一种能补偿轴向位移的约束型波纹管膨胀节的制作方法

本发明涉及膨胀节技术领域，具体说的是一种能补偿轴向位移的约束型波纹管膨胀节。

背景技术：

为避免非平衡型波纹管膨胀节产生的压力推力作用于设备上，造成设备基座损坏，影响设备正常工作，通常选用约束型或直管压力平衡型波纹管膨胀节，用以约束或平衡压力推力。现有的常规约束型波纹管膨胀节有铰链型和复式拉杆型两种。铰链型式的膨胀节（图1）由波纹管、端管和一组约束结构件组成，主要用于吸收角向位移并能够约束波纹管的压力推力。拉杆型膨胀节（图2）由工作波纹管、端管和一组约束结构件组成，主要用于吸收横向位移并能够约束波纹管的压力推力。

现有的直管压力平衡型波纹管膨胀节常规型式分外压和内压两种。外压型式的直管压力平衡型膨胀节（图3）由一组工作波纹管和一组平衡波纹管组成，主要用于吸收轴向位移并能够平衡波纹管的压力推力。内压型式的直管压力平衡型膨胀节（图4）由两个工作波纹管和位于中间的一个平衡波纹管及拉杆、端板等结构件组成，主要用于吸收轴向位移并能够平衡波纹管的压力推力。

常规结构约束型波纹管膨胀节仅能补偿角向位移和横向位移，无法对轴向位移进行补偿，而采用平衡型波纹管膨胀节补偿轴向位移，平衡压力推力，需要增设一组平衡波，同时增加相应的约束结构件，造成膨胀节整体外径过大，设备重量较重，制造成本相对较高。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种能补偿轴向位移的约束型波纹管膨胀节，解决了常规约束型波纹管膨胀节不能补偿轴向位移、直管压力平衡型波纹管膨胀节外径过大、重量较重、制造成本高的问题。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种能补偿轴向位移的约束型波纹管膨胀节，包括第一法兰、波纹管、第二法兰和约束构件，波纹管的两端分别焊接有第一法兰和第二法兰，多组约束构件按圆周方向均布在波纹管的外侧，在第一法兰上开设有多组等径设置的第一补偿腔，第一补偿腔的一端与膨胀节内腔连通，另一端与外部空气连通，在第一法兰的内端面上还开设有与第一补偿腔相连通的第一位移补偿滑动口，在第二法兰上开设有多组等径的第二补偿腔，在第二法兰的内端面上还开设有与第二补偿腔相连通的第二位移补偿滑动口；第一补偿腔和第二补偿腔一一对应设置，第一补偿腔和第二补偿腔均向膨胀节中部倾斜，在每组对应设置的第一补偿腔和第二补偿腔之间设有一个约束构件；

所述的约束构件包括第一活塞、第二活塞和拉杆，第一活塞滑动配合设置在第一补偿腔内，第二活塞滑动配合设置在第二补偿腔内，拉杆倾斜设置，拉杆的一端穿过第一位移补偿滑动口后与第一活塞相连接，拉杆的另一端穿过第二位移补偿滑动口后与第二活塞相连接；

上述膨胀节满足：，式中，a为第一活塞的横截面积；ac为波纹管有效面积；n为约束构件的总数量；α为第一补偿腔和第一法兰平面夹角、第二补偿腔和第二法兰平面夹角、拉杆与第一法兰轴线夹角、以及拉杆与第二法兰轴线夹角。

第一活塞的截面为圆形。

第二活塞的截面为圆形。

第一补偿腔与膨胀节内腔连通的一侧内的第一活塞上套设有密封圈。

本发明有益效果是：用了一种新型约束结构，可以对轴向位移进行补偿，约束波纹管产生的压力推力。一种能补偿轴向位移的新式约束型膨胀节可补偿轴向位移，约束压力推力，同时具备结构简单，安全可靠的特点。

附图说明

图1为铰链型式的膨胀节的结构示意图；

图2为拉杆型膨胀节的结构示意图；

图3为外压型式的直管压力平衡型膨胀节的结构示意图；

图4为内压型式的直管压力平衡型膨胀节的结构示意图；

图5为本发明的结构示意图；

图6为本发明的膨胀节轴向压缩位移补偿方式示意图；

图7为本发明的膨胀节轴向拉伸位移补偿方式示意图；

图8为本发明的另一种结构示意图；

图中：1、第一法兰，2、约束构件，3、第二法兰，4、波纹管，5、第一端管，6、第二端管，2-1、第一活塞，2-2、第一补偿腔，2-3、第一位移补偿滑动口，2-4、拉杆，2-5、第二活塞，2-6、第二补偿腔，2-7、第二位移补偿滑动口，2-8、密封圈。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的方案，下面结合本发明示例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例仅仅是本发明的一部分示例，而不是全部的示例。基于本发明中的示例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施方式都应当属于本发明保护的范围。

在本实施方式的描述中，术语“内”、“外”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区别类似的对象，而不能理解为特定的顺序或先后次序，应该理解这样的使用在适当情况下可以互换。

如图5所示，一种能补偿轴向位移的约束型波纹管膨胀节，包括第一法兰1、波纹管4、第二法兰3和约束构件2，波纹管4的两端分别焊接有第一法兰1和第二法兰3，多组约束构件2按圆周方向均布在波纹管4的外侧，在第一法兰1上开设有多组等径设置的第一补偿腔2-2，第一补偿腔2-2的一端与膨胀节内腔连通，另一端与外部空气连通，在第一法兰1的内端面上还开设有与第一补偿腔2-2相连通的第一位移补偿滑动口2-3，第一位移补偿滑动口2-3的长度满足补偿轴向位移的距离，在第二法兰3上开设有多组等径的第二补偿腔2-6，在第二法兰3的内端面（接近膨胀节中心的一面）上还开设有与第二补偿腔2-6相连通的第二位移补偿滑动口2-7；第一补偿腔2-2和第二补偿腔2-6一一对应设置，第一补偿腔2-2和第二补偿腔2-6均向膨胀节中部倾斜，两个腔的倾斜角度相同，在每组对应设置的第一补偿腔2-2和第二补偿腔2-6之间设有一个约束构件2。

约束构件2包括第一活塞2-1、第二活塞2-5和拉杆2-4，第一活塞2-1滑动配合设置在第一补偿腔2-2内，第二活塞2-5滑动配合设置在第二补偿腔2-6内，拉杆2-4倾斜设置，拉杆2-4的一端穿过第一位移补偿滑动口2-3后与第一活塞2-1相连接，拉杆2-4的另一端穿过第二位移补偿滑动口2-7后与第二活塞2-5相连接。

第一补偿腔2-2和第一法兰1平面夹角、第二补偿腔2-6和第二法兰3平面夹角、拉杆2-4与第一法兰1轴线夹角、以及拉杆2-4与第二法兰3轴线夹角相等，保证位移补偿时的正常运动。

约束原理：工作状态下，膨胀节两端法兰与管系连接，膨胀节内部充满压力为p的介质，同时介质进入第一法兰1的第一补偿腔2-2。如图5所示。为实现压力推力约束，一种压力约束型波纹管膨胀节结构须满足下列关系式:

式中：

a为第一活塞2-1的横截面积；

ac为波纹管有效面积（详见gb/t12777-2008标准）；

n为约束构件2的总数量；

α为第一补偿腔2-2和第一法兰1平面夹角、第二补偿腔2-6和第二法兰3平面夹角、拉杆2-4与第一法兰1轴线夹角、以及拉杆2-4与第二法兰3轴线夹角。

压力推力作用于第一法兰1和第二法兰3，第一法兰1和第二法兰3同时受到2约束构件的作用力，且该作用力的合力与压力推力大小相等方向相反，从而能够约束压力推力。无论膨胀节在原始位置，还是任何轴向变形位置，压力推力始终处于被约束的状态。

第一活塞2-1的截面为圆形，同理，第一补偿腔2-2为圆柱腔。

第二活塞2-5的截面为圆形，同理，第二补偿腔2-6为圆柱腔。

第一补偿腔2-2与膨胀节内腔连通的一侧内的第一活塞2-1上套设有密封圈2-8。第一活塞2-1开设有用于安装密封圈的密封环槽，密封圈的安装方向即是贴近与膨胀节内腔相连通的方向。

如图8所示，第一法兰1和第二法兰3分别安装在与波纹管相连接的第一端管5和第二端管6上，其它结构与图5结构相同，也可实现轴向位移补偿。

位移补偿方式：

（1）发生轴向压缩位移：管道发生位移，压缩第一法兰1、第二法兰3向膨胀节中部移动，为满足变形协调条件，第一法兰1和第二法兰3将推动第一活塞2-1、第二活塞2-5沿密封腔同向移动，压力推力始终由拉杆2-4承受。管道内和第一补偿腔2-2、第一活塞2-1、密封圈2-8构成的空腔内充满压力为p的介质；第二法兰3密封腔、第二活塞2-5构成的空腔内为无压的空气。根据上述约束原理，移动过程中和到达位移位置压力推力始终保持被约束的状态。如图6所示。

（2）发生轴向拉伸位移：管道发生位移，拉伸第一法兰1、第二法兰3向膨胀节中部移动，为满足变形协调条件，第一法兰1和第二法兰3将推动第一活塞2-1、第二活塞2-5沿密封腔同向移动，压力推力始终由拉杆承受。管道内和第一补偿腔2-2、第一活塞2-1、密封圈2-8构成的空腔内充满压力为p的介质；第二法兰3密封腔、第二活塞2-5构成的空腔内为无压的空气。根据上述约束原理，移动过程中和到达位移位置压力推力始终保持被约束的状态。如图7所示。