CN103148311B - 球壳式万向角膨胀节 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种球壳式万向角膨胀节，属于流体输送管路技术领域。该膨胀节包括相互连通的第一接管和第二接管，所述第一接管和第二接管的外圆分别径向延伸出第一环状立板和第二环状立板，所述第一环状立板和第二环状立板分别相对轴向延伸出第一外管和第二外管，所述第一接管和第二接管之间以及所述第一外管和第二外管之间，分别通过波纹管或通过相配组装构成球铰结构的空心球体和球壳连接。本发明的球壳式万向角膨胀节具有各向承力能力强、承压密封性好、安全可靠、转动灵活、结构紧凑、应用场合广泛的显著优点。

Description

球壳式万向角膨胀节

技术领域

本发明涉及一种万向角膨胀节，尤其是一种球壳式万向角膨胀节，属于流体输送管路技术领域。

背景技术

万向角膨胀节可以吸收任意方向角位移，两件以上的万向角膨胀节的组合可以吸收管线任意方向的位移并承受波纹管产生的轴向压力推力，因此作为管路附件，已经广泛应用于石化、冶金、电力、热网等行业的管路系统中。

现有此类产品主要有两种，一种是类似十字万向节的单件万向角膨胀节（参见GB/T12777-2008），主要由矩形或圆形万向环、销轴、铰链等构成。另一种是类似球铰头的填料函式球形补偿接头（参见GB/T12465），主要由球壳、球体、压盖及密封圈等构成，申请号为85201754.5、200520092938.7、200720307200.7的中国专利申请均为球形补偿接头基础上的改进。

上述现有技术中，前者存在承力性能较差、尤其横向载荷承受能力弱；轴向载荷较大时，万向环刚性不足，挠度变形大等缺点，而且万向角膨胀节的承压密封功能仅靠波纹管实现，一旦波纹管失效泄漏，介质即会泄出，导致严重后果。

后者未能将万向接头与波纹管结合。200520092938.7主要针对铝冶炼排烟管道上绝缘管和伸缩管是两段管、抗变形性差、占用空间大的缺点，其结构中只简单将球形接头与波纹管串接为一体，球形接头起到绝热管的作用，波纹管起到伸缩管作用。由于波纹管是柔性软连接，所以该结构不能承受压力推力，压力推力将传递给两侧管系支架或设备承受，因此该结构只适用于微压或低压场合；并且球形接头只能承受球壳压向球体的单向压力，相反方向的拉力需要借助紧固件承受，由于受限于紧固件，因此不能自如吸收任意方向的角位移；因为是串接方式，因此球形接头或波纹管其中任意一个发生泄漏，系统即泄漏失效，所以系统可靠性并无改观。

85201754.5和200720307200.7属于套筒类补偿器，是在填料函式球形补偿接头基础上的改进，85201754.5主要解决大直径、大折曲角问题，属于原有技术方案的延伸；200720307200.7主要解决填料腔的粉尘类结垢卡死和橡胶高温老化问题。这两种结构均存在球面填料密封容易泄漏、使用中需要经常更换，维护不方便等缺点，只适用于微压或低压场合，在高温、易燃易爆、有毒、腐蚀等介质场合不能使用。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的缺点，提出一种各个方向承力能力强、承压密封性好、转动灵活的球壳式万向角膨胀节。

为了达到以上目的，本发明的球壳式万向角膨胀节基本技术方案是：包括相互连通的第一接管和第二接管，所述第一接管和第二接管的外圆分别径向延伸出第一环状立板和第二环状立板，所述第一环状立板和第二环状立板分别相对轴向延伸出第一外管和第二外管，所述第一接管和第二接管之间以及所述第一外管和第二外管之间，分别通过波纹管或通过相配组装构成球铰结构的空心球体和球壳连接。

本发明进一步的完善是，所述球体与球壳之间设置环状密封件，所述密封件宜采用减摩材料制成，从而确保密封效果，并减小相对转动的摩擦力。

本发明又进一步的完善是，所述球铰结构上设有偏转角度限位调节装置，所述偏转角度限位调节装置主要由球壳中部的圆孔、球体对应所述圆孔位置固定的内螺栓以及旋拧在内螺栓上的调节螺母构成。该装置可以将波纹管的角位移限制在既满足使用要求又安全的范围内。

本发明更进一步的完善是，所述第一接管和第二接管之间通过内衬的导流筒相互插接连通。

本发明再进一步的完善是，所述波纹管和球铰结构之间的空腔内填充保温隔热材料，因而可以显著提高波纹管或球体与球壳的温度耐受力，提升其高温技术性能。

本发明另进一步的完善是，所述波纹管和球铰结构之间的空腔内充入预定压力的诸如惰性气体之类的无腐蚀气体，从而改善波纹管或球体与球壳小范围内的压力差，降低波纹管的应力水平。

本发明还进一步的完善是，所述环状立板上设置有与波纹管和球铰结构之间的空腔相通的压力监测报警装置，这样可以在第一时间监测到波纹管或球铰填料密封泄漏的信息，便于及时采取补救措施。

采用本发明的上述技术方案后，第一接管与第二接管之间形成直流通道，通过波纹管实现密封连接，第一接管、球体、球壳、第二接管四者通过球体与球壳的间隙配合，达到输送介质时，第一接管与第二接管间可以吸收任意方向的角位移。球体和球壳间产生与波纹管同步的角位移，由于受力均匀分布于球体与球壳的环形球状接触面上，因此大大增强了本发明万向角膨胀节承受轴向和横向力的能力；而且在轴向和横向力作用下，球体与球壳始终保持稳定的环形接触面，进而压紧用减摩材料制成的环状密封件，实现了多重密封。总之，本发明的球壳式万向角膨胀节具有各向承力能力强、承压密封性好、安全可靠、转动灵活、结构紧凑、应用场合广泛的显著优点。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明实施例一的结构示意图。

图2为本发明实施例二的结构示意图。

图3为图1实施例的局部放大图。

图4为图2实施例的局部放大图。

图5为图3、图4的A向放大视图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的球壳式万向角膨胀节如图1、图3所示，为一种球铰包在波纹管外的结构，其中相互连通的第一接管1和第二接管2通过内衬的导流筒8相对插接。第一接管1和第二接管2的外圆分别径向焊接延伸出加强筋加固的第一环状立板和第二环状立板。第一环状立板和第二环状立板分别相对轴向延伸出第一外管和第二外管。第一接管1和第二接管2之间通过波纹管3连通，第一外管和第二外管分别与相配组装构成球铰结构的空心球体4和球壳5固连，空心球体4和球壳5的球心优选位于波纹管3的几何中心A。

球壳5分成两半，组装时对合包裹球体4后两半焊接固连，球体4外表面与球壳5内表面间隙配合，接触面可涂润滑油。此外，本实施例还具有如下结构特点：

1）球体4的外表具有嵌入置密封件6的四道环槽，密封件采用减摩材料制成，从而进一步确保密封效果。减摩环状密封件6通常为橡胶、聚四氟乙烯、柔性石墨等，波纹管3可以为任意波形，必要时在波峰或波谷处设置加强环。

2）球铰结构的球壳5中部开有圆孔（参见图5），球体4的对应位置中央固定旋拧调节螺母10和锁紧螺母11的内螺栓9，构成偏转角度限位调节装置。根据需要，更换不同规格的调节螺母再借助锁紧螺母锁定，可以在一定范围内改变球壳式万向角膨胀节的转角限位，从而将波纹管的角位移限制在适用安全的范围。并且圆孔处固定刻度标尺12，标尺与孔沿重合处即为角度读数，可以直观反映球壳式万向角膨胀节的角位移。

3）波纹管和球铰结构之间的空腔内填充保温隔热材料7，因此具有良好的高温性能，并降低波纹管的应力。保温隔热材料可以是硅酸铝纤维毯、纤维棉等，同时通过管嘴I给空腔充入一定压力的惰性气体或其它无腐蚀气体。

4）环状立板上设置有与波纹管和球铰结构之间的空腔相通的压力监测报警装置H，该装置由管嘴、连接管、截止阀、压力表、报警器、传感器组成，给报警器预先设置一定的压力报警值，超过即自动报警。

本实施例的第一接管1、波纹管3、第二接管2三者固连密封形成第一承压腔，相互之间可以自如角向位移，第一接管1、球体4、球壳5、减摩环状密封件6、第二接管2利用填料密封形成第二承压腔，相互之间可以自如角向位移。第一承压腔内部通介质压力，外部接通第二承压腔，第二承压腔外部与大气相通，从而构成了球壳式万向角膨胀节。

实施例二

本实施例的球壳式万向角膨胀节如图2、图4所示，为一种波纹管包在球铰外的结构，与实施例一的主要区别是第一外管和第二外管之间通过波纹管连通，第一接管1和第二接管2分别与相配组装构成球铰结构的空心球体4和球壳5固连（本实施例中的第二接管2通过第二外管与球壳5固连，也可以直接与球壳5固连）。

工作时，第一接管1、第二接管2分别与现场管道连接，球壳式万向角膨胀节输送管道介质的同时，通过波纹管3的柔性可以吸收任意方向角位移，球体4外表面与球壳5内表面间隙配合，且球心位置与波纹管几何中心重合于A点，实现了球体4和球壳5与波纹管3的同步角位移。

实践证明，以上实施例不仅可实现传统万向角膨胀节所有技术性能，更具有各个方向承力能力强、承压密封性好、安全可靠、转动灵活、结构紧凑、应用场合广泛的特点。球体4与球壳5实现了与波纹管3发生同步角位移的同时，承力和双重密封的效果，当输送高危介质时，可以防止波纹管3万一失效泄漏后高危介质冲出形成直接伤害，球体4与球壳5放置于波纹管3外侧，还可以有效防护波纹管3免遭碰撞伤害，大大提高了产品安全性。实施例一尤其适用于高压场合，通过给波纹管和球铰间空腔内充入一定压力的惰性气体或其它无腐蚀气体可以降低波纹管应力水平，提升安全可靠性。实施例二尤其适用于高温、腐蚀介质场合，通过给波纹管和球铰间空腔内填充保温隔热材料可以显著提高波纹管的温度耐受力，提升其高温技术性能，而球铰的密封保护结构可以减小腐蚀性介质对波纹管的危害。

除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，如：根据轴向受力方向不同，可以将球壳5只保留少量球面，或者将球体4只保留少量球面；球体4和球壳5接触面处可以根据减摩环状密封件6选择灵活的装填结构等。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种球壳式万向角膨胀节，包括相互连通的第一接管和第二接管，其特征在于：所述第一接管和第二接管的外圆分别径向延伸出第一环状立板和第二环状立板，所述第一环状立板和第二环状立板分别相对轴向延伸出第一外管和第二外管；所述第一外管和第二外管之间通过波纹管连接，所述第一接管和第二接管之间通过相配组装构成球铰结构的空心球体和球壳连接；所述空心球体和球壳的球心位于所述波纹管的几何中心；所述球体与球壳之间设置环状密封件；所述球铰结构上设有偏转角度限位调节装置，所述偏转角度限位调节装置主要由球壳中部的圆孔、球体对应所述圆孔位置固定的内螺栓以及旋拧在内螺栓上的调节螺母构成。

2.一种球壳式万向角膨胀节，包括相互连通的第一接管和第二接管，其特征在于：所述第一接管和第二接管的外圆分别径向延伸出第一环状立板和第二环状立板，所述第一环状立板和第二环状立板分别相对轴向延伸出第一外管和第二外管；所述第一接管和第二接管之间通过波纹管连接，所述第一外管和第二外管之间通过相配组装构成球铰结构的空心球体和球壳连接；所述空心球体和球壳的球心位于所述波纹管的几何中心；所述球体与球壳之间设置环状密封件；所述球铰结构上设有偏转角度限位调节装置，所述偏转角度限位调节装置主要由球壳中部的圆孔、球体对应所述圆孔位置固定的内螺栓以及旋拧在内螺栓上的调节螺母构成。

3.根据权利要求1或2所述的球壳式万向角膨胀节，其特征在于：所述第一接管和第二接管之间通过内衬的导流筒相互插接连通。

4.根据权利要求3所述的球壳式万向角膨胀节，其特征在于：所述波纹管和球铰结构之间的空腔内填充保温隔热材料。

5.根据权利要求4所述的球壳式万向角膨胀节，其特征在于：所述波纹管和球铰结构之间的空腔内充入预定压力的无腐蚀气体。

6.根据权利要求5所述的球壳式万向角膨胀节，其特征在于：所述环状立板上设置有与波纹管和球铰结构之间的空腔相通的压力监测报警装置。