膨胀节和管道系统
技术领域
本发明涉及膨胀节技术领域，具体而言，涉及一种膨胀节和管道系统。
背景技术
膨胀节是指能有效地起到补偿轴向和横向变形作用的密闭承压挠性元件。在较高或较低内压的情况下，会对两端设备产生极大的盲板力，在大多数情况下，膨胀节两端的焊缝、管道或设备根本无法承受较大的作用力，从而导致焊缝、管道或设备损毁和破坏，造成重大生产事故。针对膨胀节使用过程中可能存在的危害，工程应用上也存在一些无盲板力的有约束型膨胀节。
经研究发现，现有的无盲板力的膨胀节存在如下缺点：
无盲板力的膨胀节的结构复杂，体积庞大，成本高，适用范围窄。
发明内容
本发明的目的在于提供一种膨胀节和管道系统，其能够简化膨胀节结构，缩小安装尺寸，降低成本，且适用范围更广。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，实施例提供一种膨胀节，包括：
第一接头、弹性管、第二接头、连接杆、限位件和驱动机构，第一接头与第二接头分别连接于弹性管的两端；连接杆同时连接于第一接头和第二接头，且第二接头与连接杆沿连接杆的延伸方向滑动配合；限位件与连接杆沿连接杆的延伸方向滑动配合；
驱动机构包括温度传感器、控制器和驱动件，驱动件设于第二接头上且与限位件传动连接；温度传感器用于检测膨胀节的温度，控制器同时与温度传感器和驱动件通信连接，用于依据温度控制驱动件驱使限位件相对于连接杆滑动，以使第二接头能够在膨胀节因为温度变化产生随限位件的移动而移动的位移，以减弱盲板力及刚度弹力对系统的作用力。
在可选的实施方式中，连接杆与第一接头和第二接头中的至少一个在连接杆的周向上相对固定，限位件与连接杆螺接，驱动件用于驱使限位件相对于连接杆转动，从而使限位件沿连接杆的延伸方向相对于连接杆滑动。
在可选的实施方式中，驱动机构还包括传动组件，驱动件与传动组件连接，传动组件与限位件连接，驱动件通过传动组件驱使限位件相对于连接杆滑动。
在可选的实施方式中，传动组件包括传动轮和传动带，传动带绕设在传动轮和限位件外，传动轮安装在驱动件的输出轴上，驱动件用于驱使传动轮转动，并通过传动带带动限位件转动。
在可选的实施方式中，传动轮以及限位件均设置为链轮或齿轮，传动带设置为链条或齿形带。
在可选的实施方式中，连接杆的数量为多根，多根连接杆在弹性管的周向上间隔排布；每根连接杆均与第一接头和第二接头连接。
在可选的实施方式中，限位件的数量为多个，多个限位件与多根连接杆一一对应且滑动配合；多个限位件用于共同限制第二接头的滑动范围。
在可选的实施方式中，弹性管的数量为多个，多个弹性管依次排列；膨胀节还包括中间管，相邻弹性管通过中间管连接。
在可选的实施方式中，膨胀节还包括位移传感器，位移传感器用于检测限位件相对于连接杆的滑动距离。
第二方面，实施例提供一种管道系统，管道系统包括：
前述实施方式中任一项的膨胀节。
本发明实施例的有益效果包括，例如：
综上所述，本实施例提供的膨胀节，在使用过程中能够根据工作环境的不同实现自动调节，结构简单合理，体积小，成本低，且能够在多种场合下使用，使用范围广。换句话说，该膨胀节通过设置温度传感器来检测膨胀节在工作过程中的温度变化，根据温度的变化来驱动调节对应限位件的位置，且限位件移动至设定位置后固定。膨胀节由于系统温度的变化而形成热位移，同时在膨胀节内外压差的作用下，第二接头产生沿连接杆的延伸方向靠近或者远离第一接头的趋势，且由于限位件能够在驱动件的作用下移动，使得限位件不会阻碍第二接头而使第二接头能够在压差的作用下进行相应的滑动，从而吸收较大的轴向压缩、拉伸位移以及横向位移。并且，在压差的作用下弹性管自身发生轴向和径向的形变，最终达到减小甚至消除盲板力及刚度弹力对系统的作用力的目的，保证膨胀节工作的可靠性。同时，由于限位件滑动后位置固定，限位件起到限制第二接头滑动距离的作用，当第二接头运动至与限位件抵持后，第二接头不能够继续运动，内部压力作用在第二接头上后，部分内压被限位件和连接杆吸收，起到限制膨胀节过度变形的作用，降低焊缝、管道或设备损毁和破坏的概率，提高安全性。
本实施例提供了一种管道系统，包括上述的膨胀节，流体输送过程中系统运行安全可靠，不易损坏，降低故障发生率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例的膨胀节的结构示意图；
图2为本发明实施例的膨胀节的侧视结构示意图；
图3为本发明实施例的膨胀节的第一变形结构的结构示意图；
图4为本发明实施例的膨胀节的第二变形结构的结构示意图；
图5为本发明实施例的膨胀节的第三变形结构的结构示意图；
图6为本发明实施例的第一法兰盘的结构示意图；
图7为本发明实施例的第二法兰盘的结构示意图。
图标:
001-膨胀节；100-第一接头；110-第一等径段；120-第一变径段；130-第二等径段；200-弹性管；300-第二接头；400-连接杆；410-球面垫圈；500-限位件；600-驱动机构；610-温度传感器；620-控制器；630-驱动件；640-传动组件；641-传动轮；642-传动带；650-张紧轮；700-第一法兰盘；710-第一圆孔；720-第一安装孔；800-第二法兰盘；810-第二圆孔；820-第二安装孔；900-中间管；910-第三等径段；920-第二变径段；930-第四等径段。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例提供了一种膨胀节001，至少具有结构简单合理、成本低、自动化调节和使用范围广的优点。
请参阅图1和图2，本实施例中，膨胀节001包括第一接头100、弹性管200、第二接头300、连接杆400、限位件500和驱动机构600，第一接头100与第二接头300分别连接于弹性管200的两端；连接杆400同时连接于第一接头100和第二接头300，且第二接头300与连接杆400沿连接杆400的延伸方向滑动配合；限位件500与连接杆400沿连接杆400的延伸方向滑动配合。
驱动机构600包括温度传感器610、控制器620和驱动件630，驱动件630设于第二接头300上且与限位件500传动连接；温度传感器610用于检测膨胀节001的温度，控制器620同时与温度传感器610和驱动件630通信连接，用于依据温度控制驱动件630驱使限位件500相对于连接杆400滑动，以使第二接头300能够在膨胀节001因为温度变化产生随限位件500的移动而移动的位移，以减弱或吸收盲板力及刚度弹力对系统的作用力。
本实施例提供的膨胀节001，在使用过程中能够根据工作环境的不同实现自动调节，结构简单合理，体积小，成本低，且能够在多种场合下使用，使用范围广。换句话说，该膨胀节001通过设置温度传感器610来检测膨胀节001在工作过程中的温度，根据温度的变化通过驱动件630来对应调节限位件500的位置，且限位件500移动至设定位置后固定。膨胀节001由于系统温度的变化而形成热位移，同时在膨胀节内外压差的作用下，第二接头300产生沿连接杆400的延伸方向靠近或者远离第一接头100的趋势，且由于限位件500能够在驱动件630的作用下移动，使得限位件500不会阻碍第二接头300而使第二接头300能够在内压力的作用下进行相应的滑动，从而吸收较大的轴向压缩、拉伸位移及横向位移。并且，在内压力的作用下弹性管200自身发生轴向和径向的形变，最终达到减小甚至消除盲板力及刚度弹力对系统的作用力的目的，保证膨胀节001工作的可靠性。同时，由于限位件500滑动后位置固定，限位件500起到限制第二接头300滑动距离的作用，当第二接头300运动至与限位件500抵持后，第二接头300不能够继续运动，内部压力作用在第二接头300上后，部分内压被限位件500和连接杆400吸收，起到限制膨胀节001过度变形的作用，降低焊缝、管道或设备损毁和破坏的概率，提高安全性。
需要说明的是，系统包括膨胀节和与膨胀节连接的管道等。
需要说明的是，控制器620中设有在在不同起始温度和不同温差下所对应的驱动件630需要驱使限位件500滑动设定距离的程序，换句话说，当温度传感器610检测到膨胀节001内的温度由t1升高或者降低至t2后，温度传感器610将检测获得的温度信息传递至控制器620，控制器620依据该温度信息生成相应的控制指令，从而控制驱动件630运动，以使驱动件630带动限位件500滑动距离s。
应当理解，温度的变化与滑动距离s的对应关系可以按需进行设置，在此不进行详细说明。
此外，本实施例提供的控制器620，可以是膨胀节001自身的控制器620，还可以是与膨胀节001配套使用的控制器620，控制器620至少满足能够接收温度传感器610检测获得的温度信息并生成相应的控制指令，并通过控制指令控制驱动件630运动即可。
此外，刚度弹力包括弹性管200压缩或者伸长后产生的作用力。
请参阅图1或者图4，本实施例中，可选的，第一接头100包括第一等径段110、第一变径段120和第二等径段130，第一等径段110的一端和第一变径段120的较大的一端连通，第一变径段120的较小的一端与第二等径段130的一端连通。
可选的，第一等径段110可以是圆管，第一变径段120可以是圆锥管，第二等径段130可以是圆管。进一步的，第一等径段110、第一变径段120和第二等径段130同轴。
可选的，第一等径段110、第一变径段120和第二等径段130可以分别加工后再通过焊接等工艺固定为一体。显然，第一接头100也可以一体成型。
请参阅图1以及结合图6，本实施例中，可选的，膨胀节001还包括第一法兰盘700，第一法兰盘700可以是矩形板。第一法兰盘700套设在第一等径段110外，第一法兰盘700可以与第一等径段110焊接固定。
可选的，第一法兰盘700中部设置有与第一等径段110的外径基本相等的第一圆孔710，第一法兰盘700上围绕中部的第一圆孔710设有至少一个第一安装孔720，第一安装孔720可以是圆形孔或者方形孔，第一安装孔720和第一圆孔710的轴线平行。第一法兰盘700利用其圆孔套设在第一等径段110外，再将二者采用焊接等方式固定。
当第一法兰盘700上的第一安装孔720的数量为多个时，多个第一安装孔720沿第一圆孔710的周向均匀间隔排布，例如，本实施例中，第一法兰盘700上设有四个第一安装孔720。
需要说明的是，第一法兰盘700还可以是圆板或者其他形状的板。
本实施例中，可选的，第二接头300可以为圆管，第二接头300的内径和外径按需设置，例如，本实施例中，第二接头300的内径与第一等径段110的内径相等，第二接头300的外径与第一等径段110的外径相等。
请参阅图1以及结合图7，可选的，膨胀节001还包括第二法兰盘800，第二法兰盘800可以是方形板。第二法兰盘800与第二接头300连接。
进一步的，第二法兰盘800的中部设有第二圆孔810，第二圆孔810的内径与第二接头300的外径基本相等。第二法兰盘800上围绕第二圆孔810还布设有至少一个第二安装孔820，至少一个第二安装孔820的数量可以与至少一个第一安装孔720的数量相等且一一对应，相对应的一个第一安装孔720和一个第二安装孔820成对设置且同轴。例如，本实施例中，第二安装孔820的数量为四个。第二法兰盘800通过其第二圆孔810套设在第二接头300外，第二法兰盘800与第二接头300可以采用焊接等方式固定连接。
需要说明的是，第二法兰盘800还可以是圆板等。
本实施例中，可选的，弹性管200为能够发生径向和轴向形变的可变形的管件，弹性管200可以是但不限于是波纹管。
需要说明的是，弹性管200的数量按需设置，例如，可以在第一接头100和第二接头300之间设置一个弹性管200，或者可以在第一接头100和第二接头300设置至少两个弹性管200。当弹性管200的数量为一个时，弹性管200的两端分别与第一接头100和第二接头300连接。当弹性管200的数量为至少两个时，至少两个弹性管200在连接杆400的延伸方向上依次排列，且位于最外侧的两个弹性管200分别与第一接头100和第二接头300连接，任意相邻两个弹性管200通过一个中间管900连接。
请参阅图1，可选的，中间管900包括第三等径段910、第二变径段920和第四等径段930，第三等径段910与第二变径段920的较大的一端连接，第二变径段920较小的一端与第四等径段930连接。
可选的，第三等径段910和第四等径段930均为圆管，第二变径段920为圆锥管，第三等径段910、第二变径段920和第四等径段930同轴。
请参阅图4或者图5，本实施例中，当膨胀节001包括一个弹性管200时，弹性管200套设在第一接头100的第二等径段130外，且第二接头300与弹性管200远离第一接头100的一端连接。温度传感器610设置在第一等径段110的内壁上。
请参阅图1或者图3，本实施例中，当膨胀节001包括两个弹性管200时，靠近第一接头100的弹性管200套设在第二变径段920外且与第一等径段110连接，且其远离第一接头100的一端与第三等径段910连接；靠近第二接头300的弹性管200套设在第四等径段930外且与第三等径段910连接，且其远离第一接头100的一端与第二接头300连接。温度传感器610设置在第三等径段910的内壁上。
本实施例中，连接杆400可以是圆柱形杆，连接杆400上至少设有至少一段外螺纹。进一步的，每根连接杆400外套设有垫圈，垫圈可以是球面垫圈410。
需要说明的是，连接杆400的数量与第一安装孔720或者第二安装孔820的数量相等，换句话说，一根连接杆400同时插接在成对的第一安装孔720和第二安装孔820内。
可选的，每根连接杆400插接在第一安装孔720内且均与第一法兰盘700固定连接，也即，连接杆400与第一法兰盘700在连接杆400的延伸方向上相对固定，以及在连接杆400的周向上相对固定。第二法兰盘800与连接杆400在连接杆400的延伸方向上滑动配合，从而实现第二接头300与第一接头100在连接杆400的延伸方向上滑动配合。
本实施例中，可选的，限位件500设为链轮，限位件500设有螺纹孔，螺纹孔的轴线与限位件500的轴线共线。
需要说明的是，限位件500的数量与连接杆400的数量相等，二者一一对应且限位件500与连接杆400的外螺纹螺接配合，垫圈位于限位件500和第二法兰盘800之间。当限位件500的数量为多个时，多个限位件500共同限制第二接头300的运动范围。例如，本实施例中，限位件500的数量为四个。当限位件500在对应的连接杆400上转动时，由于二者为螺纹配合，限位件500与连接杆400能够实现在连接杆400的延伸方向上相对滑动，且限位件500滑动至设定位置后，限位件500与连接杆400具有自锁功能，限位件500不易自动相对于连接杆400滑动，限位件500滑动至设定位置后在撤销对其的驱动力的情况下自动固定，运行可靠性高。
本实施例中，可选的，驱动件630可以是各类电机。显然，在其他实施例中，驱动件630还可以是气动、液压马达。驱动件630还可以与减速机构连接，通过减速机构将扭矩输出至限位件500。
可选的，驱动机构600还包括传动组件640，传动组件640包括传动轮641、传动带642和张紧轮650。传动轮641与电机的输出轴连接，电机用于驱动传动轮641转动。传动带642绕设在传动轮641以及限位件500外，也即，传动带642被传动轮641和限位件500所支撑并张紧，传动轮641在电机驱动下转动时，传动带642转动并带动限位件500相对于对应的连接杆400转动。
可选的，传动轮641为链轮或者齿轮。传动带642为与链轮配合的链条或者与齿轮配合的齿形带。
在其他实施例中，限位件500可以不是链轮，例如，限位件500为齿轮，传动组件640为齿轮传动组件640。
可选的，张紧轮650安装在第二法兰盘800上，张紧轮650能够相对于第二法兰盘800活动以调节张紧轮650的位置，从而调节张紧轮650作用在传动带642上的抵持力，最终实现传动带642的松紧调节。
本实施例提供的膨胀节001，四根连接杆400的一端均穿设在第一安装孔720内且与第一法兰盘700固定连接，四根连接杆400的另一端穿设在第二安装孔820内且与第二法兰盘800滑动配合。四个限位件500分别螺接在四根连接杆400外，用于共同限定第二法兰盘800的移动范围。电机安装在第二法兰盘800上，电机的输出轴上安装有传动轮641，传动轮641能够在电机的输出轴的驱动下转动。传动带642同时绕设在传动轮641和四个限位件500外，当电机启动后，带动传动轮641转动，从而通过传动带642带动四个限位件500转动，四个限位件500相对于连接杆400滑动，电机跟随第二接头300和第二法兰盘800一起相对于连接杆400滑动，从而使整个驱动机构600能够正常作业。
在连接杆400与第二法兰盘800之间用键等机构来防止二者相对转动，四根连接杆400的一端与第二法兰盘800之间只能在连接杆400上滑动，也即连接杆400不能够相对于第二法兰盘800转动。
需要说明的是，膨胀节001的工作环境包括正压场合和负压场合，正压是场合指膨胀节001温度升高后内部压力大于外部压力，使膨胀节001产生膨胀力，负压场合是指膨胀节001温度降低后内部压力小于外部压力，使膨胀节001产生收缩力。
请参阅图1或者图4，当膨胀节001应用于正压场合时，限位件500位于第二法兰盘800远离第一接头100的一侧，当温度传感器610检测到温度升高后，电机驱动传动轮641转动，并通过传动带642带动四个限位件500一起转动，使限位件500远离或者靠近第一接头100，此时，在正压作用下，第二接头300随限位件500的移动而靠近限位件500，且使第二法兰盘800抵持于限位件500上，从而减弱盲板力等对系统的作用力。
请参阅图3或者图5，当膨胀节001应用于负压场合时，限位件500位于第二法兰盘800靠近第一接头100的一侧，当温度传感器610检测到温度降低后，电机驱动传动轮641转动，并通过传动带642带动四个限位件500一起转动，使限位件500靠近或者远离第一接头100，此时，在负压作用下，第二接头300随限位件500的移动而靠近限位件500，且使第二法兰盘800抵持于限位件500上，从而减弱系统的盲板力作用。
需要说明的是，温度传感器610的数量和位置按需设置，在此不进行一一列举，可以将多个温度传感器610检测的数值中综合后再传递至控制器620，通过控制器620控制驱动件630驱使限位件500运动。
本实施例中，可选的，膨胀节001还包括角度或者位移传感器，传感器与控制器620通信连接，传感器用于检测限位件500的移动距离，以提高限位件500运动位置的准确性。
本实施例中，可选的，膨胀节001还包括太阳能发电机构，太阳能发电机构与电机和控制器620电连接。显然，在其他实施例中，可以在膨胀节001上安装蓄电池或者将膨胀节001所需用电的零部件与市电接通。
本实施例中，需要说明的是，第一接头100也可以设置为与连接杆400滑动配合，从而实现第一接头100和第二接头300均能够运动，最终达到第一接头100和第二接头300相对靠近或者远离的目的。
本实施例中，可选的，膨胀节001还可通过控制系统实现有线或无线的远程控制、报警等操作。
本实施例还提供了一种管道系统，包括上述提到的膨胀节001。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
