编辑Paul J. Heney，编辑主任
补偿膨胀流体保护设备和防止泄漏
在许多流体动力和流体处理应用中，设备和管道内的气体或液体可能超出正常的设计限制。这可能是由于机器操作或对环境变化的反应，包括温度和压力。
膨胀的液体会导致麻烦。它通常会增加内部压力，从而导致密封破裂、传感器和仪表损坏、泄漏和过早磨损。通常，停机、维修和环境清理的成本超过更换部件本身的成本。
为了补偿液体膨胀，带橡胶囊的蓄能器是一种选择。但由于空间或重量限制、极端温度或腐蚀性操作环境，它们通常不适合。工程师可以考虑边焊波纹管组件作为一种替代。它们在正常操作期间保持适当的流量，并扩大和收缩以补偿液体或气体的体积变化。
波纹管基础知识
焊边波纹管实际上是一个精密的气泡。它由一系列金属膜片组成，在外部压力或内部真空的作用下，膜片会完全折叠，使组件的运动最大化。因此，它可以在一个相对较小的空间内补偿显著的体积变化。其他类型的金属波纹管在给定的尺寸下有较短的冲程，因此提供较少的体积补偿。例如，液压成形波纹管的流动长度通常为其自由长度的20%，而边缘焊接金属波纹管的流动长度为90%。因此，边焊单元可以提供相同的体积补偿更小和更轻的组件。
边焊波纹管是将冲压的金属隔板焊接成一个长而灵活的组件。金属片条冲压成膜片的形状(通常是圆形或椭圆形)，根据压力、冲程长度、弹簧速率和温度，帮助确定满足应用要求所需的厚度和材料。
膜片内、外边缘和波纹的形状对性能至关重要。波纹必须是一致的，以确保准确的弹簧速率和长周期寿命。对于嵌套波纹边焊接波纹管(一种通常用于体积补偿的版本)，膜片背靠背(从公到母)定位，以对内径孔。一旦接触，它们就被焊接在一起。深焊渗透是一个持久的关键，密封性接头。根据制造商和材料的不同，波纹管可以采用等离子、激光、电弧或电子束焊接工艺进行焊接。机器视觉系统越来越多地用于提高焊接精度和一致性。
分级
为了确定应用场合的边焊波纹管的尺寸，首先要确定操作条件、操作压力、温度和波纹管必须补偿的最大体积。尺寸可以通过知道需要补偿的体积量来确定，并了解波纹管补偿器需要适应的尺寸。可以分析波纹管的平均有效面积，以确定高度，直径，行程长度和长度要求。
由于边焊波纹管对内外压力都有响应，因此波纹管是否会伸长或缩回应由具体的应用情况决定。例如，高压应用将使自己的设计与外部压力的波纹管内部的厚金属外壳。这让外壳包含压力，而风箱压缩和巢。在低压应用中，波纹管可以看到内部压力，并根据需要膨胀。
压力可能是一个限制因素，尽管两层波纹管(两个横隔膜堆叠并焊接在一起)或液体或气体填充组件都是可能的解决方案。例如，如果波纹管外部暴露在5000psi的液压流体中，则可以用氮气对波纹管内部加压，以减少波纹管上的压差和应力。
膨胀的速度也很重要。与循环缓慢和体积随环境温度或海拔高度而变化的应用相比，剧烈的压力峰值或极快的体积变化可能会改变设计要求。
硬件方面的考虑
如果暴露在相同的介质中，风箱和外壳可以用相同的材料制成。通常，机加工外壳提供了最灵活的设计，并确保适当的壁厚，以处理压力峰值和极端情况。在波纹管的两端建立引导，防止侧向移动，并增加循环寿命。引导材料应与介质或特殊涂层兼容。
定制配件也可以集成到总成中。螺纹端口可以添加到波纹管的一侧或两侧。应用程序以及行业规范决定了螺纹类型。
SAE和UNF的o形环和锥形金属对金属密封通常用于汽车和航空航天领域。在这里，工程师应该研究o形环材料的相容性和温度性能。金属对金属密封通常一次性使用，但各种材料的密封锥也可以选择。
如果波纹管必须补偿大气压，则可以制造带有排气孔的波纹管。它们也可以充满液体用于冷却，或者，如前所述，改变压差和增加压力能力。虽然在每一侧增加端口是一个选择，但中心管可以有效，降低成本，并通过减少焊接和潜在的泄漏路径增加可靠性。
为了监测条件，可以在设计中包括电位器和lvdt等传感器。这些数据可以用于调整下游的阀门或其他设备。波纹管也可以作为一个传感元件，其中体积变化改变长度或置换波纹管内的液体。
材料
由于波纹管全金属结构，工程师可以选择确保介质兼容性而不受温度限制的材料。钛是航空航天工程师的首选金属，每一盎司都对整体设计至关重要。虽然低端的温度范围是有限的，但钛波纹管可以用于有温度控制区域的飞机内部。它是理想的应用要求高强度，轻量化的结构，和媒体兼容性。其他选择包括316L不锈钢，AM350，铬镍铁合金和哈氏合金。
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了下:航空+国防，设计世界的文章，波纹管，流体动力
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