CN220366106U - 一种用于直管段补偿的约束型膨胀节 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于直管段补偿的约束型膨胀节，包括至少3个变形单元，第一变形单元包括端管和波纹管，端管周向外侧设置环板，波纹管中间部位的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，第一变形单元和第二变形单元镜像对称，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。可补偿直管段轴向、横向、角向位移，外形尺寸较小，适用于狭小空间高压管道的柔性补偿，降低管道应力，减小支架与设备管口受力。

Description

一种用于直管段补偿的约束型膨胀节

技术领域

本实用新型涉及金属波纹管膨胀节领域，具体而言，涉及一种用于直管段补偿的约束型膨胀节。

背景技术

高压直管段一般选用能够约束波纹管压力推力的约束型膨胀节补偿，这样可以减少管架和设备管口的受力。现有高压直管段选用的约束型膨胀节主要包括：直管压力平衡型膨胀节、3个单式铰链型膨胀节组合、外压直管压力平衡型膨胀节、旁通直管压力平衡型膨胀节以及复合直管平衡型膨胀节，其中，直管压力平衡型膨胀节、外压直管压力平衡型膨胀节以及复合直管平衡型膨胀节的外形尺寸大，膨胀节是管道直径的2倍左右，占用空间大，且该类型的膨胀节重量大，刚度大，补偿时与之相连的管道支架或设备受力大。3个单式铰链型膨胀节组合，只适合较长直管段补偿，占用空间大，且需要设置导向支架。旁通直管压力平衡型膨胀节，外形尺寸也较大，是管道直径的2倍左右，占用空间大，膨胀节重量大，并且仅限于流速低、对压力降要求较低的直管段补偿。由此可见，现有膨胀节结构不能有效满足对膨胀节自身重量、外形尺寸和刚度要求苛刻的直管段补偿需求和应用环境。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种用于直管段补偿的约束型膨胀节，以解决现有技术中膨胀节结构不能有效满足对膨胀节自身重量、外形尺寸和刚度要求苛刻的直管段补偿需求的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种用于直管段补偿的约束型膨胀节，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，所述第一变形单元包括端管和波纹管，所述端管周向外侧设置有环板，所述波纹管中间部位的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。

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，在约束型膨胀节仅仅补偿轴向位移时，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。

进一步的，波纹管选用加强U形波纹管，所述加强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。

进一步的，所述第一万向铰链板与所述环板焊接连接。

相对于现有技术，本实用新型所述的用于直管段补偿的约束型膨胀节具有以下优势：

当膨胀节所在直管段及其相连设备由于温度升高产生热涨需要膨胀节补偿时，膨胀节每个变形单元围绕销轴，通过波纹管的适度角变形，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，不同方向折线的组合实现直管段任意方向(轴向、横向、角向)位移的补偿。

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，使得该实用新型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，能够有效减小外形安装空间，同时该实用新型膨胀节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，有效降低管道应力，降低管道和设备管口应力。

附图说明

图1为现有技术中直管压力平衡型膨胀节补偿方案示意图；

图2为现有技术中3个单式铰链型膨胀节组合补偿方案示意图；

图3为现有技术中外压直管压力平衡型膨胀节补偿方案示意图；

图4为现有技术中旁通直管压力平衡型膨胀节补偿方案示意图；

图5为现有技术中复合直管平衡型膨胀节补偿方案示意图；

图6为本实用新型实施例所述的约束型膨胀节结构示意图；

图7为本实用新型实施例所述的约束型膨胀节预变位示意图；

图8为本实用新型实施例所述的高压直管段用约束型膨胀节示意图；

图9为本实用新型实施例所述的补偿的轴向、横向位移较小时的约束型膨胀节示意图。

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-加强环，15-第二销轴，16-第三销轴

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。需要说明的是，在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。

如图6～9所示，一种用于直管段补偿的约束型膨胀节，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，第一变形单元的端部有端管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中间部位的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。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。

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15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。

作为本实用新型实施方式的一部分，本实用新型的膨胀节可以包括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16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7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，如图8所示，其中加强U形波纹管为在波纹管的波谷处增设加强环14。

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。

作为本实用新型实施方式的一部分，在需要补偿的轴向、横向位移较小时，本实用新型的膨胀节可以设计成包括3个变形单元的结构，如图9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。

本实用新型所述的用于直管段补偿的约束型膨胀节，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，使得该实用新型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，能够有效减小外形安装空间，同时该实用新型膨胀节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，有效降低管道应力，降低管道和设备管口应力。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种用于直管段补偿的约束型膨胀节，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，所述第一变形单元包括端管(1)和波纹管(6)，所述端管(1)周向外侧设置有环板(2)，波纹管(6)中间部位的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。

2.根据权利要求1所述的用于直管段补偿的约束型膨胀节，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)。

3.根据权利要求1所述的用于直管段补偿的约束型膨胀节，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)。

4.根据权利要求1所述的用于直管段补偿的约束型膨胀节，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。

5.根据权利要求4所述的用于直管段补偿的约束型膨胀节，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。

6.根据权利要求5所述的用于直管段补偿的约束型膨胀节，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。

7.根据权利要求1所述的用于直管段补偿的约束型膨胀节，其特征在于，波纹管选用加强U形波纹管，所述加强U形波纹管为在波纹管的波谷处增设加强环(14)。

8.根据权利要求1所述的用于直管段补偿的约束型膨胀节，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。

9.根据权利要求1所述的用于直管段补偿的约束型膨胀节，其特征在于，所述第一万向铰链板(3)与所述环板(2)焊接连接。