CN116972255A - 一种具有补偿与降噪功能的膨胀节 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有补偿与降噪功能的膨胀节，包括至少3个变形单元，第一变形单元端部连接端管，端管周向外侧设置环板，第一变形单元的波纹管周向外侧设置万向环，第一变形单元还包括第一万向铰链板，第一万向铰链板平行于膨胀节的轴向设置，第一万向铰链板的一端与环板连接，第一万向铰链板的另一端通过第一销轴与万向环连接，第一变形单元和第二变形单元通过中间管连接，第一变形单元的万向环和第二变形单元的万向环通过第二万向铰链板连接，第二万向铰链板平行于膨胀节的轴向。在波纹管的外面设置隔音网，隔音网与波纹管之间设置有隔热层；销轴与铰链板之间衬有非金属减摩套，提升波纹管的降噪隔音效果，实现受力结构件之间的声断路。
Description
技术领域
本发明涉及金属波纹管膨胀节领域，具体而言，涉及一种具有补偿与降噪功能的膨胀节，用于与动设备相连管路柔性补偿和隔音降噪。
背景技术
对于与泵、汽轮机等往复敏感动设备相连管路的除了对热胀冷缩位移进行补偿外，还需要采取措施进行减振降噪。
现有技术采用的措施是选用能够约束波纹管压力推力的约束型膨胀节位移补偿，其核心元件补偿元件金属波纹管采用多层薄壁结构，提高波纹管的柔性，降低往复敏感动设备管嘴的受力，同时位移补偿过程中，多层波纹管层与层之间的相对摩擦起到一定的隔音降噪作用。如图1～3所示，现有技术中选用的约束型膨胀节类型有复式拉杆型膨胀节、弯管压力平衡型膨胀节、直管压力平衡型膨胀节等，这些约束型膨胀节存在如下不足之处：振动噪音仍然通过膨胀节上约束波纹管压力推力的受力结构件拉杆传递，即膨胀节上的受力构件拉杆与膨胀节端管上的端板通过金属材质垫圈、螺母等相连，由于金属材料的刚性接触而造成了声断路，严重影响了管路系统的减振隔音效果。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种具有补偿与降噪功能的膨胀节，以解决现有技术中膨胀节补偿和隔音功能不佳、影响管路系统的减振隔音效果的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种具有补偿与降噪功能的膨胀节，包括至少3个变形单元，第一变形单元、第二变形单元和第三变形单元沿膨胀节轴向方向依次连接，所述第一变形单元端部连接有端管，所述端管周向外侧设置有环板，所述第一变形单元的波纹管周向外侧设置有万向环，所述第一变形单元还包括有第一万向铰链板，所述第一万向铰链板平行于膨胀节的轴向设置，所述第一万向铰链板的一端与所述环板连接，所述第一万向铰链板的另一端通过第一销轴与所述万向环连接，所述第一变形单元和第二变形单元通过中间管连接，所述第一变形单元和第二变形单元镜像对称，所述第一变形单元的万向环和第二变形单元的万向环通过第二万向铰链板连接，所述第二万向铰链板平行于膨胀节的轴向设置，在所述波纹管的外面设置隔音网，所述隔音网与所述波纹管之间设置有隔热层。
进一步的，在所述第一万向铰链板、第二万向铰链板和万向环的内孔装配具有减摩功能的减摩套，所述减摩套与所述第一销轴的接触面之间形成减摩摩擦副。
进一步的，在所述第一万向铰链板、第二万向铰链板、万向环之间增设减摩垫，所述减摩垫的内径与所述第一销轴预留间隙。
进一步的，在所述隔音网的外侧前后两端设置有固定件，所述固定件用于固定所述隔音网。
进一步的，在所述中间管的周向外侧设置有中间环板，所述中间环板用于固定所述第二万向铰链板。
进一步的，在所述第一变形单元的万向环和第二变形单元的万向环上均设置有第一限位板，所述第二万向铰链板的两端通过第二销轴连接所述第一限位板。
进一步的，所述膨胀节包括5个变形单元，以轴向方向的中点为中心，膨胀节的两端对称，所述第三变形单元的两端均连接第二变形单元。
进一步的，在所述第三变形单元的周向外侧设置有第一单式铰链板和第二单式铰链板，所述第一单式铰链板的一端通过第三销轴与所述第二单式铰链板的一端连接，所述第一单式铰链板的另一端与所述第二变形单元的环板连接，所述第二单式铰链板的另一端与另一端的第二变形单元的环板连接。
进一步的，在所述第一单式铰链板与第二单式铰链板之间还设置有第二限位板，所述第二限位板用于限制所述第一单式铰链板与第二单式铰链板的旋转角度。
进一步的，在所述第一单式铰链板与第二单式铰链板之间还设置有第二限位板，所述第二限位板用于限制所述第一单式铰链板与第二单式铰链板的旋转角度。
进一步的，同一个所述第一销轴连接有两个第一万向铰链板，两个所述第一万向铰链板分别位于所述万向环的内外两侧。
相对于现有技术，本发明所述的具有补偿与降噪功能的膨胀节具有以下优势：
1)动作原理方面，基于波纹管和万向形结构件变形协调动作原理，通过波纹管与结构件的巧妙组合设计，使得本发明所述的膨胀节能够有效补偿吸收直管段的轴向、横向、角向多方向位移且具有较小的外形尺寸和刚度，在满足位移补偿性能的基础上降低膨胀节整体刚度即提高膨胀节柔性，同时设有波纹管变形限位装置，能够控制每个波纹管变形量，保证每个不会因过量变形而失稳。
2)在波纹管仍选用多层薄壁的基础上，在波纹管外面敷设多层不锈钢金属丝网(一般5层以上)，金属丝网与波纹管之间敷设一层耐高温的陶纤毡。利用波纹管补偿时薄壁波纹管层与层之间的摩擦以及不锈钢丝网层与层之间的摩擦发热，来降低振动噪音的传递，提高波纹管隔音降噪效果，同时，金属丝网与波纹管之间敷设的耐高温的陶纤毡不仅可以有效保护波纹管不受损伤，更重要的是起到隔热保温的作用，减少波纹管散热损失，保证非金属减摩套的温度在许可范围内。
3)销轴材料选用不锈钢，在受力构件铰链板与销轴之间增加具有减摩功能的非金属材料超高分子聚乙烯，同时万向环与铰链板之间也增设减摩的摩擦副，实现声断路的同时降低构件之间的运动摩擦阻力。
附图说明
图1为现有技术中的复式拉杆型膨胀节；
图2为现有技术中的弯管压力平衡型膨胀节；
图3为现有技术中的直管压力平衡型膨胀节；
图4为本发明实施例所述的约束型膨胀节示意图；
图4a为图4中框选部位的局部放大图；
图5为本发明实施例所述的仅补偿轴向位移时约束型膨胀节预变位示意图；
图6为本发明实施例所述的约束型膨胀节简化示意图。
附图标记说明：
1-端管，2-环板，3-第一万向铰链板，4-万向环，5-第一销轴，6-波纹管，7-第二万向铰链板，8-中间管，9-中间环板，10-第一限位板，11-第一单式铰链板，12-第二限位板，13-第二单式铰链板，14-固定件，15-隔音网，16-隔热层，17-减摩垫，18-减摩套，19-销轴挡圈
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。另外，对下述具体实施方式中涉及到方位作简要说明：在实施例中所提到的“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“顶端”、“底端”等指示的方向或位置关系，是指附图中所示的方位或位置关系，术语“在…上”是指由…元件直接支撑，或由通过集成到该元件中或由该元件支撑的另一元件的该元件间接支撑。
需要说明的是，在本发明的描述中，除另有明确的规定和限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图4～6所示，一种具有补偿与降噪功能的膨胀节，包括至少3个变形单元，第一变形单元、第二变形单元和第三变形单元沿膨胀节轴向方向依次连接，第一变形单元端部连接有端管1，端管1周向外侧设置有环板2，第一变形单元的波纹管6周向外侧设置有万向环4，第一变形单元还包括有第一万向铰链板3，第一万向铰链板3平行于膨胀节的轴向设置，第一万向铰链板3的一端与环板2连接，第一万向铰链板3的另一端通过第一销轴5与万向环4连接，第一变形单元和第二变形单元通过中间管8连接，第一变形单元和第二变形单元镜像对称，第一变形单元的万向环4和第二变形单元的万向环4通过第二万向铰链板7连接，第二万向铰链板7平行于膨胀节的轴向设置。同时在波纹管6的外面设置隔音网15，隔音网15与波纹管6之间设置有隔热层16。当管道温度升高产生热涨时，约束型膨胀节受到来自管道或设备因热胀引起的位移变化推力，约束型膨胀节的变形单元波纹管会基于位移的方向围绕销轴产生角向变形，约束型膨胀节的中间管发生相应的偏转，使得相邻两个变形单元之间中心线相对于初始轴线变成折线，折线不同方向的组合实现轴向、横向和角向位移的补偿吸收，有效满足对膨胀节外形尺寸、管架受力等要求高的狭小空间高压直管段补偿需求，即采用外形尺寸较小的金属波纹管膨胀节补偿管道和设备的多方向热胀变形，减少空间占用，降低管道和设备管口应力，可用于狭小空间内直管段柔性补偿。同时利用波纹管补偿时薄壁波纹管层与层之间的摩擦以及隔音网层与层之间的摩擦发热，来消纳振动与噪音的传递，提高波纹管膨胀节隔音降噪效果。隔音网15与波纹管6之间敷设的耐高温的隔热层16可以有效保护波纹管6不受损伤，同时隔热层16也可以起到隔热保温的作用，减少管路热量损失，保证受力结构件销轴5、铰链板、万向环4和减摩套18等温度在其物理性能允许的范围内，可以正常发挥作用。本发明所述的膨胀节兼具补偿与隔音功能，提升波纹管的降噪隔音效果，并能够实现受力结构之间的声断路，有效提升与泵、汽轮机等往复敏感动设备相连管路的膨胀节减振隔音降噪效果，满足系统对管路与膨胀节的补偿与隔音降噪需求。
在本实施方式中，第一销轴5改用不锈钢材质，在第一万向铰链板3、第二万向铰链板7和万向环4的内孔装配具有减摩功能的减摩套18，减摩套18与第一销轴5的接触面之间形成减摩摩擦副，同时在第一万向铰链板3、第二万向铰链板7、万向环4之间增设不锈钢减摩垫17，不锈钢减摩垫17的内径与第一销轴5预留间隙，这样一方面实现了膨胀节受力结构件之间声断路，同时大大降低了受力结构件相对运动阻力和噪音。
其中，隔音网15设置为不锈钢丝网，隔音网15可以设置为多层，隔音网的层数根据减振降噪指标试验确定，一般5层以上。
在隔音网15的外侧前后两端设置有固定件14，固定件14设置为固定钢丝，固定件14用于固定隔音网15。隔热层16设置为陶纤毡，有效保护波纹管6不受损伤，同时陶纤毡16也可以起到隔热保温的作用，减少管路热量损失。减摩套18设置为超高分子减摩套，优选的设置为非金属材料超高分子聚乙烯减摩套。
进一步的，第一万向铰链板3与环板焊接连接。
第二万向铰链板7的两端分别连接第一变形单元和第二变形单元的万向环4，在中间管8的周向外侧设置有中间环板9，中间环板9用于固定第二万向铰链板7，使用时优选的将中间环板9与第二万向铰链板7焊接连接。
进一步的，在第一变形单元的万向环4和第二变形单元的万向环4上均设置有第一限位板10，第二万向铰链板7的两端通过第二销轴连接第一限位板10。由此使得万向环4通过第一万向铰链板3和第二万向铰链板7固定在变形单元的外侧，形成上下固定和左右固定，同时第一限位板10限制第二万向铰链板7的旋转角度，进而限制膨胀节的弯转角度。
作为本发明实施方式的一部分，本发明的膨胀节可以包括5个变形单元，以轴向方向的中点为中心，膨胀节的两端对称。其中第三变形单元的两端均连接第二变形单元。在第三变形单元的周向外侧设置有第一单式铰链板11和第二单式铰链板13，第一单式铰链板11的一端通过第三销轴与第二单式铰链板13的一端连接，第一单式铰链板11的另一端与第二变形单元的环板2连接，第二单式铰链板13的另一端与另一端的第二变形单元的环板2连接。进一步的，在第一单式铰链板11与第二单式铰链板13之间还设置有第二限位板12，第二限位板12用于限制单式铰链板的旋转角度。
进一步的，在约束型膨胀节仅仅补偿轴向位移时，需要按照图5所示在安装时在膨胀节两端的变形单元预先进行θ＝0.5～1°的角向预变位，以促使该膨胀节快速响应协调变形管道热涨变化、有效吸收轴向位移。
进一步的，根据该约束型膨胀节所补偿直管段的压力大小，当该约束型膨胀节所补偿直管段的压力较大时，波纹管可以选用加强U形波纹管，其中加强U形波纹管为在波纹管的波谷处增设加强环。
进一步的，同一个第一销轴5连接有两个第一万向铰链板3，两个第一万向铰链板3分别位于万向环4的内外两侧，对万向环形成夹持固定作用。在第一销轴5靠近内侧的一端设置有销轴挡圈19，防止第一销轴5松动。
作为本发明实施方式的一部分，在需要补偿的轴向、横向位移较小时，本发明的膨胀节可以设计成包括3个变形单元的结构，如图6所示。
通过铰链板围绕销轴的转动，每个波纹管产生适度角变形，变形单元直接的直线连接变为折线连接，缩短变形单元之间的距离，进而缩短膨胀节的长度，吸收变形管道的轴向位移；当销轴转动带动膨胀节的一端向下转动，另一端向上转动时，吸收变形管道的横向位移；当销轴转动带动膨胀节的两端夹角发生变化时，吸收变形管道的角向位移。推动约束型膨胀节变形的轴向力等于其中一个波纹管的轴向刚度乘以轴向位移；横向力等于相邻两个波纹管的横向刚度乘以横向位移；角向变形力等于其中一个波纹管的角向刚度乘以角位移。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (10)
1.一种具有补偿与降噪功能的膨胀节，其特征在于，包括至少3个变形单元，第一变形单元、第二变形单元和第三变形单元沿膨胀节轴向方向依次连接，所述第一变形单元端部连接有端管(1)，所述端管(1)周向外侧设置有环板(2)，所述第一变形单元的波纹管(6)周向外侧设置有万向环(4)，所述第一变形单元还包括有第一万向铰链板(3)，所述第一万向铰链板(3)平行于膨胀节的轴向设置，所述第一万向铰链板(3)的一端与所述环板(2)连接，所述第一万向铰链板(3)的另一端通过第一销轴(5)与所述万向环(4)连接，所述第一变形单元和第二变形单元通过中间管(8)连接，所述第一变形单元和第二变形单元镜像对称，所述第一变形单元的万向环(4)和第二变形单元的万向环(4)通过第二万向铰链板(7)连接，所述第二万向铰链板(7)平行于膨胀节的轴向设置，在所述波纹管(6)的外面设置多层隔音网(15)，所述隔音网(15)设置为不锈钢丝网，所述隔音网(15)与所述波纹管(6)之间设置有隔热层(16)。
2.根据权利要求1所述的具有补偿与降噪功能的膨胀节，其特征在于，在所述第一万向铰链板(3)、第二万向铰链板(7)和万向环(4)的内孔装配具有减摩功能的减摩套(18)，所述减摩套(18)与所述第一销轴(5)的接触面之间形成减摩摩擦副。
3.根据权利要求1所述的具有补偿与降噪功能的膨胀节，其特征在于，在所述第一万向铰链板(3)、第二万向铰链板(7)、万向环(4)之间增设减摩垫(17)，所述减摩垫(17)的内径与所述第一销轴(5)预留间隙。
4.根据权利要求1所述的具有补偿与降噪功能的膨胀节，其特征在于，在所述隔音网(15)的外侧前后两端设置有固定件(14)，所述固定件(14)用于固定所述隔音网(15)。
5.根据权利要求1所述的具有补偿与降噪功能的膨胀节，其特征在于，在所述中间管(8)的周向外侧设置有中间环板(9)，所述中间环板(9)用于固定所述第二万向铰链板(7)。
6.根据权利要求1所述的具有补偿与降噪功能的膨胀节，其特征在于，在所述第一变形单元的万向环(4)和第二变形单元的万向环(4)上均设置有第一限位板(10)，所述第二万向铰链板(7)的两端通过第二销轴(15)连接所述第一限位板(10)。
7.根据权利要求1所述的具有补偿与降噪功能的膨胀节，其特征在于，所述膨胀节包括5个变形单元，以轴向方向的中点为中心，膨胀节的两端对称，所述第三变形单元的两端均连接第二变形单元。
8.根据权利要求1所述的具有补偿与降噪功能的膨胀节，其特征在于，在所述第三变形单元的周向外侧设置有第一单式铰链板(11)和第二单式铰链板(13)，所述第一单式铰链板(11)的一端通过第三销轴(16)与所述第二单式铰链板(13)的一端连接，所述第一单式铰链板(11)的另一端与所述第二变形单元的环板(2)连接，所述第二单式铰链板(13)的另一端与另一端的第二变形单元的环板(2)连接。
9.根据权利要求8所述的具有补偿与降噪功能的膨胀节，其特征在于，在所述第一单式铰链板(11)与第二单式铰链板(13)之间还设置有第二限位板(12)，所述第二限位板(12)用于限制所述第一单式铰链板(11)与第二单式铰链板(13)的旋转角度。
10.根据权利要求1所述的具有补偿与降噪功能的膨胀节，其特征在于，同一个所述第一销轴(5)连接有两个第一万向铰链板(3)，两个所述第一万向铰链板(3)分别位于所述万向环(4)的内外两侧。
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2023
- 2023-07-31 CN CN202310949110.1A patent/CN116972255A/zh active Pending
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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