凸轮平衡式波纹管补偿器

技术领域

本发明涉及一种波纹管补偿器，用来补偿管道的热胀冷缩。

背景技术

波纹管补偿器，其包括波纹管，波纹管的左右两端分别连接有接管，接管串联在管道中，波纹管中的流体介质会对波纹管产生推力，该推力通过管道传递到相连的外部设备上，容易对外部设备造成损伤。为阻止推力向外输出，现有技术常采用平衡式波纹管补偿器，其具有三个波纹管，即第一工作波纹管、第二工作波纹管和平衡波纹管，第一工作波纹管的右端与平衡波纹管的左端连接，平衡波纹管右端与第二工作波纹管的左端连接，第一工作波纹管的左端与第二工作波纹管的左端之间连接有拉杆，第一工作波纹管的右端与第二工作波纹管的右端之间也连接有拉杆，其中平衡波纹管的平均截面积为第一工作波纹管的平均截面积2倍，第一工作波纹管和第二工作波纹管的结构相同。平衡式波纹管补偿器需要使用三个波纹管，这使得其长度大大增加，其外径也大大增加。

发明内容

本发明的目的是在降低补偿器向外输出推力的基础上，减少波纹管的使用数量，减小波纹管补偿器的体积。

本发明的技术方案是，一种凸轮平衡式波纹管补偿器，其包括第一波纹管4，第二波纹管13，第一波纹管4与第二波纹管13之间焊接有第二环板11，第一波纹管4左端焊接有第一环板2，第二波纹管13右端焊接有第三环板15，其特征是，在第二环板11的外圆上对称地焊接有多个芯轴9，芯轴根部具有凸缘10，芯轴上套有槽板7，槽板上对称地设有的第一凸轮槽17和第二凸轮槽18，第一凸轮槽中插有第一柱体6，第一柱体通过第一横杆5与第一环板2固定连接，第二凸轮槽中插有第二柱体12，第二柱体通过第二横杆14与第三环板15固定连接。

本发明的特点是，凸轮槽对柱体的移动具有反作用力，该反作用力能抵消波纹管中流体介质产生的轴向推力，使补偿器输出的推力大大降低。

其有益效果是，取消了平衡波纹管，有利于降低生产成本，同时减小了补偿器的体积，方便运输和安装。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为第一凸轮槽的受力示意图。

附图标志：1-第一接管、2-第一环板、3-调节螺母、4-第一波纹管、5-第一横杆、6-第一柱体、7-槽板、8-蝶形弹簧、9-芯轴、10-凸缘、11-第二环板、12-第二柱体、13-第二波纹管、14-第二横杆、15-第三环板、16-第二接管、17-第一凸轮槽、18-第二凸轮槽。

实施方式

一种凸轮平衡式波纹管补偿器，其包括第一波纹管4，第二波纹管13，第一波纹管4右端焊接在第二环板11的左端，第二波纹管13的左端焊接在第二环板11的右端，第一波纹管4左端焊接有第一接管1，第一接管1上焊接有第一环板2，第二波纹管13右端焊接有第二接管16，第二接管上焊接有第三环板15。

在第二环板11的外圆上对称地设置有多个芯轴9，芯轴根部的凸缘10焊接在第二环板的外圆上，芯轴上套有槽板7，槽板上对称地设有的第一凸轮槽17和第二凸轮槽18，第一凸轮槽和第二凸轮槽不贯穿槽板，而是凹进槽板，第一凸轮槽中插有第一柱体6，第一柱体与第一横杆5的右端固定连接，第一横杆左端通过螺母3与第一环板2固定连接，第二凸轮槽中插有第二柱体12，第二柱体与第二横杆14的左端固定连接，第二横杆14的右端通过螺母与第三环板15固定连接。

本补偿器能消除流体介质在波纹管的轴向推力，如图2所示，图2为第一凸轮槽的受力示意图，第一凸轮槽曲线的表达式为，

r =R+Cα

其中r 为第一凸轮槽曲线上各点与槽板圆心之间的半径，R为基圆半径，基圆半径人为设定，C为比例常数，C人为设定，α为槽板绕芯轴转动的角度；r 随α变化而变化；

波纹管中流体介质产生的轴向推力F使波纹管沿轴向伸长，使第一柱体6向左移动，第二柱体19向右移动，轴向推力F通过第一柱体作用在在第一凸轮槽17上，第一凸轮槽对第一柱体的移动具有约束力，约束力的大小与C相关：

当C为零时，第一凸轮槽曲线为圆，流体介质的轴向推力F作用在第一凸轮槽上，不会产生切向分力Fa，只有法向分力Fb，法向分力Fb与轴向推力F大小相等、方向相反，槽板不能转动，柱体也不能移动，轴向推力F被第一凸轮槽所吸收。

当C不为零时，轴向推力F在第一凸轮槽上，可分解为法向分力Fb和切向分力Fa，槽板能转动，柱体能移动，即补偿器有推力输出。根据反作用定律，法向分力Fb的轴向分力Fz与轴向推力F的方向相反，补偿器输出的推力Fout为轴向分力Fz与轴向推力F之差，

即Fout=F-Fz

选择较小C值，能使Fz接近但小于F，这样输出的推力Fout会减小。

第二凸轮槽与第一凸轮槽对称设置并且结构相同，第二柱体和第二凸轮槽同样能消除流体介质在波纹管中的轴向推力。

热胀冷缩补偿原理是，当管道热胀位移时，可视为有外力介入，第一波纹管和第二波纹管被压缩，第一柱体和第二柱体向芯轴移动，槽板转动，即槽板的转动与管道的位移是同步，波纹管中流体介质产生的轴向推力大部分被槽板吸收，作用在管道上推力很小。当管道冷缩位移时，第一波纹管和第二波纹管被拉伸，第一柱体和第二柱体背向芯轴移动，槽板转动，补偿器中介质的轴向推力大部分被槽板吸收，作用在管道上推力很小。

为完全消除波纹管中的轴向推力，凸缘10与槽板之间设有蝶形弹簧8，在芯轴的顶端旋有螺母，螺母与槽板相贴，拧紧螺母，槽板压迫蝶形弹簧，增加槽板转动的摩擦力，如摩擦力等于或大于切向分力Fa，则波纹管中的轴向推力不会使槽板转动。

当管道热胀冷缩时，管道的应力仅需克服蝶形弹簧的摩擦力即可实现位移。