阅读说明：本技术 一种压力平衡型波纹管膨胀节 (Pressure balance type bellows expansion joint ) 是由 李双印 刘岩 张国华 张力伟 尹帅 于 2020-04-03 设计创作，主要内容包括：一种压力平衡型波纹管膨胀节,包括轴向型膨胀节主体和均匀排布在膨胀节主体外侧的n组平衡构件；轴向型膨胀节主体包括上法兰、下法兰和波纹管组件,平衡构件包括承压推动组件和两个滑动组件,承压推动组件对应轴向型膨胀节主体的中心位置设置,其包括一个具有平衡腔的平衡体、连通管和连接杆二,两个滑动组件沿连接杆二呈对称设置,本专利采用了一种新型平衡结构,取消了常规的平衡波,膨胀节外径可缩小40%以上,大幅减轻了膨胀节重量,节约了成本。一种新式直管压力平衡型膨胀节可补偿轴向位移,同时具备结构简单,安全可靠的特点。(A pressure balance type corrugated pipe expansion joint comprises an axial expansion joint main body and n groups of balance components which are uniformly distributed on the outer side of the expansion joint main body; the axial type expansion joint main part includes the upper flange, lower flange and bellows subassembly, balanced component is including pressure-bearing promotion subassembly and two sliding assembly, the central point that the pressure-bearing promoted the subassembly and corresponds the axial type expansion joint main part puts the setting, it includes a balancing body that has balanced chamber, communicating pipe and connecting rod two, two sliding assembly are the symmetry along connecting rod two and set up, this patent has adopted a novel balanced structure, conventional balanced ripples has been cancelled, the expansion joint external diameter can reduce more than 40%, has alleviateed expansion joint weight by a wide margin, and the cost is saved. The novel straight pipe pressure balance type expansion joint can compensate axial displacement and has the characteristics of simple structure, safety and reliability.)

一种压力平衡型波纹管膨胀节

技术领域

本发明涉及膨胀节技术领域，具体说的是一种压力平衡型波纹管膨胀节。

背景技术

为避免非约束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，通常选用直管压力平衡型波纹管膨胀节，用以约束压力推力。现有的直管压力波纹管平衡型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9）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10）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，主要用于吸收轴向并能够平衡波纹管的压力推力。

常规结构直管压力平衡型波纹管膨胀节为实现压力平衡，除需设置满足位移补偿需要的工作波外，还需另设一组平衡波用于平衡压力推力，同时增加相应的约束结构件，制造成本相对较高。对于内压型直管压力平衡型膨胀节而言，平衡波的外径要远大于工作波，因而造成膨胀节整体外径过大，设备重量较重。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种压力平衡型波纹管膨胀节，解决了常规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：一种压力平衡型波纹管膨胀节，包括轴向型膨胀节主体和均匀排布在膨胀节主体外侧的n组平衡构件；

所述的轴向型膨胀节主体包括上法兰、下法兰和波纹管组件，波纹管组件的两端分别连接上法兰和下法兰，波纹管组件由偶数节波纹管和连接相临波纹管的中间管串联组成；

所述的平衡构件包括承压推动组件和两个滑动组件，承压推动组件对应轴向型膨胀节主体的中心位置设置，其包括一个具有平衡腔的平衡体、连通管和连接杆二，平衡体的平衡腔一端通过连通管与轴向型膨胀节主体的内腔相连通，平衡体的另一端与连接杆二连接，平衡体根据受到的轴向型膨胀节主体内腔压力大小进行伸缩，改变平衡腔的大小，从而推动或回拉连接杆二沿轴向型膨胀节主体的径向方向移动；

所述的两个滑动组件沿连接杆二呈对称设置，每个滑动组件均由设置在上法兰或下法兰上的滑轨、连接杆一和滚动体组成，滑轨上开设有滑轨槽，滑轨槽沿上法兰或下法兰的径向方向设置且呈倾斜布置，滑轨槽与上法兰或下法兰的平面呈θ夹角，滚动体转动连接在连接杆一的一端，并与滑轨槽相配合滚动设置在滑轨槽内，连接杆一的另一端与连接杆二连接，两根连接杆一均与连接杆二呈β夹角；

轴向型膨胀节主体和平衡构件满足下列关系式:

式中：

A_cp——平衡体的有效面积；

A_cg——波纹管组件的有效面积。

平衡体为平衡波纹管，平衡波纹管的两端密封连接有封板一和封板二，连通管穿过封板二后与波纹管的平衡腔连通，封板一上连接有连接杆二。

平衡体由缸体和活塞组成，活塞的一端与连接杆二连接，活塞的另一端与缸体内壁之间围成平衡腔。

滚动体为滚轮或滚动轴承。

本发明有益效果是：本发明涉及的一种新式压力平衡型波纹管膨胀节，采用了一种新型平衡结构，取消了常规的平衡波，膨胀节外径可缩小40%以上，大幅减轻了膨胀节重量，节约了成本。一种新式直管压力平衡型膨胀节可补偿轴向位移，同时具备结构简单，安全可靠的特点。

附图说明

图1为本发明的实施例1的结构示意图；

图2为图1的压缩位移补偿方式图；

图3为图1的拉伸位移补偿方式图；

图4为本发明的实施例2的结构示意图；

图5为本发明的实施例3的结构示意图；

图6为图5的压缩位移补偿方式图；

图7为图5的拉伸位移补偿方式图；

图8为本发明的实施例4的结构示意图；

图9 为常规外压直管压力平衡型膨胀节的结构示意图；

图10为常规内压直管压力平衡型膨胀节的结构示意图；

图中：1、上法兰，2、平衡构件，3、波纹管，4、中间管，5、下法兰，6、端管一，7、端管二，2-1、滑轨，2-1-1、滑轨槽，2-2、滚动体，2-3、销轴，2-4、连接杆一，2-5、连接杆二，2-6、平衡体，2-6-1、平衡波纹管，2-6-2、活塞，2-6-3、缸体，2-6-4、封板一，2-6-5、封板二，2-6-6、密封圈，2-7、连通管。

具体实施方式

一种压力平衡型波纹管膨胀节，包括轴向型膨胀节主体和均匀排布在膨胀节主体外侧的n组平衡构件2，n≥2。

所述的轴向型膨胀节主体包括上法兰1、下法兰5和波纹管组件，波纹管组件的两端分别连接上法兰1和下法兰5，上法兰1和下法兰5用于与两侧管系利用螺栓连接，波纹管组件由偶数节波纹管3和连接相临波纹管3的中间管4串联组成，波纹管组件这种连接形式，保证位于中部的部件一直为中间管，方便与平衡构件进行连通。

平衡构件2包括承压推动组件和两个滑动组件，承压推动组件对应轴向型膨胀节主体的中心位置设置，保证压力推动由膨胀节的中心推动，承压推动组件包括一个具有平衡腔的平衡体2-6、连通管2-7和连接杆二2-5，平衡体2-6的平衡腔一端通过连通管2-7与轴向型膨胀节主体的内腔相连通，平衡体2-6的另一端与连接杆二2-5连接，平衡体2-6根据受到的轴向型膨胀节主体内腔压力大小进行伸缩，改变平衡腔的大小，从而推动或回拉连接杆二2-5沿轴向型膨胀节主体的径向方向移动。

两个滑动组件沿连接杆二2-5呈对称设置，每个滑动组件均由设置在上法兰1或下法兰5上的滑轨2-1、连接杆一2-4和滚动体2-2组成，滑轨2-1上开设有滑轨槽2-1-1，滑轨槽2-1-1沿上法兰1或下法兰5的径向方向设置且呈倾斜布置，滑轨槽2-1-1与上法兰1或下法兰5的平面呈θ夹角，滚动体2-2转动连接在连接杆一2-4的一端，并与滑轨槽2-1-1相配合滚动设置在滑轨槽2-1-1内，连接杆一2-4的另一端与连接杆二2-5连接，两根连接杆一2-4均与连接杆二2-5呈β夹角；通过承压推动组件的推或拉，实现两个滑动组件共同运动，实现压力平衡。

轴向型膨胀节主体和平衡构件2满足下列关系式:

式中：

A_cp——平衡体的有效面积；

A_cg——波纹管组件的有效面积。

平衡体2-6为平衡波纹管2-6-1时，平衡波纹管2-6-1的两端密封连接有封板一2-6-4和封板二2-6-5，连通管2-7穿过封板二2-6-5后与平衡波纹管2-6-1的平衡腔连通，封板一2-6-4上连接有连接杆二2-5。

平衡体2-6由缸体2-6-3和活塞2-6-2组成时，活塞2-6-2的一端与连接杆二2-5连接，活塞2-6-2的另一端与缸体2-6-3内壁之间围成平衡腔。

滚动体2-2为滚轮或滚动轴承，保证滚动体2-2在滑轨槽2-1-1内的平稳滑动。

实施例1

一种压力平衡型波纹管膨胀节，包括：上法兰1、平衡构件2、波纹管3、中间管4、下法兰5。其中平衡构件2包括：滑轨2-1、滚轮、销轴2-3、连接杆一2-4、连接杆二2-5、活塞2-6-2、密封圈2-6-6、缸体2-6-3、连通管2-7。

波纹管组件与上法兰1和下法兰5焊接连接，波纹管组件的偶数个波纹管3和中间管4串联焊接，组成轴向型膨胀节主体，多个平衡构件2两端通过滑轨2-1分别与上法兰1、下法兰5连接，连通管2-7与中间管4连通。平衡构件2圆周均布在波纹管组件外侧。

平衡构件2组成及连接：平衡构件2沿连接杆二2-5呈对称结构。上端滑轨2-1与上法兰1下表面固定连接且沿径向布置，上端滑轨2-1开设有滑轨槽2-1-1，滑轨槽2-1-1呈倾斜布置且沿上法兰1径向，与上法兰1平面呈θ夹角。滚轮置于滑轨2-1的滑轨槽内，可沿滑轨槽自由滚动，滚轮通过销轴2-3与连接杆一2-4连接。下端滑轨2-1与下法兰5上表面固定连接且沿径向布置，下端滑轨2-1开设有滑轨槽，滑轨槽呈倾斜布置且沿上法兰1径向，与下法兰5平面呈θ夹角。滚轮置于滑轨2-1的滑轨槽内，可沿滑轨槽自由滚动，滚轮通过销轴2-3与连接杆一2-4连接。上、下两件连接杆一2-4与连接杆二2-5固定连接，连接杆一2-4与连接杆二2-5呈β夹角关系且为对称结构。连接杆二2-5与活塞2-6-2固定连接，活塞2-6-2横截面呈圆柱形，圆柱形外表面开设有密封圈槽，用于放置密封圈2-6-6。活塞2-6-2、密封圈2-6-6可在缸体2-6-3内滑动，且三者构成封闭空间，该封闭空间即为平衡腔。缸体2-6-3左侧端部开设通孔，中间管4外侧壁开设通孔。连通管2-7内部贯通，一端与缸体2-6-3通孔固定连接，一端与中间管4通孔固定连接。

平衡原理：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，同时介质自中间管4侧壁通孔，经连通管2-7、缸体2-6-3通孔进入缸体2-6-3、密封圈2-6-6、活塞2-6-2构成的空腔内。如图1所示。为实现压力推力平衡，一种压力平衡型波纹管膨胀节结构须满足下列关系式:

式中

A——活塞2-6-2横截面积；

A_c——波纹管的总有效面积Ac（详见GB/T 12777-2008标准）；

n——平衡构件2的数量；

β——连接杆二2-5与连接杆一2-4的夹角；

θ——滑轨槽2-1-1与上法兰1表面的夹角。

压力推力作用于上法兰1和下法兰5，上法兰1和下法兰5同时受到平衡构件2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，从而实现压力推力平衡。无论膨胀节在原始位置，还是任何轴向变形位置，始终处于压力推力平衡状态。

位移补偿方式：

（1）发生轴向压缩位移：管系发生位移，压缩上法兰1、下法兰5向膨胀节中部移动，为满足变形协调条件，上法兰1和下法兰5将推动滚轮（滚动轴承）顺着滑轨2-1的滑轨槽沿径向向外滚动，由连接杆一2-4和连接杆二2-5构成的传力连杆将拉动活塞2-6-2沿径向向外移动。管系内和缸体2-6-3、密封圈2-6-6、活塞2-6-2构成的空腔内充满压力为p的介质。根据上述平衡原理，移动过程中和到达位移位置始终保持压力平衡状态。如图2所示。

（2）发生轴向拉伸位移：管系发生位移，拉伸上法兰1、下法兰5向膨胀节外部移动，出于变形协调条件，上法兰1和下法兰5将推动滚轮（滚动轴承）顺着滑轨2-1的滑轨槽沿径向向中心滚动，由连接杆一2-4和连接杆二2-5构成的传力连杆将拉动活塞2-6-2沿径向向中心移动。管系内和缸体2-6-3、密封圈2-6-6、活塞2-6-2构成的空腔内充满压力为p的介质。根据上述平衡原理，移动过程中和到达位移位置始终保持压力平衡状态。如图3所示。

实施例2

如图4所示，与实施例1的原理与结构大体相同，不同之处在于：将上法兰1替换为端管一6，下法兰替换为端管二7，替换的端管一与端管二也是起到与管系的连接作用，本质上没有改变。

实施例3

一种压力平衡型波纹管膨胀节，包括：上法兰1、平衡构件2、波纹管3、中间管4、下法兰5。其中平衡构件2包括：滑轨2-1、滚轮（或滚动轴承）、销轴2-3、连接杆一2-4、连接杆二2-5、封板一2-6-4、平衡波纹管2-6-1、封板二2-6-5、连通管2-7。

波纹管组件与上法兰1和下法兰5焊接连接，波纹管组件的偶数个波纹管3和中间管4串联焊接，组成轴向型膨胀节主体，多个平衡构件2两端通过滑轨2-1分别与上法兰1、下法兰5连接，连通管2-7与中间管4连接。平衡构件2圆周均布在波纹管组件外侧。

平衡构件2组成及连接：平衡构件2沿连接杆二2-5呈对称结构。上端滑轨2-1与上法兰1下表面固定连接且沿径向布置，上端的滑轨2-1开设有滑轨槽，滑轨槽呈倾斜布置且沿上法兰1径向布置，与上法兰平面呈θ夹角。滚轮（滚动轴承）置于滑轨2-1的滑轨槽内，可沿滑轨槽自由滚动，滚轮通过销轴2-3与连接杆一2-4连接。下端滑轨2-1与下法兰5上表面固定连接且沿径向布置，下端滑轨2-1开设有滑轨槽，滑轨槽呈倾斜布置且沿上法兰1径向，与下法兰5平面呈θ夹角。滚轮置于滑轨2-1的滑轨槽内，可沿滑轨槽自由滚动，滚轮通过销轴2-3与连接杆一2-4连接。上、下两件连接杆一2-4与连接杆二2-5固定连接，连接杆一2-4与连接杆二2-5呈β夹角关系且为对称结构。连接杆二2-5与封板一2-6-4固定连接，封板一2-6-4为实心结构，外侧与平衡波纹管2-6-1连接，中部与连接杆二2-5固定连接。平衡波纹管2-6-1另一端封板二2-6-5外侧连接。封板二2-6-5中心开设通孔，与连通管2-7连接，连通管2-7中心贯通，连通管2-7另一端与中间管4侧壁开设的通孔连接，形成介质流通通路，可将介质经中间管4侧壁通孔、连通管2-7、封板二2-6-5通孔进入平衡波纹管2-6-1内腔，平衡波纹管2-6-1内腔即为平衡腔。

平衡原理：工作状态下，膨胀节两端法兰与管系连接，膨胀节内部和平衡波纹管2-6-1内腔充满压力为p的介质。如图5所示。为实现压力推力平衡，一种波纹管膨胀节压力平衡结构须满足下列关系式:

式中

A_cp——平衡波纹管2-6-1有效面积（详见GB/T 12777-2008标准）；

A_cg——波纹管有效总面积（详见GB/T 12777-2008标准）；

n——平衡构件2数量；

β——连接杆二2-5与连接杆一2-4的夹角；

θ——滑轨槽2-1-1与上法兰1表面的夹角。

压力推力作用于上法兰1和下法兰5，上法兰1和下法兰5同时受到平衡构件2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，从而实现压力推力平衡。无论膨胀节在原始位置，还是任何轴向变形位置，始终处于压力推力平衡状态。

位移补偿方式：

（1）发生轴向压缩位移：管系发生位移，压缩上法兰1、下法兰5向膨胀节中部移动，为满足变形协调条件，上法兰1和下法兰5将推动滚轮（滚动轴承）顺着滑轨2-1的滑轨槽沿径向向外滚动，由连接杆一2-4和连接杆二2-5构成的传力连杆将拉动封板一2-6-4沿径向向外移动，平衡波纹管2-6-1发生拉伸变形。根据上述平衡原理，移动过程中和到达位移位置始终保持压力平衡状态。如图6所示。

（2）发生轴向拉伸位移：管系发生位移，拉伸上法兰1、下法兰5向膨胀节外部移动，出于变形协调条件，上法兰1和下法兰5将推动滚轮（滚动轴承）顺着滑轨2-1的滑轨槽沿径向向中心滚动，由连接杆一2-4和连接杆二2-5构成的传力连杆将拉动封板一2-6-4沿径向向中心移动，平衡波纹管2-6-1发生压缩变形。根据上述平衡原理，移动过程中和到达位移位置始终保持压力平衡状态。如图7所示。

实施例4

如图8所示，与实施例3的原理与结构大体相同，不同之处在于：将上法兰1替换为端管一6，下法兰替换为端管二7，替换的端管一与端管二也是起到与管系的连接作用，本质上没有改变。