一种可伸缩抗弯曲波纹管结构

技术领域

本发明涉及管路连接技术领域，具体为一种可伸缩抗弯曲波纹管结构。

背景技术

目前，波纹管普遍用于长晶炉真空管路中，现有技术中的波纹管主要为两端开口的圆筒状的波纹管，由于传统的小直径波纹管刚度低(尤其是细长波纹管)，轴向弹性系数较大，使用时易弯曲，同时易产生震动。当用于存在相对运动的两接头之间时，弯曲和震动更大。波纹管的弯曲和震动造成真空管路中压降变化大，对长晶良率产生一定的影响。尤其是用在运动部件之间，弯曲程度和弯曲位置变化大且不可控，对管路压降影响更大。

若波纹管刚度过大，变形量无法满足实际中需要的要求，因此急需一种能够实现一种可以实现较大伸缩的金属波纹管。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种可伸缩抗弯曲波纹管结构，以解决背景技术中提出的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种可伸缩抗弯曲波纹管结构，包括波纹管组合管路和组合导向筒，所述波纹管组合管路套接在组合导向筒内；

所述波纹管组合管路包括波纹管和内套管，波纹管组合管路的波纹管为多个，多个所述波纹管从上到下的公称通径逐渐减小；所述波纹管轴向弹性系数不同，且满足各波纹管轴向弹性系数与其最大伸缩量的乘积应相等，即：

k1×L1＝k2×L2＝k3×L3＝k4×L4＝……＝kn×Ln；

式中：k1、k2、k3、k4……kn分别为波纹管一、波纹管二、波纹管三、波纹管四……波纹管n的轴向弹性系数，L1、L2、L3、L4……Ln分别为波纹管一、波纹管二、波纹管三、波纹管四……波纹管n的最大设计伸缩量；最大设计伸缩量L1、L2、L3、L4……Ln均处在相应波纹管弹性变形范围内且留有设定的余量。

位于最下端的所述波纹管内套设有内套管，所述内套管从位于最下端的波纹管的底部穿入，所述内套管从位于最下端的波纹管的顶部穿出；

所述组合导向筒的导向筒数量比波纹管数量少一个，所述组合导向筒从上到下孔径逐渐缩小。

优选地，所述波纹管的数量为四个，分别为从上到下公称通径逐渐减小的波纹管一、波纹管二、波纹管三和波纹管四，相邻所述波纹管之间通过法兰连接；

所述组合导向筒包括从上到下孔径逐渐缩小的一级导向筒、二级导向筒和三级导向筒，所述一级导向筒、二级导向筒和三级导向筒结构相同，所述一级导向筒呈薄壁中空圆管状，所述一级导向筒的上端焊接有安装法兰，所述一级导向筒通过安装法兰与波纹管一上端的法兰通过螺栓螺纹连接，所述一级导向筒的底部内侧圆周一体连接挡环。

优选地，所述一级导向筒内套接波纹管一，所述二级导向筒内套接波纹管二，所述三级导向筒内套接波纹管三和波纹管四，所述二级导向筒通过安装法兰与波纹管二上端的法兰通过螺栓螺纹连接，所述二级导向筒的外径小于一级导向筒的底部的挡环的内径，所述二级导向筒顶部的法兰位于一级导向筒中，如此，在波纹管伸缩时，所述二级导向筒顶部限于在一级导向筒内来回运动，所述波纹管三顶部的法兰位于二级导向筒内，波纹管三顶部的法兰与三级导向筒顶部的法兰通过螺栓连接在一起，所述波纹管三和波纹管四连接处的法兰的外径小于三级导向筒的内径，所述波纹管三和波纹管四连接处法兰的外径大于三级导向筒底部挡环的内径，如此，波纹管三在三级导向筒内来回运动，波纹管四可伸出三级导向筒。

优选地，波纹管组合管路完全展开时，所述二级导向筒顶部的法兰下表面与一级导向筒底部的挡环上表面贴合，波纹管一达到最大设计伸缩量L1；三级导向筒顶部的法兰下表面与二级导向筒底部挡环上表面贴合，波纹管二达到最大设计伸缩量L2；波纹管三下端的法兰下端面与三级导向筒底部的挡环上表面贴合，波纹管三达到最大设计伸缩量L3；波纹管三下端的法兰上端面与内套管端部的挡块下端面贴合，波纹管四达到最大设计伸缩量L4。

优选地，所述波纹管组合管路两端的法兰为管路连接法兰。

优选地，所述波纹管二与波纹管三之间的法兰内孔呈上宽下窄的圆锥形结构。当内套管顶部的挡块运动经过的法兰内孔的圆锥形结构时，法兰内孔的圆锥形结构起到导向作用，避免内套管运动时顶部的挡块卡在法兰上。

优选地，相邻所述波纹管的内径规格按照相邻或间隔一个规格内径布置，如此，波纹管一、波纹管二、波纹管三和波纹管四布置接近于直线状态，压降最低。

优选地，所述波纹管一的外径不大于80mm。

优选地，所述内套管呈薄壁圆管状，所述波纹管四的底部固定在内套管下部，所述内套管的底端固定法兰，所述内套管的顶部外侧沿圆周固定有挡块。

本发明中波纹管组合管路与各级导向筒之间的连接为螺栓连接，也可通过焊接做成一体式。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用导向筒和内套管结构，限制了波纹管使用过程中的弯曲，同时震动幅度亦得到有效控制。本发明充分利用细长波纹管轴向弹性系数较大的特点，整体可以轴向伸缩，特别适用于存在相对运动的两接头之间。

(2)本发明采用多种规格波纹管按公称通径大小依次排列的布局。当最小公称通径波纹管那端的法兰安装压力表或真空计时，相比一整根最小公称通径波纹管，前者压差更小，仪器的测量值更精确，测量仪器距测量点的允许安装距离更远，本发明的波纹管结构解决了波纹管(尤其是细长波纹管)刚度低导致的弯曲、振动问题，特别适用于长晶炉真空系统中存在相对运动的两接头之间的管路连接。细长波纹管的弯曲与振动，使波纹管内的管路压差处于不可控的变化中，除了影响管路真空度测量值的准确性，同时也影响了晶棒的良率。

(3)本发明采用自有导引式的波纹管设计可以很好的解决传统波纹管的问题，即传统波纹管如果刚度过小，则侧向刚度不足，容易弯曲。若刚度过大，变形量无法满足实际中需要的要求，是本发明的独创性。在波纹管没有侧向变形的情况下，既能满足径向大变形量的要求，又能很好的解决侧向刚度不足的问题。本发明侧向刚度通过外在的组合导向筒实现，虽然波纹管本身的刚度很小，但是由于外在组合导向筒的存在，不会发生侧向变形，满足了设计要求。

(4)本发明的波纹管应用于长晶炉真空管路系统，尤其是两个存在运动的接头之间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明侧视图；

图2为本发明剖视图；

图3为本发明中波纹管的剖视图；

图4为本发明中A处的局部放大图；

图5为本发明中B处的局部放大图；

图6为本发明中C处的局部放大图；

图7为本发明波纹管在最大伸展状态下的示意图；

图8为本发明中一级导向筒的结构示意图。

附图标记说明：

1-波纹管组合管路、2-一级导向筒、3-二级导向筒、4-三级导向筒、5-连接螺栓、6-挡环、11-波纹管一、12-波纹管二、13-波纹管三、14-波纹管四、15-内套管、16-法兰、17-安装法兰。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。

实施例：

如图1-8所示，本发明提供了一种可伸缩抗弯曲波纹管结构，适用于外径不大于80mm的波纹管。本发明包括波纹管组合管路1、组合导向筒和连接螺栓5，所述波纹管组合管路1通过法兰16和螺栓5套接在组合导向筒内。

所述波纹管组合管路1包括波纹管、内套管15以及法兰16，如附图2和附图3所示，波纹管组合管路1的波纹管为多个，可以为2-10个，优选地，本实施例中波纹管的数量为四个，分别为从上到下公称通径逐渐减小的波纹管一11、波纹管二12、波纹管三13和波纹管四14，相邻所述波纹管之间通过法兰16连接，所述波纹管一11、波纹管二12、波纹管三13和波纹管四14的轴向弹性系数不同。为了使波纹管组合管路1伸缩量达到最大时，各规格波纹管亦达到各自的最大设计伸缩量，各波纹管弹性系数与其最大伸缩量的乘积应相等，即：

k1×L1＝k2×L2＝k3×L3＝k4×L4。

式中：k1为波纹管一11轴向弹性系数，L1为波纹管一11最大设计伸缩量；k2为波纹管二12轴向弹性系数，L2为波纹管二12最大设计伸缩量；k3为波纹管三13轴向弹性系数，L3为波纹管三13最大设计伸缩量；k4为波纹管四14轴向弹性系数，L4为波纹管四14最大设计伸缩量。最大设计伸缩量L1、L2、L3以及L4均处在相应波纹管弹性变形范围内且留有设定的余量，防止波纹管无法恢复或损坏。使用者根据实际需求选择合适的余量，余量设定为波纹管弹性最大变形量的10-30％，例如，波纹管一11的弹性变形范围为0-100cm，L1取值为80cm，余量为20cm。

附图3中，所述波纹管四14内套设有内套管15，所述内套管15呈薄壁圆管状，所述内套管15的外径与波纹管四14内径相等，使其内套管15刚好套在波纹管四14内，以防止波纹管四14发生弯曲。内套管15与波纹管四14的实施方案见放大图图4，所述内套管15从波纹管四14的底部穿入，所述内套管15从波纹管四14的顶部穿出，当波纹管拉伸至最长状态时，如附图2所示，所述内套管15顶端伸入至波纹管二12中，内套管15移动了L4的距离，所述波纹管四14的底部焊接在内套管15下部，所述内套管15的底端焊接法兰16，当波纹管四14伸缩时，内套管15也跟着一起运动。如图6所示，内套管15的顶部外侧沿圆周焊接有挡块17，挡块17用来控制波纹管四14的最大设计伸缩量L4。

进一步地，如放大图图5所示，所述波纹管二12与波纹管三13之间的法兰16内孔呈上宽下窄的圆锥形结构，当内套管15顶部的挡块14运动经过的法兰16内孔的圆锥形结构时，法兰16内孔的圆锥形结构起到导向作用，避免内套管15运动时顶部的挡块14卡在法兰16上。

进一步地，所述波纹管一11、波纹管二12、波纹管三13和波纹管四14内径规格按照相邻或间隔一个规格内径布置，如此，波纹管一11、波纹管二12、波纹管三13和波纹管四14布置接近于直线状态，压降最低。

附图4为导向筒结构图，所述组合导向筒的导向筒数量比波纹管数量少一个，本实施例中，所述组合导向筒包括从上到下孔径逐渐缩小的一级导向筒2、二级导向筒3和三级导向筒4，所述一级导向筒2、二级导向筒3和三级导向筒4结构相同，区别点仅在于孔径不同，这里仅介绍一级导向筒2的结构，所述一级导向筒2呈薄壁中空圆管状，所述一级导向筒2的上端焊接有安装法兰17，所述一级导向筒2通过安装法兰17与波纹管一11上端的法兰16通过螺栓5螺纹连接，所述一级导向筒2的底部内侧圆周一体连接挡环6，一级导向筒2用于限制波纹管组合管路1上波纹管一11的弯曲，在波纹管一11伸缩时也起导向作用；挡环6用于限制波纹管一11的最大伸长量，防止波纹管一11变形量大导致的损坏。

所述一级导向筒2内套接波纹管一11，所述二级导向筒3内套接波纹管二12，所述三级导向筒4内套接波纹管三13和波纹管四14，所述二级导向筒3通过安装法兰17与波纹管二12上端的法兰16通过螺栓5螺纹连接，所述二级导向筒3的外径小于一级导向筒2的底部的挡环6的内径，所述二级导向筒3顶部的法兰16位于一级导向筒2中，如此，在波纹管伸缩时，所述二级导向筒3顶部限于在一级导向筒2内来回运动，即波纹管一11最大伸长状态时，不会超出一级导向筒2，所述波纹管三13顶部的法兰16位于二级导向筒3内，波纹管三13顶部的法兰16与三级导向筒4顶部的法兰16通过螺栓连在一起，所述波纹管三13和波纹管四14连接处的法兰16的外径小于三级导向筒4的内径，所述波纹管四14底部的法兰16的外径大于三级导向筒4底部挡环6的内径，如此，波纹管三13在三级导向筒4内来回运动，波纹管四14可伸出三级导向筒4。

所述二级导向筒3顶部的法兰16位于一级导向筒2，如此，在波纹管伸缩时，所述二级导向筒3顶部限于在一级导向筒2内来回运动，同理所述三级导向筒4顶部的法兰16仅限于在二级导向筒3内来回运动，如此，波纹管四14可部分在三级导向筒4内来回运动。

附图7为本发明的波纹管组合管路1完全展开状态图，此时二级导向筒3顶部的法兰16下表面与一级导向筒2底部的挡环6上表面贴合，波纹管一11达到最大设计伸缩量L1；三级导向筒4顶部的法兰16下表面与二级导向筒3底部挡环6上表面贴合，波纹管二12达到最大设计伸缩量L2；波纹管三13下端的法兰16下端面与三级导向筒4底部的挡环6上表面贴合，波纹管三13达到最大设计伸缩量L3；波纹管三13下端的法兰16上端面与内套管15端部的挡块17下端面贴合，波纹管四14达到最大设计伸缩量L4。

本发明中波纹管数量为4个，实际运用中波纹管数量不限4个，可以更多或更少。

本发明中波纹管组合管路1与各级导向筒之间的连接为螺栓连接，也可通过焊接做成一体式。

所述波纹管组合管路1两端的法兰16为管路连接法兰。

本实施例中波纹管结构的材质采用金属材质，具体可以为碳钢或不锈钢材质。

工作原理：

本发明的波纹管结构用于真空管路系统中，尤其是两个存在运动的接头之间，例如，本发明波纹管一端通过法兰连接在长晶炉内的提拉头上，另一端法兰连接在提拉绳的另外一端的一个部件或者真空腔体，真空腔体通过具有导引功能的波纹管由提拉头导引可以上下运动。波纹管在此的作用是作为一个可以上下伸展的部件为连接的下部腔体件提供真空通道。同时，由于外部导引组合导向筒，增加了径向刚度，既具有大变形量，又不会产生径向变形，影响波纹管的使用寿命。波纹管一、波纹管二和波纹管三通过组合导向筒进行导向并增加径向刚度，位于最下端的波纹管四通过内套筒进行导向和增加径向刚度。

本发明采用自有导引式的波纹管设计可以很好的解决传统波纹管的问题，即传统波纹管如果刚度过小，则侧向刚度不足，容易弯曲。若刚度过大，变形量无法满足实际中需要的要求，是本发明的独创性。

在波纹管没有侧向变形的情况下，既能满足径向大变形量的要求，又能很好的解决侧向刚度不足的问题。本发明侧向刚度通过外在的组合导向筒实现，虽然波纹管本身的刚度很小，但是由于外在组合导向筒的存在，不会发生侧向变形，满足了设计要求。

现有技术中，已出现圆锥形波纹管，例如CN 106090453 B公开的变径波纹管，本发明的波纹管结构与圆锥形波纹管区别在于:

1.本发明的波纹管采用小直径分段圆柱面波纹管，小直径圆柱面波纹管拉伸性能好，圆锥形波纹管拉伸性能差。

2.当两者采用相同尺寸的小直径端时，由于圆锥形波纹管外形是圆锥形，波纹管总体长度越大，圆锥形波纹管大端直径也会很大。当波纹管截面直径大于100mm时，随着直径越大，波纹管拉伸性能越来越差，直至无法拉伸。

3.当两者两端连接法兰相同时，本发明的波纹管长度不受两端连接法兰尺寸限制。圆锥形波纹管因圆锥外形限制，长度受两端连接法兰尺寸限制。同时圆锥形波纹管需要开模定做，成本相比本本发明的波纹管高很多。

5.本专利的波纹管采用组合管路并在其外侧设置组合导向筒结构可限制波纹管弯曲，保持直线状态。圆锥形波纹管使用时和普通圆柱面波纹管一样易弯曲。

6.本发明的波纹管采用分段结构，在管道压降方面，效果接近圆锥形波纹管。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。