拉紧装置 ! 产生纵向作用力， 用测力计 ! 进行检查， 用指示器 * 测量软管的延伸量。图 ( / 所示为 %&# !. 毫米， # *,. 毫米的软管在不同的液体压力下的纵向刚度/!第一篇金属软管的发展、 作用与基本性能典型特性曲线。曲线的弯曲点相当于同套所有金属线开始工作的瞬间。倾斜角!的正切表示相当于试样长度 ! 的软管的纵向刚度 !。图 # $#$% &! 毫米， ! % (!毫米的软管的纵向刚度特性曲线为了获得不随长度 ! 变化的刚度特性， 通常在计算
50、金属软管时利用断面的标称纵向刚度。（%&）$% !（ # )）所谓标称纵向刚度就是材料的弹性模数与软管横截面面积的某种函数。为了得到纵向刚度的计算公式， 我们用两个平断面把软管单元分开， 使长度相当于编织距 !。把这个单元的圆柱形表面展成平面 （见图 # *） ， 由三角形 () 得!%*$+,-#!（ # $）式中*$ 标称编织直径；#! 编织角。公式 （ # $） 中的编织直径 *$具有标称直径的性质， 因为， 由于金属丝网套的几何特点， 它的大小是周期性变化的。从金属丝网套图 （图 # .） 可以看出， 网套是由若干个线股编成的， 每个线股又由 +根直径为 # 的金属丝组成。网套的各线股
