一种用于大通径管路补偿的新型复式万向铰链型膨胀节的制作方法

本发明属于管道补偿领域，所发明为一种用于大通径管路补偿的新型复式万向铰链型膨胀节。

背景技术：

在管道柔性补偿领域，常规复式万向铰链型膨胀节得到了广泛的应用，其可以补偿管道所产生的双向横向位移，结构件如主副铰链板、立板、十字销轴和销轴等构成万向铰链转动承力系统，约束管道中的压力推力。复式万向铰链型膨胀节可以补偿垂直于管路轴线方向，即y、z两方向的横向位移。主铰链板和十字销轴一起可以绕销轴相对副铰链板发生转动，同时主铰链板可以绕十字销轴销轴头相对副铰链板发生转动，膨胀节可以补偿垂直于管路轴线平面的横向位移。

常规设计的复式万向铰链型膨胀节沿对称方向设置了两组万向铰链转动承力系统，管道中的压力推力由两组万向铰链系统约束，其在管道通经dn1600以下得到了广泛的应用。随着炼油、石化等行业装置和管路趋于大型化，用于补偿横向位移的复式万向铰链型膨胀节在应用时，一个突出的缺点就是容易引起端管组件的椭圆化变形，缘于整体结构所承受的两个集中力载荷在圆周方向呈非均布分布。如果将铰链位置沿管道圆周标记为90°和270°，在大通径管路应用中，将在0°和180°位置处结构件将产生较大变形，同时端管组件呈现椭圆化，管径越大，变形越大，常规的设计是通过加宽加厚铰链板和立板来控制结构形变的。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于大通径管路补偿的新型复式万向铰链型膨胀节，通过整体改进设计，增加复式万向铰链转动结构，在大通径管路补偿中可以有效降低端管组件的变形量，降低立板、铰链板的厚度，在高温工况下膨胀节整体的使用寿命和安全性有较大提高。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种用于大通径管路补偿的新型复式万向铰链型膨胀节，四组复式万向铰链转动结构均匀分布设置在膨胀节圆周面外侧，复式万向铰链转动结构为具有两个实现相互垂直方向转动的铰链结构，复式万向铰链转动结构的两端固定设置在膨胀节两端的端管上。

本发明所述的四组复式万向铰链转动结构为相同形式结构或不同形式结构。

本发明所述的复式万向铰链转动结构包括两块立板、两组副铰链板组件一、两块相平行的主铰链板一、十字销轴一、销轴一、支撑销轴一和两块支撑板，副铰链板组件一由两块相平行的副铰链板一组成，副铰链板一和主铰链板一均沿径向设置并两者相互垂直设置，两块主铰链板一的两端分别夹持有一组副铰链板组件一，并通过十字销轴一与副铰链板组件一的一端铰接，副铰链板组件一的另一端与立板固定连接，两块立板分别固定在膨胀节两端的端管上，销轴一依次穿过上层的副铰链板一、十字销轴一和下层的副铰链板一，两块支撑板的一端与膨胀节固定连接，其另一端通过支撑销轴与二块主铰链板一分别铰接。

本发明所述的支撑板与主铰链板一的中心位置铰接。

本发明所述的复式万向铰链转动结构包括两组副铰链板组件二、两块相平行的主铰链板二、十字销轴二和销轴二，副铰链板组件二由两块相平行的副铰链板二组成，副铰链板二和主铰链板二均沿径向设置并两者相互垂直设置，两组副铰链板组件二的一端分别夹持在两块主铰链板二的两端外侧，并通过十字销轴二与两块主铰链板二的铰接，两组副铰链板组件二的另一端分别固定在膨胀节两端的端管上，销轴二依次穿过上层的主铰链板二、十字销轴二和下层的主铰链板二。

本发明所述的十字销轴一或十字销轴二均由中心为通孔的平板和平板两端的销轴头组成。

本发明所述的两块相平行的副铰链板二之间设有加强筋。

本发明有益效果是：通过结构的设计改进，使得端管组件在圆周方向上受力更加均匀，其椭圆化变形显著改善，同时单组万向铰链系统所承受的集中力水平下降了一半，改善了结构件的应力状态，膨胀节整体的使用寿命和安全性有较大提高。

附图说明

图1为常规复式万铰链型膨胀节；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的十字销轴一或十字销轴二的结构示意图；

图中：1.端管，2.环板，3.立板，4.副铰链板一，5.筋板，6.十字销轴一，7.主铰链板一，8.支撑销轴，9.支撑板，10.销轴一，11.中间管，12.波纹管，13.副铰链板二，14加强筋，15.销轴二，16.主铰链板二，17.十字销轴二，18.平板，19.销轴头。

具体实施方式

如图2所示，一种用于大通径管路补偿的新型复式万向铰链型膨胀节，膨胀节的通常结构包括两个通过中间管15进行串联的波纹管9，以及连接在两个波纹管9另一端的端管1，以管道截面圆周方向四等分标记为0°、90°、180°，270°为例，在膨胀节的上方即90°和下方即270°分别对称设置可同时沿y轴、z轴转动的复式万向铰链转动结构，并由鞍座对主铰链板通过支撑板对中间管进行约束，防止其出现失稳，复式万向铰链转动结构的两端固定设置在膨胀节两端的端管1上，其可约束管道中的压力推力。在膨胀节的前方即0°和后方即180°分别对称设置另外两组新型复式万向铰链转动结构，其两端固定设置在膨胀节两端的端管1上，同样具有约束管道压力推力的作用，两种形式的复式万向铰链转动结构在沿轴线方向上的转动保持一致，均可实现对y轴、z轴的单向转动和组合转动，四组复式万向铰链转动结构呈交错均匀排布设置在膨胀节圆周面外侧，每两组间呈沿圆周方向90°分布。

为了改善复式万向铰链型膨胀节在大管径应用端管组件的椭圆化变形，降低万向铰链系统的应力状态，打破传统设计思路思维定势，新设两套铰链系统，即在0°和180°位置新增两组万向铰链转动承力系统。经过结构改进后，对于大管径的膨胀节端管组件而言，沿着管道圆周方向存在四个集中力来约束压力推力，布置位置为0°、90°、180°和270°，相比较常规万向铰链膨胀节端管受力更加均匀，因而端管组件的椭圆化变形显著改善。另一方面，单组万向铰链系统所承受的集中力水平为之前的一半，改善了结构件的应力状态，提高了膨胀节结构设计的安全性。

复式万向铰链转动结构有两种形式，该两种形式可交叉使用，或统一使用某一形式。

复式万向铰链转动结构形式一：

复式万向铰链转动结构包括两块立板3、两组副铰链板组件一、两块相平行的主铰链板一7、十字销轴一6、销轴一10、支撑销轴一10和两块支撑板9，副铰链板组件一由两块相平行的副铰链板一4组成，副铰链板一4和主铰链板一7均沿径向设置并两者相互垂直设置，两块主铰链板一7的两端分别夹持有一组副铰链板组件一，并通过十字销轴一6与副铰链板组件一的一端铰接，十字销轴的平板18平行设置在两块副铰链板一之间，十字销轴的销轴头19分别与一块主铰链板一7铰接，副铰链板组件一的另一端与立板3固定连接，两块立板3分别固定在膨胀节两端的端管1上，销轴一10依次穿过上层的副铰链板一4、十字销轴一6的平板上的通孔和下层的副铰链板一4，两块支撑板9的一端与中间管11连接，其另一端通过支撑销轴8与二块主铰链板一7分别铰接。

支撑板9与主铰链板一7的中心位置铰接。

复式万向铰链转动结构形式二：

所述的复式万向铰链转动结构包括两组副铰链板组件二、两块相平行的主铰链板二16、十字销轴二17和销轴二15，副铰链板组件二由两块相平行的副铰链板二13组成，副铰链板二13和主铰链板二16均沿径向设置并两者相互垂直设置，两组副铰链板组件二的一端分别夹持在两块主铰链板二16的两端外侧，并通过十字销轴二17与两块主铰链板二16的铰接，十字销轴的平板18平行设置在两块主铰链板二之间，十字销轴的销轴头19分别与一块副铰链板二铰接，两组副铰链板组件二的另一端分别固定在膨胀节两端的端管1上，销轴二15依次穿过上层的主铰链板二16、十字销轴二17的平板上的通孔和下层的主铰链板二16。

两块相平行的副铰链板二13之间设有加强筋14。

如所2所示，一种用于大通径管路补偿的新型复式万向铰链型膨胀节由端管1、环板2、立板3、副铰链板一4、筋板5、十字销轴一6、主铰链板一7、支撑销轴8、支撑板9、销轴一10、中间管11、波纹管12、副铰链板二13、加强筋14、销轴二15、主铰链板二16、十字销轴二17组成，副铰链板二13、加强筋14、销轴二15、主铰链板二16、十字销轴二17构成另一组万向铰链转动承力系统。

主铰链板一7和十字销轴一6一起绕销轴一10相对副铰链板一4发生转动时，对应新增铰链系统的变形形式为：主铰链板二16和十字销轴二17一起绕十字销轴二17销轴头相对副铰链板二13发生转动；主铰链板一7绕十字销轴一6销轴头相对副铰链板一4发生转动时，对应新增铰链系统的变形形式为：主铰链板二16绕销轴二15相对副铰链板二13发生转动。

新发明的实施例膨胀节相比较常规复式万向铰链膨胀节，端管组件在圆周方向上受力更加均匀，结构件的受力变形及端管组件的椭圆化变形显著改善，同时单组万向铰链系统所承受的集中力水平下降了一半，改善了结构件的应力状态，膨胀节整体的使用寿命和安全性有较大提高。