近年来，从金属软管中派生出一个新的产品------薄壁波纹补偿器。它的主要部件也是波纹管。
同金属软管一样，它也是现代大型管路系统中的一个重要组成部分。由于它刚刚脱颖而出，目前，还没有十分成熟的经验和独立而完整的理论。在这里，只是把已经掌握的一些情况作一简要的介绍。
波纹数和波形对位移性能的影响
波纹管的波纹形式很多，在实际工程应用中，必须根据不同使用场合选择不同的波形，以最大限度地发挥它的补偿效应。
波纹管的材料
前面已经讲过，人们可以用各种金属材料制作波纹管。对于用作补偿器的波纹管，尽管它与作金属软管本体的波纹管设计思想和工艺条件不同，但是，各国对其材料选用的观点还是比较一致的。
各国采用材料多以铬钼、铬镍不锈钢为主。由于这些材料具有较好的物理性能、化学性能和机械性能，又可满足一般工程的使用要求，所以，目前我们也大量采用铬钼、铬镍不锈钢材制作波纹管。
小通径的波纹管常用薄壁无缝管材加工；大通径的波纹管常用薄壁板材拼焊成圆筒，然后再加工；多层结构形式大通径或中等通径的波纹管，其内、外层是薄壁无缝管或薄壁板材拼焊的圆筒，而它们之间的若干层是薄壁板材卷制的、有缝而不焊接的多层圆筒。
采用 材料时，为了防止焊缝 近产生晶同腐蚀，可以进行焊后热处理，其规范是加热到1080~1150C，水淬。同时，该材料不宜在450~800C条件下使用。如果采用 材料制作波纹管，可在-196~+600C条件下长期使用而无需进行焊后热处理。
波纹管几何参数的确定
波纹管几何参数确定的原则是以其使用条件不同而异。在给定内径的情况下，首先要考虑的是波纹管外径与内径之比C值。日本富士深沟型波纹管的C值最大为1。85，英国德丁顿（HYDROFLEX）深波波纹管的C值最大为1。84，我国仪器仪表工业总局规定：深波波纹管的C值在1。6~2。0之间；浅波波纹管的C值在1。6以下。这些都是对制作感测元件的波纹管而言的。既不可照搬，也不可挪用。对于用作通径为40~400毫米的用作补偿器的波纹管来讲，C值只能控制在1。12~1。42范围之间。
一般来讲，C值的确定，应以内径d值增大而增大，因为波纹管承载能力随d值的增大和C值的增大而减小。所以，为了获得所需要的承载能力和其它相关的性能，当d值班增大到一定值时，C值应随着d值的增大而减小。外径是导出参数，在d值和C值确定之后算出。
波距是指相邻两个波纹之间的距离。波距大小随着波纹管外径的增加而增加，它所占波纹管外径的百分比则随着外径的增加而减少。因此，据国外有关资料的统计结果，某些书刊推荐波距按照波纹管外径一定的百分比确定（即波距T为外径D的8~12%）。我们则认为：对于用作补偿器的波纹管来讲，这个百分比是不适宜的。因为波纹管波距的确定，不仅与波纹管的外径有关，它与波纹管的内径、壁厚也有着一定的关系。在一定的条件下要保证良好的补偿性能，就要严格地控制连接波峰半圆弧和波谷半圆弧的两个互相平行着的圆环膜片的环带宽度h。
实验证明：这个宽度应不小于波峰半圆弧与波谷半圆弧的两个半径之和，否则，补偿就可能依靠波峰半圆弧或波谷半圆弧的半径的变化来实现。这样，出现波纹管在超材料屈服极限的应力状态下工作的状况就不可避免，既不安全，又不可靠。
当然,该圆环膜片的环带宽度也不宜太大，原因有三：
①加工难度大，模具制造困难； ②承载能力低，容易失稳； ③使用范围窄，位移补偿量小。
因此，我们规定：波距T的具体范围必须控制在2/3~1倍的波纹高度之间。
试验结果表明：当波峰半圆弧内半径与波谷半圆弧半径比值为1时，波纹管的纵向刚度和应力均为最小；费奥多谢夫刚度理论又证明了“U”形波纹管具有最佳的灵敏度。我们认为，这是所有薄壁波纹管的共性，因此，研究用作补偿器的波纹管，应在确定波距T的基础上，导出波峰半圆弧的半径 和波谷半圆弧的半径 及波纹宽度B的公式为
波纹管壁厚度的计算
薄壁波纹补偿器的显著特点就是壁薄。壁薄的程度与通径的大小呈一定的比例关系。通径在40~400毫米范围内的波纹管，壁厚与通径最大比值不得大于1/200~1/150。一般情况下有：
公式没有给出管壁厚度δ的下限值，是否说明允许它任意小呢？波纹管管壁厚度越小，位移补偿量越大，弹性也越好。但是，波纹管管壁厚度越小，它的临界载荷就越低，工作压力就受到限制。因此说，波纹管管壁厚度δ值不可任意小，应是有限度的，即必须建立在工程实用的基础之上。
众所周知，薄壁压力管道轴向剖面上的应力是直径与轴向长度构成面积上的总的载荷同两倍的管壁厚度与其轴向长度的乘积之比：
但是，薄壁波纹管与一般薄壁光滑管不同，前者的径向上刚度远比后者大得多。同时，前者实际的轴向长度也远比后者大得多。如前所述，波纹管外径与内径的比值C=1。12~1。42；波距T值介于2/3~1倍的波纹高度 之间。因此，可推导出，有效波纹长度与所有波纹的实际展开长度之比值在0。389~0。280之间。
波纹管的加强措施
从试验结果看来，由薄壁板材拼焊成圆筒后加工而成的用作补偿器的波纹管，其焊缝强度是比较高的，焊缝处强度一般大于或等于母材强度的0。8倍，部分没有或很少有焊接缺陷存在的试件，它们的比值等于1。能否以此为据，给一定的安全系数就可用在较高工作压力的场合呢？不能！
波纹管的结构特点说明了它们在径向上的刚度远比坯料高得多，而轴向上的刚度却远比坯料低地多。在载荷较大的工作状态下，尽管其强度是足够的，径向上刚度是有富余的，但轴向上的刚度却不一定满足使用要求。在第三章3。4节中，我们已对波纹管的稳定性作过分析：失稳是破坏的前兆。从波纹管临界载荷公式可以看出，提高波纹管稳定性的方法有三：
①加大管壁厚度； ②降低外径与内径之比值； ③减少有效波纹数，扩大其细长比。
但是，过分地加大管壁厚度，降低外径与内径之比值，结果使其刚性增大，但柔性却有所下降，这不符合薄壁波纹补偿器的有关规定；过分地减少有效波纹数，扩大其细长比，又使其无法满足一定补偿量的使用要求。这样，迫使我们从外部因素去考虑，即用内衬套、外护套、波谷加强环或复合结构等方式提高用作补偿器波纹管的稳定性。
凡是采用内衬套或外护套结构形式的补偿器，由于径向上间隙很小，所以一般不用其承受横向和角方向的位移，只用来作为管道的轴向补偿。凡是采用波谷加强环结构形式的波纹补偿器，其轴向、横向、角方向的位移补偿量，均需根据其具体的几何尺寸计算。
波纹管波形为图4-2 所示时，内衬套一端与波纹补偿器一端的厚壁光滑管固接，另一端则呈自由状态。自由端于补偿的相对位移量必须大于额定补偿量，一般控制在1。2~1。5倍。同理，波纹管波形为图4-2 所示时，波纹管波形为图4-2 所示时，内衬套自由端的常态位置应在厚壁光滑管轴向长度的1/2处。
带外护套波纹管的结构设计，原理同上。为随时掌握波形变化的情况，可在外护套上加工一个椭圆形孔，作为观察窗。
波谷加强环截面必须设计为“ ”形，以保证波纹管的位移特性，其几何尺寸的大小应视波形和补偿量的要求而定。将它作为半环，大通径的可用螺栓拧合；小通径的可以用弹性卡簧将半环合为一体。
与外护套一样，波谷加强环在波纹管的外表面，它们与内衬不同，不与工作介质接触。因此，不一定也用不锈钢材料制作，从国外的一些产品看来，它们多用铸铁、碳钢、铝合金等材料制作。
所谓复合式结构就是在同一个补偿器上布局两个波纹管。它们用一段短的厚壁光滑管串接起来，通过拉杆、铰链或专用外护套控制其最大位移量。这样，在径向轮廓尺寸不变、轴向长度稍长一点的情况下，可以十分方便地得到相当于一般补偿量两倍或几倍的补偿量。它没有减少每段波纹管的有效波纹数，也没有扩大其细长比，但是，同样达到了大补偿量的要求，还不产生失稳现象。这是从外部加强的又一种方法。
1/13/2011
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