1．引言
随着工业水平的不断提高，对于阀门的密封性和可靠性要求越来越高，密封失效在可能造成重大人员伤亡事故和巨大经济损失的同时，还会造成环境污染，因此波纹管阀门由于具有双重密封功能，其使用领域越来越广。但随着压力的提高，对波纹管元件的耐压和伸缩量提出了更高要求。
2．高压波纹管阀门的设计、特点及工作原理
2．1 设计
高压波纹管阀门主要由阀体、闸板(阀瓣)、阀座、波纹管组件、阀盖接管组件、立柱、横梁、阀杆螺母等组成。波纹管组件由金属波纹管、填料函和波纹管座三体焊接而成；阀盖接管组件由法兰和接管两件焊接而成；波纹管组件中的填料函与阀盖焊接连接，波纹管座则与下阀杆焊接连接；阀体与阀盖接管组件也采用焊接连接。高压波纹管闸阀具体结构见图1，高压波纹管截止阀具体结构见图2。
2．2 特点
阀门一般有两个外漏点，一是阀体阀盖联接处，二是填料密封处。为了解决高压状态下这两个外漏点的密封问题，我们采取了下列措施。
2.2.1 阀体阀盖采用了焊接连接
在中低压状态下，阀体阀盖一般采用中法兰螺栓联接，如果发生泄漏，由于是静密封，紧紧螺栓或更换密封垫片即可解决。但高压状态下中法兰螺栓联接就不可靠了，我们采用了两种结构来解决这一问题：
(1)焊接结构，在完成各项试验并合格后将阀盖接管和阀体焊接为一体，解决阀体阀盖联接处的泄漏问题，如图1所示；
(2)螺栓连接预留焊唇结构，在阀体阀盖中法兰连接处各预留一个焊唇，当中法兰连接处出现泄漏时可将焊唇处焊接，以解决泄漏问题，如图2所示。
2．2．2双重密封设计
填料密封处由于阀杆与填料之间有相对运动，属于动密封，采用紧固螺栓、增加或更换填料的方法只能暂时解决泄漏问题，尤其是在高压状态下，填料密封更成为一个难题。波纹管阀门采用波纹管加填料双重密封结构，波纹管为主密封，填料只有在波纹管失效后才起密封作用，所以可以有效解决填料密封处的泄漏问题，由于波纹管组件分别与阀盖及下阀杆焊接连接，介质被隔阻在下阀杆和填料函之外，不会进入填料函。
2．2．3 波纹管元件结构参数设计及选材
高压状态时对波纹管元件的要求很高，同时，由于阀门有启闭高度要求，尤其是闸阀启闭高度很长，所以要求波纹管元件的行程很长。目前国内波纹管元件一般采用“U”形结构，高压波纹管采用多层压在一起，以满足耐压要求，这样波纹管元件的升缩量就小，为了满足阀门开启高度，波纹管元件就会很长。针对这一问题，我们与国外供应商共同设计了波纹管元件，采用“Ω”形结构，同时加大了波纹管元件的波形高度，有效增加了波纹管元件的升缩量，减小了波纹管元件长度，从而大大降低了阀门整机高度。
下面以2″波纹管闸阀为例，800Lb级采用“U”形结构波纹管元件，1500Lb级采用“Ω”形结构波纹管元件，两者主要参数对照见表1。
| 阀门规格 | 开启高度 | 压力级 | 结构 | 材料 | 外径 | 内径 | 波形高度 |
| 2″ | 42 | 800Lb | U形 | 1Cr18Ni9Ti | 39 | 28 | 5.5 |
| 2″ | 42 | 1500Lb | Ω形 | Inconel625 | 48 | 34 | 7 |
| 阀门规格 | 波距 | 波数 | 层数 | 单层壁厚 | 位移量 | 伸缩量 | 波纹部分长度 |
| 2″ | 5 | 76 | 4 | 0.25 | ±21 | 11% | 380 |
| 2″ | 5.74 | 61 | 5 | 0.30 | ±21 | 12% | 350 |
2．3 工作原理
按顺时针方向旋转手轮，通过阀杆螺母旋转带动上阀杆旋转并下行，上阀杆带动连接块及下阀杆下行，下阀杆带动闸板(阀瓣)下行，闸板(阀瓣)与阀座密封面吻合，阀门关闭，同时波纹管元件由于填料函与阀盖焊接连接，而波纹管座与下阀杆焊接连接，所以处于拉伸状态。反之阀门开启，波纹管元件处于压缩状态。
3．高压波纹管阀门的检验和试验
根据高压波纹管阀门的特点，除与其他阀门同样的检验和试验项目外，还须进行三部分检验和试验，一是对波纹管及波纹管组件(见图3)进行零部件检验，二是对波纹管组件与阀杆连接(见图4)焊后检验，三是进行波纹管阀门组装完成后的整机检验和试验。
3．1 波纹管及波纹管组件的检查和试验
波纹管及波纹管组件的检查和试验，分为出厂检验和型式检验，检验项目和顺序按表2的规定。检验条件除另有规定外，应在下列条件下进行检验：
(1)环境温度：5℃～40℃；
(2)湿度：20％～80％；
(3)大气压力：86kPa～106kP。
| 序号 | 检验项目 | 出厂检验 | 型式检验 | 检验方法 |
| 1 | 表面质量 | 必检 | 必检 | 在标准照明条件下，肉眼观察表面及外形，结果符合JB/T6169-1992中7.1、7.2规定。 |
| 2 | 几何尺寸 | 必检 | 必检 | 用分度值为0.02mm的卡尺或其精度相当的其他量具、仪器，检验波纹管几何尺寸，结果应符合图纸要求。 |
| 3 | 密封性能 | 必检 | 必检 | 用灵敏度为10-3mm3/s氦气的质谱仪泄漏试验装置，不得呈现可探测出的渗漏。 |
| 4 | 压力试验 | 不检 | 必检 | 在室温或38℃条件下，以1.5倍公称压力进行水压试验。 |
| 5 | 循环寿命 | 不检 | 必检 | 在室温或38℃条件下的公称压力下进行，加压方式同压力试验一样，循环频率不应超过每秒一次。结果应满足表3的规定。 |
波纹管和波纹管组件的检验和试验的合格判据：
(1)出厂检验中有不合格项的波纹管，为不合格品。
(2)型式检验样品数至少为三件，三件循环寿命试验，取最小值以计算出最小循环寿命；三件试验件均合格，则判定该规格产品的型式检验合格；三件中有一件不合格允许重新抽样一次；三件试验中有两件不合格则判定本次型式检验不合格。
| 阀门规格 | 最小循环寿命 | ||
| 闸阀 | 截止阀 | ||
| ≤800磅级的阀门 | ≤2″ | 2000 | 5000 |
| 2-1/2″～4″ | 2000 | 5000 | |
| >4″ | 1000 | 2000 | |
| >800磅级的阀门 | ≤2″ | 2000 | 2000 |
| 2-1/2″～4″ | 1000 | 2000 | |
| >4″ | 1000 | 1000 | |
注：我国有波纹管截止阀分等标准，一等品最小循环寿命为3000次，优等品为5000次。
3．2 波纹管组件与阀杆连接焊后检验
波纹管组件与阀杆采用氩弧焊接方法进行焊接后的密封性检验：用0.6Mpa的气体进行泄漏试验，试验持续时间为3min，在水槽中检查。
3．3 波纹管阀门组装完成后的整机检验和试验
波纹管阀门组装完成后的整机检验和试验按表4的规定。
| 序号 | 检验项目 | 检验方法 |
| 1 | 低压气密封试验 | 阀门关闭一半，用0.6MPa的试验介质对阀门内腔加压，再关闭阀门进行泄漏试验，试验介质为空气。 |
| 2 | 高压密封试验 | 关闭阀门，用公称压力的1.1倍的试验介质从进口端加压，试验介质温度为不高于52℃的水（可加防锈剂）。 |
| 3 | 阀门强度试验 | 关闭阀门一半，用公称压力的1.1倍的试验介质从进口端加压，试验介质温度为不高于52℃的水（可加防锈剂）。 |
| 4 | 氦质谱检漏试验 | 在标准大气压和20℃下，用灵敏度为10-6毫升氦/秒氦质谱泄漏试验装置对阀门进行抽真空，当阀门内的真空度达5Pa时，使用喷吹法将纯氦气依次对焊缝和阀体阀盖（铸件）、焊接坡口处进行检漏。 |
4．高压波纹管阀门的应用
高压波纹管阀门由于自身的结构特点，主要用于易燃、易爆、有毒、渗透性强、有核辐射等特殊介质和恶劣工况条件的工业管道上，因为它具有金属波纹管和填料双重密封，无外漏点，已广泛用于石油化工、核电、聚酯化纤、制药、航天工业等行业。近年来，随着人们对环保意识的加强，对环境有较高要求的场合也使用。下面简要介绍高压波纹管阀门的几种应用。
4．1 精对苯二甲酸(PTA)
主要用途：制氢系统。
阀门主要参数：手动波纹管闸阀，规格为1/2”～2”，设计压力等级为1500LB，壳体材料为316L,工作温度为0℃～400℃，介质为氢气，壳体材料为316L。
4．2 聚脂
主要用途：年产15～40万吨聚脂切片以及后纺丝项目中热媒站及聚合楼的热媒系统管道。
阀门主要参数：手动波纹管闸阀，公称直径为15～70Omm，设计压力等级为1.6～6.4MPa，壳体材料为A105、WCB，工作温度为0℃～325℃，介质为气相或液相氢化三联苯、对二甲苯。手动波纹管截止阀，公称直径为15～500mm。设计压力等级为1.6～4.0MPa，壳体材料为A105、WCB，工作温度为0℃～325℃，介质为气相或液相氢化三联苯、对二甲苯。
4．3 核电
主要用途：1000MW级核电站化学和容积控制系统及压水堆核电站主回路系统、安注系统、余热排除系统等。
阀门主要参数：手动波纹管截止阀，公称直径为50mm，设计压力等级为25.0MPa，最高工作压力等级为17.2MPa，阀体材料为不锈钢，最高工作温度为360℃，工作介质为反应堆冷却剂(含硼水)。
4．4 大型乙烯
主要用途：大型乙烯热油系统等。
阀门主要参数：波纹管截止阀，规格为1/2”～12”，设计压力等级为150Lb～800Lb；波纹管闸阀，规格为1/2”～8”，设计压力等级为150Lb～600Lb。
4．5 太阳能发电
主要用途：太阳能发电热油系统。
阀门主要参数：手动波纹管截止阀，公称直径为3/4”～6”．压力等级为300Lb～600Lb，阀体材料为碳钢，工作温度为230℃～390℃，介质为热油。
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