一种准零刚度膨胀节的制作方法

本技术涉及膨胀节，具体而言，涉及一种准零刚度膨胀节。

背景技术：

1、膨胀节习惯上也叫伸缩节。由构成其工作主体的波纹管(一种弹性元件)和端管、支架、法兰、导管等附件组成，是设置在容器壳体或管道上的一种挠性结构。膨胀节能够补偿因温度差与机械振动引起的附加应力，主要是利用其工作主体波纹管的有效伸缩变形，以吸收管线、导管、容器等由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化，或补偿管线、导管、容器等的轴向、横向和角向位移。除此之外，膨胀节也可用于降噪减振、供热上，为了防止供热管道升温时，由于热伸长或温度应力而引起管道变形或破坏，需要在管道上设置补偿器，以补偿管道的热伸长，从而减小管壁的应力和作用在阀件或支架结构上的作用力。由于其作为一种能自由伸缩的弹性补偿元件，具有工作可靠、性能良好、结构紧凑等优点，已广泛应用在化工、冶金、核能等部门。

2、波纹管膨胀节是用金属波纹管制成的一种膨胀节，能沿管道轴线方向伸缩，也可以少量弯曲。波纹管作为波纹管膨胀节的核心部件，具有柔性的特点，因此具备一定的减隔振能力，作为隔振元件广泛应用于管路减隔振方面。在某些高压管路系统中，为满足较大的承压能力，波纹管膨胀节中的波纹管需要较多的层数和厚度，因此导致波纹管膨胀节刚度较高，进而导致膨胀节固有频率偏高，在管路中隔振起始频率偏高，低频隔振效果较差。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本实用新型提供了一种准零刚度膨胀节。所述准零刚度膨胀节在保证膨胀节承压能力的同时，还能确保在特定振幅范围内动刚度接近零，大幅降低膨胀节隔振起始频率,扩大了隔振区间，提升管路低频隔振性能。

2、为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

3、一种准零刚度膨胀节，包括波纹管组件和端管组件，所述端管组件位于所述波纹管组件的端部，具体的，所述端管组件的外圆面设置弹簧球铰系统、连杆和第二球铰，所述连杆的两端分别与弹簧球铰系统和第二球铰连接；所述准刚度膨胀节可作为串联进管路的低频减震器使用，能确保在特定振幅范围内动刚度接近零。

4、在安装所述弹簧球铰系统时，对弹簧进行预压缩，使所述弹簧球铰系统、连杆和第二球铰处于水平的平衡状态。处于平衡状态的弹簧球铰系统、连杆和第二球铰组成了一个负刚度元件，当膨胀节产生轴向位移δx时，负刚度元件的负刚度状态被波纹管组件的正刚度状态约束，此时就会形成零刚度，在平衡位置附近δx范围内形成小刚度特性，即所谓的准零刚度。

5、优选的，所述弹簧球铰系统包括固定连接的弹簧和第一球铰，所述弹簧水平设置，所述弹簧与所述端管组件的外圆面之间设置第一球铰。

6、所述第二球铰位于所述端管组件的外圆面上并与所述膨胀节的中心轴线重合，所述连杆一侧固定连接所述第一球铰，另一侧固定连接所述第二球铰。该设置能够提高准零刚度膨胀节的隔振性能。

7、优选的，所述端管组件的外围设置固定连接的导向板和外部支架，所述导向板沿着所述膨胀节的径向方向向内凹陷形成导向槽，用于容置所述弹簧球铰系统。该设置便于弹簧和第一球铰在固定的δx振幅范围内在水平方向上移动，降低波纹管组件隔振起始频率。

8、优选的，所述外部支架固支，即所述外部支架的两端与所述端管组件固定连接，所述导向板位于所述外部支架靠近所述端管组件的一端，所述导向槽向靠近所述端管组件的一侧开口设置，使球铰、连杆和被压缩的弹簧在平衡状态时，能够处于同一水平位置，给膨胀节提供负刚度。

9、在本实用新型的实施例中，所述弹簧远离第一球铰的一端固定连接导向槽的侧壁，所述第一球铰受到外力时，所述弹簧被压缩或拉伸，同时带动第一球铰在导向槽中移动。

10、优选的，所述端管组件的外圆面还设置连接柱，所述第二球铰与所述连接柱固定连接，所述连接柱远离第二球铰的一侧与所述端管组件刚性连接。该设置能够平衡弹簧球铰系统被压缩时产生的弹力。

11、优选的，所述端管组件包括第一端管和第二端管，所述第一端管和第二端管分别位于所述波纹管组件的两端。第一端管和第二端管分别与波纹管组件的两端焊接连接，组成轴向型膨胀节。

12、优选的，所述端管组件的外圆面设置至少2个弹簧球铰系统，所述弹簧球铰系统沿所述膨胀节的中心轴线在第一端管或第二端管的外圆面对称设置。对称设置的弹簧球铰系统和第二球铰组成铰接结构，当波纹管组件产生位移时，在δx范围内的平衡位置形成准零刚度，使膨胀节进行有效的低频减隔震。

13、在本实用新型的一些实施例中，所述波纹管组件包括单波纹管、相串联的波纹管，或包含波纹管的内外压膨胀节本体中的任一种。

14、相对于现有技术，本实用新型所述的一种准零刚度膨胀节具有如下优势：

15、1)本实用新型中所述的负刚度元件与产生轴向位移的波纹管在平衡位置形成小刚度特性，即准零刚度，能够减小膨胀节的刚度，降低膨胀节的固有频率，使膨胀节减隔震范围向低频扩展。

16、2)将本实用新型提供的准零刚度膨胀节串联连接管路系统，压力稳定的工况下，在保证膨胀节承压能力的同时，还能确保在特定振幅范围内动刚度接近零，大幅降低膨胀节隔振起始频率,扩大了隔振区间,提升管路低频隔振性能。

17、3)本实用新型提供的准零刚度膨胀节结构简单，便于生产加工。

技术特征：

1.一种准零刚度膨胀节，包括波纹管组件和端管组件，所述端管组件位于所述波纹管组件的端部，其特征在于，所述端管组件的外圆面分别设置弹簧球铰系统(2)，连杆(3)和第二球铰(4)，所述连杆(3)的两端分别与弹簧球铰系统(2)和第二球铰(4)连接；

2.根据权利要求1所述的准零刚度膨胀节，其特征在于，所述弹簧球铰系统(2)包括固定连接的弹簧(2-1)和第一球铰(2-2)，所述弹簧(2-1)水平设置，所述弹簧(2-1)与所述端管组件的外圆面之间设置第一球铰(2-2)。

3.根据权利要求2所述的准零刚度膨胀节，其特征在于，所述第二球铰(4)位于所述端管组件的外圆面上并与所述膨胀节的中心轴线重合，所述连杆(3)一侧固定连接所述第一球铰(2-2)，另一侧固定连接所述第二球铰(4)。

4.根据权利要求1所述的准零刚度膨胀节，其特征在于，所述端管组件的外围设置固定连接的导向板和外部支架，所述导向板沿着所述膨胀节的径向方向向内凹陷形成导向槽，用于容置所述弹簧球铰系统(2)。

5.根据权利要求4所述的准零刚度膨胀节，其特征在于，所述外部支架的两端与所述端管组件固定连接，所述导向板位于所述外部支架靠近所述端管组件的一端，所述导向槽向靠近所述端管组件的一侧开口设置。

6.根据权利要求2所述的准零刚度膨胀节，其特征在于，所述弹簧(2-1)远离第一球铰(2-2)的一端固定连接导向槽的侧壁，所述第一球铰(2-2)受到外力时，所述弹簧(2-1)被压缩或拉伸，同时带动第一球铰(2-2)在导向槽中移动。

7.根据权利要求1所述的准零刚度膨胀节，其特征在于，所述端管组件的外圆面还设置连接柱(7)，所述第二球铰(4)与所述连接柱(7)固定连接，所述连接柱(7)远离第二球铰(4)的一侧与所述端管组件刚性连接。

8.根据权利要求1所述的准零刚度膨胀节，其特征在于，所述端管组件包括第一端管(1)和第二端管(6)，所述第一端管(1)和第二端管(6)分别位于所述波纹管组件的两端。

9.根据权利要求8所述的准零刚度膨胀节，其特征在于，所述端管组件的外圆面设置2个弹簧球铰系统(2)，所述弹簧球铰系统(2)沿所述膨胀节的中心轴线在第一端管(1)或第二端管(6)的外圆面对称设置。

10.根据权利要求1所述的准零刚度膨胀节，其特征在于，所述波纹管组件包括单波纹管、相串联的波纹管，或包含波纹管的内外压膨胀节本体中的任一种。

技术总结本技术提供了一种准零刚度膨胀节，包括波纹管组件和端管组件，所述端管组件位于所述波纹管组件的端部，所述端管组件的外圆面分别设置弹簧球铰系统，连杆和第二球铰，所述连杆的两端分别与弹簧球铰系统和第二球铰连接；具体在安装所述弹簧球铰系统时，对弹簧进行预压缩，使所述弹簧球铰系统、连杆和第二球铰处于水平的平衡状态。本技术提供的准零刚度膨胀节在保证膨胀节承压能力的同时，还能确保在特定振幅范围内动刚度接近零，大幅降低膨胀节隔振起始频率,扩大了隔振区间，提升管路低频隔振性能。技术研发人员：张力伟,李双印,尹帅,刘岩,张国华,欧留功受保护的技术使用者：中船双瑞（洛阳）特种装备股份有限公司技术研发日：20231019技术公布日：2024/9/17