CN110701412B - 水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节，包括入口压力短管、出口压力短管、入口波芯环、出口波芯环、波壳体、用于对波壳体起径向支撑作用的刚体环以及用于将波壳体的中间的介质压力传递到刚体环的波芯体，波壳体与入口波芯环以及波壳体与出口波芯环之间均留有弹变间隙，以使波壳体复杂受力产生弯曲变形时将力分别通过波壳体的两端传递至入口波芯环和出口波芯环，形成对波壳体的两端的边坡保护，波芯体分块装于波壳体的内向波腔和刚体环之间，波芯体与内向波腔的内壁面之间保持一个相对的弹变间隙，形成对波壳体的中坡的保护。本发明的水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节，柔性好，承力大，零泄漏，使用寿命长。

Description

水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节

技术领域

本发明涉及一种用于连接金属管道而形成输送管道的伸缩节装置技术领域，特别地，涉 及一种水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节。

背景技术

用于输送物质的金属管道，尤其是较大管径或大管径以及较高水压或特高水压的金属管 道，由于受被输送物质物理性质或自然环境的影响而产生钢管变位，由此产生的径向应力容 易造成管道被破坏，特别是较大管径或大管径以及较高水压或特高水压的金属管道更容易遭 到破坏。为此，在金属管道的相处连接处需设置伸缩节装置(亦称伸缩节接头)，以避免因径 向应力所造成的破坏。

传统的套管式伸缩节装置，其结构虽然简单，但存在严重漏水的缺陷并无法克服。

1998年12月16日公开的(公开号：CN2300785Y)“***漏的管道伸缩节装置”的非亚刚体结构，其结构见图1，该装置有两短管(图1示短管1和短管2)和套管3，两短管的接 口端均位于套管内，套管3一端部与一短管(图1示短管1)的管壁连接，套管3另一端部内 壁面与另一短管(图1示短管2)端部外壁面配合接触，并有一定的配合间隙，即套管3另一 端与短管2外壁面配合和、并可产生相对轴向滑移的自由端，两短管的接口端之间有伸缩间 隙4，该伸缩间隙内设置波纹管段5，波纹管段两端分别与两短管的接口端密封状态连接。克 服了传统的套管式伸缩节装置严重漏水的技术问题，可保证低水头、小管径的金属管道***漏，但是由于缺乏径向支撑传递径向力的波芯体，当用于大管径、较高压的压力钢管时，波纹管需承受相应的大的径向力，在该情况下，薄壳结构的波纹管段将因承受过大的径向力而 产生过量的向外鼓胀变形，导致其本体与短管的连接部位容易破坏，以及薄壳型的波纹管段 的使用寿命短。

现有的伸缩节装置，虽然克服了“***漏的管道伸缩节装置”用于大管径、较高压的压 力钢管时波纹管段向外鼓胀变形的技术问题，可保证大管径、高水压金属管道***漏，但是， 现有的伸缩节装置没有对波壳体的中坡和边坡进行保护，导致伸缩节装置的结构容易受损、 承力小、使用寿命短的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节，以解决现有的伸缩节装置结构容 易受损、承力小、使用寿命短的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节，包括入口压力短管、出口压力短管、入口波芯 环、出口波芯环、波壳体、用于对波壳体起径向支撑作用的刚体环以及用于将波壳体的中间 的介质压力传递到刚体环的波芯体，入口压力短管和出口压力短管相对地设置，入口波芯环 焊接密封连接在入口压力短管的出口端的端面上，出口波芯环焊接密封连接在出口压力短管 的入口端的端面上，入口波芯环和出口波芯环之间设有轴向伸缩间隙，轴向伸缩间隙内沿轴 向设有波壳体，波壳体的两端分别与入口波芯环和出口波芯环通过焊接密封连接，并且波壳 体与入口波芯环以及波壳体与出口波芯环之间均留有弹变间隙，以使波壳体复杂受力产生弯 曲变形时将力分别通过波壳体的两端传递至入口波芯环和出口波芯环，形成对波壳体的两端 的边坡保护，刚体环套装在波壳体***，刚体环的两端分别与入口压力短管和出口压力短管 的外壁面密封套装连接并设有至少一个自由端，波壳体、波芯体和刚体环组合形成柔性高强 度管形密封伸缩承压结构，波壳体承受的水压通过波芯体安全可靠地传递到刚体环上；波芯 体分块装于波壳体的内向波腔和刚体环之间，波芯体与内向波腔的内壁面之间保持一个相对 的弹变间隙，以使波壳体复杂受力产生弯曲变形时将力通过波芯体传递至刚体环，形成对波 壳体的中坡的保护。

进一步地，入口波芯环的出口端为朝向波芯环设置的楔形坡面，入口波芯环的出口端与 波壳体的入口端焊接密封连接并留有楔形弹变间隙以便将波壳体的入口端受到的力传递至波 芯环，出口波芯环的入口端为朝向波芯环设置的楔形坡面，出口波芯环的入口端与波壳体的 出口端焊接密封连接并留有楔形弹变间隙以便将波壳体的出口端受到的力传递至波芯环。

进一步地，块状的波芯体为吸振耐磨体，波芯体由刚质材料被吸振耐磨材料外包组成。

进一步地，波芯体的横截面的形状为倒梯形、圆形、椭圆形或半圆形。

进一步地，波芯体的横截面的形状与内向波腔的弹性形变间隙的横截面形状相匹配。

进一步地，波芯体多块，多块波芯体沿刚体环的周向分块充填波壳体的内向波腔。

进一步地，水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节还包括密封圈和压紧机构，刚体环具有固 定端和自由端，刚体环的固定端与入口压力短管的外壁面焊接，刚体环的自由端通过压紧机 构和密封圈与出口压力短管的外壁面密封连接。

进一步地，压紧机构为处于刚体环的自由端一侧的压环，密封圈卡设于压环和刚体环之 间。

进一步地，入口压力短管的入口端设有入口法兰盘，出口压力短管的出口端设有出口法 兰盘。

进一步地，水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节还包括沿轴向设于波壳体的内腔内的抗磨 环，抗磨环的第一端设于入口压力短管的出口端的侧壁上，抗磨环的第二端与出口压力短管 的入口端的侧壁之间设有第二间隙，抗磨环的外壁面与波壳体的内向波顶之间设有第三间隙。

本发明具有以下有益效果：

本发明的水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节，通过入口波芯环和出口波芯环之间设有轴 向伸缩间隙，轴向伸缩间隙内沿轴向设有波壳体，刚体环套装在波壳体***，刚体环的两端 分别与入口压力短管和出口压力短管的外壁面密封连接，使入口波芯环与入口压力短管的连 接和出口波芯环与出口压力短管的连接均处于刚体环的套装区域内，得到刚体环的密封保护， 防止连接处因外部因素受损；通过波壳体和入口波芯环以及出口波芯环密封连接构成第一层 弹性密封层，通过刚体环和入口压力短管以及出口压力短管密封连接构成第二层刚性密封层， 使波壳体得到双层密封保护，并且不会构成相互的密封干扰以及活动阻碍，从而构成双重的 稳定密封组合结构；通过波壳体的两端分别与入口波芯环和出口波芯环通过焊接密封连接， 且波壳体与入口波芯环以及波壳体与出口波芯环之间均留有弹变间隙，以使波壳体复杂受力 产生弯曲变形时将力分别通过波壳体的两端传递至入口波芯环和出口波芯环，形成对波壳体 的两端的边坡保护；通过波芯体分块装于波壳体的内向波腔和刚体环之间，且波壳体与入口 波芯环以及波壳体与出口波芯环之间均留有弹变间隙，以使波壳体复杂受力产生弯曲变形时 将力分别通过波壳体的两端传递至入口波芯环和出口波芯环，波芯体与内向波腔的内壁面之 间保持一个相对的弹变间隙，以使波壳体复杂受力产生弯曲变形时将力通过波芯体传递至刚 体环，形成对波壳体的中坡的保护，可以将波壳体受到的径向的介质压力传递给刚体环，防 止波壳体损坏，水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节，柔性好，承力大，零泄漏，使用寿命长； 并且，由于水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节主要包括波壳体、波芯体和刚体环，波壳体、 波芯体和刚体环组合形成柔性高强度管形密封伸缩承压结构，管内波壳体承受的水压通过波 芯体安全可靠地传递到刚体环上，而刚体环的壁厚按照压力钢管设计规范设计，因此水电站 压力钢管亚刚体结构伸缩节具有与既定压力钢管等同PD值(设计压力值)的承受能力，水电 站压力钢管亚刚体结构伸缩节的全密封金属波壳体结构，使水电站压力钢管亚刚体结构伸缩 节既有良好的伸缩变为能力，又达到全密封滴水不同的密封效果，彻底解决了传动伸缩节的 漏水难题。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面 将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及 其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是“***漏的管道伸缩节装置”的结构示意图；

图2是本发明优选实施例水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节的结构示意图；

图3是图2中A处的放大图。

图例说明：

100、水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节；10、入口压力短管；11、弹变间隙；12、第二 间隙；13、第三间隙；20、出口压力短管；30、入口波芯环；31、轴向伸缩间隙；40、出口 波芯环；50、波壳体；51、外向波顶；52、内向波腔；53、内向波顶；60、刚体环；70、波 芯体；71、刚性件；72、耐磨件；80、密封圈；90、压环；91、抗磨环。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的 多种不同方式实施。

图1是“***漏的管道伸缩节装置”的结构示意图；图2是本发明优选实施例水电站压 力钢管亚刚体结构伸缩节的结构示意图；图3是图2中A处的放大图。图3中的箭头表示介质流动方向。

如图2和图3所示，本实施例的水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节100，包括入口压力短 管10、出口压力短管20、入口波芯环30、出口波芯环40、波壳体50、用于对波壳体50起径 向支撑作用的刚体环60以及用于将波壳体50的中间的介质压力传递到刚体环60的波芯体70， 入口压力短管10和出口压力短管20相对地设置，入口波芯环30焊接密封连接在入口压力短 管10的出口端的端面上，出口波芯环40焊接密封连接在出口压力短管20的入口端的端面上， 入口波芯环30和出口波芯环40之间设有轴向伸缩间隙31，轴向伸缩间隙31内沿轴向设有波 壳体50，波壳体50的两端分别与入口波芯环30和出口波芯环40通过焊接密封连接，并且波 壳体50与入口波芯环30以及波壳体50与出口波芯环40之间均留有弹变间隙，以使波壳体 50复杂受力产生弯曲变形时将力分别通过波壳体50的两端传递至入口波芯环30和出口波芯 环40，形成对波壳体50的两端的边坡保护，刚体环60套装在波壳体50***，刚体环60的 两端分别与入口压力短管10和出口压力短管20的外壁面密封套装连接并设有至少一个自由 端，波壳体50、波芯体70和刚体环60组合形成柔性高强度管形密封伸缩承压结构，波壳体 50承受的水压通过波芯体70安全可靠地传递到刚体环60上；波芯体70分块装于波壳体50 的内向波腔52和刚体环60之间，波芯体70与内向波腔52的内壁面之间保持一个相对的弹 变间隙，以使波壳体50复杂受力产生弯曲变形时将力通过波芯体70传递至刚体环60，形成 对波壳体50的中坡的保护。本发明的水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节100，通过入口波芯 环30和出口波芯环40之间设有轴向伸缩间隙31，轴向伸缩间隙31内沿轴向设有波壳体50， 刚体环60套装在波壳体50***，刚体环60的两端分别与入口压力短管10和出口压力短管 20的外壁面密封连接，使入口波芯环30与入口压力短管10的连接和出口波芯环40与出口压 力短管20的连接均处于刚体环60的套装区域内，得到刚体环60的密封保护，防止连接处因 外部因素受损；通过波壳体50和入口波芯环30以及出口波芯环40密封连接构成第一层弹性 密封层，通过刚体环60和入口压力短管10以及出口压力短管20密封连接构成第二层刚性密 封层，使波壳体50得到双层密封保护，并且不会构成相互的密封干扰以及活动阻碍，从而构 成双重的稳定密封组合结构；通过波壳体50的两端分别与入口波芯环30和出口波芯环40通 过焊接密封连接，且波壳体50与入口波芯环30以及波壳体50与出口波芯环40之间均留有 弹变间隙，以使波壳体50复杂受力产生弯曲变形时将力分别通过波壳体50的两端传递至入 口波芯环30和出口波芯环40，形成对波壳体50的两端的边坡保护；通过波芯体70分块装于 波壳体50的内向波腔52和刚体环60之间，且波壳体50与入口波芯环30以及波壳体50与 出口波芯环40之间均留有弹变间隙，以使波壳体50复杂受力产生弯曲变形时将力分别通过 波壳体50的两端传递至入口波芯环30和出口波芯环40，波芯体70与内向波腔52的内壁面 之间保持一个相对的弹变间隙，以使波壳体50复杂受力产生弯曲变形时将力通过波芯体70 传递至刚体环60，形成对波壳体50的中坡的保护，可以将波壳体50受到的径向的介质压力 传递给刚体环60，防止波壳体60损坏，水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节100，柔性好，承 力大，零泄漏，使用寿命长；并且，由于水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节100主要包括波 壳体50、波芯体70和刚体环60，波壳体50、波芯体70和刚体环60组合形成柔性高强度管 形密封伸缩承压结构，管内波壳体50承受的水压通过波芯体70安全可靠地传递到刚体环60 上，而刚体环60的壁厚按照压力钢管设计规范设计，因此水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节 100具有与既定压力钢管等同PD值设计压力值的承受能力，水电站压力钢管亚刚体结构伸 缩,100的全密封金属波壳体结构，使水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节100既有良好的伸缩 变为能力，又达到全密封滴水不同的密封效果，彻底解决了传动伸缩节的漏水难题。

可以理解地，本发明的水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节可以用于水电站引水钢管管段 之间及引水钢管管段与水轮蜗壳入口端连接，可以用于不同管径、不同液体介质油、水的伸 缩节入口端与水电站压力钢管连接。

可以理解地，波壳体50可以为波纹管，波壳体50的波纹节的数量可以是一节，也可以 是多节，根据实际使用情况进行设置。

更优地，入口波芯环30、出口波芯环40和波壳体50采用相同的材质制成，以使入口压 力短管10和出口压力短管20密封状态连接，通过入口波芯环30、出口波芯环40和波壳体50采用相同的材质制成，薄软的波壳体50与其两端的入口波芯环30和出口波芯环40均采用相同的材质制成，由于用料的一致性继而保障了波壳体50两端接头的耐腐蚀性和使用寿命， 同时避免了厚度薄、表面软的波壳体50的两端直接与材质不同的入口压力短管10和出口压 力短管20焊接，防止焊接时波壳体50受损，提高了波壳体50的防腐蚀性能和结构性能，从 而提高了水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节100的使用寿命。在本实施例中，入口波芯环30、 出口波芯环40和波壳体50的材质相同，均为不锈钢材质，入口压力短管10和出口压力短管 20的材质相同，均为高强钢。刚体环60的两端分别与入口压力短管10和出口压力短管20的 外壁面密封连接并设有至少有一个自由端，具体为：刚体环60的两端的端部分别与入口压力 短管10和出口压力短管20的外壁面配合接触，并留有一定的配合间隙，即刚体环60的内壁 面与入口压力短管10和出口压力短管20的外壁面之间有一定的径向配合间隙，在保证刚体 环60的自由端可沿轴向滑移的同时，由于使波壳体50的外向波顶51接触或趋向于接触刚体 环60的内壁面，从而在波壳体50受到径向压力作用而向外鼓胀变形时，刚体环60对波壳体 50起刚性支撑作用；由于入口波芯环30和出口波芯环40之间设有轴向伸缩间隙31，轴向伸 缩间隙31内沿轴向设有波壳体50，波壳体50的两端分别与入口波芯环30、出口波芯环40 密封连接，且设在轴向伸缩间隙31内的波壳体50在外力作用下具有轴向可伸缩性，在保证 了水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节100的密封性的同时，可以满足金属管道因温度影响产 生的轴向伸缩，有效消除管道的轴向应力。

可以理解地，本发明主要用于介质密封的压力钢管，波壳体50为具有伸缩错位、弯曲变 形的柔性件，波芯体70的传力件，波芯环40为承力件。

可以理解地，在本实施例中，波壳体50的两端分别与入口波芯环30和出口波芯环40的 侧壁通过异型钢焊接，由于入口波芯环30、出口波芯环40的侧壁面的厚度大，并且与入口压 力短管10和出口压力短管20的焊接接触面积大，在保证了水电站压力钢管亚刚体结构伸缩 节100的密封性的同时，对水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节100的防腐蚀性能影响小。

可以理解地，波芯体70设于波壳体50的内向波腔52和刚体环60之间，可以是波壳体 50的内向波腔52内设有波芯体70，波芯体70的外壁顶靠刚体环60的内壁面上，波芯体70的内壁朝向波壳体50的表面方向设置并与内向波腔52的内壁面之间留有弹变间隙11。通过设置弹变间隙11，在伸缩管受到轴向和/或径向作用力时，保证了内向波腔52的弹性变形空间。可以理解地，弹变间隙11为满足内向波腔52在弹性变形范围内产生的变形间隙，即内向波腔52在弹变间隙11内产生不破坏内向波腔52结构的弹性变形，具体地，通过设置对波壳体50起径向支撑作用的波芯体70，当内向波腔52在承受大径向压力时，内向波腔52内壁面的顶部与波芯体70的表面接触，波芯体70对内向波腔52起刚性支撑作用，径向力经传递，由具有足够强度的波芯体70来接受，防止内向波腔52进一步发生形变，由于内向波腔52只能在弹变间隙11处产生径向形变，使内向波腔52的弹性形变在可承受范围内，防止波壳体50受损，保证了设备运行的稳定性和可靠性。可以理解地，通过设置刚体环60和波芯体70共同对波壳体50起刚性支撑的作用，大大提高了波壳体50在受径向压力作用时工作的稳定性能，并且，可以减少波壳体50的厚度，改善应力作用对波壳体50造成的影响。

进一步地，入口波芯环30的出口端为朝向波芯环40设置的楔形坡面，入口波芯环30的 出口端与波壳体50的入口端焊接密封连接并留有楔形弹变间隙以便将波壳体50的入口端受 到的力传递至波芯环30，出口波芯环40的入口端为朝向波芯环30设置的楔形坡面，出口波 芯环40的入口端与波壳体50的出口端焊接密封连接并留有楔形弹变间隙以便将波壳体50的 出口端受到的力传递至波芯环30。通过波壳体50两端的边坡的坡面与楔形坡面的配合，形成 多方位的弹性支撑，实现对波壳体50两端的边坡的保护。

可以理解地，入口波芯环30的出口端的连接端面为与波壳体50的入口端的弧形曲面相 互配合的圆弧结构，出口波芯环40的入口端的连接端面为与波壳体50的出口端的弧形曲面 相互配合的圆弧结构，使入口波芯环30的弯曲端的端部和出口波芯环40的弯曲端的端部与 波壳体50的圆弧结构的圆弧端部密封固定连接，且入口波芯环30的弯曲端和出口波芯环40 的弯曲端均与圆弧结构的圆弧部分具有上述楔形弹变间隙，形成弹性应变场。通过圆弧结构 增大接触面积与波壳体50的两端进行密封连接的同时，由于设有形变间隙，可以使入口波芯 环30和出口波芯环40对波壳体50起到刚性支撑的作用的同时，弹性支撑波壳体50的入口 端和出口端，在波壳体50沿轴向或径向发生形变时，保证了波壳体50的密封性能和连接的 稳定性，在对对波壳体50中坡的保护的同时，增加了对对波壳体50边坡的保护。可以理解 地，圆弧机构可以是多曲圆弧面结构。

具体地，通过入口波芯环30焊接密封连接在入口压力短管10的出口端的端面上，出口 波芯环40焊接密封连接在出口压力短管20的入口端的端面上，使入口波芯环30和入口压力 短管10形成整环结构，出口波芯环40与出口压力短管20形成整环结构，使入口波芯环30 和出口波芯环40对波壳体50的两端形成支撑，可以将波壳体50的端部的水力传递至波壳体 50两端的入口波芯环30和出口波芯环40，由具有足够强度的整环结构来接受，防止波壳体 50进一步拉伸伸长，对波壳体50的端部起保护作用，避免波壳体50的端部受损。

进一步地，块状的波芯体70为吸振耐磨体，波芯体70由刚质材料被吸振耐磨材料外包 组成。可以理解地，波芯体70的第一端顶靠刚体环60的内壁面上，波芯体70的第二端朝向 波壳体50的表面设置并与内向波腔52的表面之间留有弹变间隙11。具体地，吸振耐磨材料 可以是高分子材质体橡胶垫、高聚合物体塑料垫、波纹结构的缓冲垫、弹性垫等可以发生微 小变形的缓冲垫或高分子耐磨材质；通过在波芯体70被压缩时使吸振耐磨材料制成的耐磨件 72发生压缩变形传递至刚质材料制成的刚性件71，防止波壳体50的受力突变，防止波壳体 50受损，提高了波壳体50的使用寿命。

进一步地，波芯体70的横截面的形状为倒梯形、圆形、椭圆形或半圆形。

更优地，波芯体70的横截面的形状与内向波腔52的弹性形变间隙的横截面形状相匹配。 可以使内向波腔52产生多个受力支撑点，在内向波腔52受力变形时，保持内向波腔52的结 构的完整性。

更优地，波芯体70多块，多块波芯体70沿刚体环60的周向分块充填波壳体50的内向 波腔52。具体地，多块波芯体70沿刚体环60的周向均匀间隔布设或均匀紧靠布设。可以理 解地，波芯体70的数量可以是四个，也可以是六个等其他数量。

进一步地，水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节还包括密封圈80和压紧机构，刚体环60 具有固定端和自由端，刚体环60的固定端与入口压力短管10的外壁面焊接，刚体环60的自 由端通过压紧机构和密封圈80与出口压力短管20的外壁面密封连接。更优地，压紧机构为 处于刚体环60的自由端的端面一侧的压环90，密封圈80设于压环90和刚体环60之间。可 以理解地，压环可以通过焊接于刚体环60的自由端，也可以通过卡接、螺栓连接等连接方式 与刚体环60的自由端连接。在本实施例中，还可以是压环90与入口压力短管10或出口压力 短管20固定连接，压环90的端面与刚体环60的自由端的端面之间留有活动间隙。通过设置 刚体环60的一端与入口压力短管10固定连接，使刚体环60的固定端与入口压力短管10形 成一个刚性整体，使刚体环60的固定端随入口压力短管10相对出口压力短管20产生轴向移 动，波壳体50随即被轴向压缩或拉伸。

进一步地，入口压力短管10的入口端设有入口法兰盘，出口压力短管20的出口端设有 出口法兰盘。水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节100与相邻的管道通过法兰连接，便于拆装 维护更换，通过开启伸缩节便于查找渗漏原因。

进一步地，水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节100还包括沿轴向设于波壳体50的内腔内 的抗磨环91，抗磨环91的第一端设于入口压力短管10的出口端的侧壁上，抗磨环91的第二 端与出口压力短管20的入口端的侧壁之间设有第二间隙12，抗磨环91的外壁面与波壳体50 的内向波顶53之间设有第三间隙13。可以理解地，在本实施例中，通过设置抗磨环91，可 以有效减小介质对波壳体50内壁面的磨损，延长波壳体50的使用寿命，通过设置第二间隙 12，以满足刚体环60沿轴向移动的位移需要，通过设置第三间隙13，以满足波壳体50在被 压缩时其波纹节在径向方向变形所需的空间。

本发明还提供一种水电站，包括上述的水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节100。

在具体实施时，提供一种水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节100，入口压力短管10与入 口波芯环30接口端和出口压力短管20与出口波芯环40的接口端均位于刚体环60内，波壳 体50与两端的入口波芯环30和出口波芯环40的连接端均位于刚体环60内，波壳体50的外 向波顶51接触刚体环60的内壁面，波壳体50的内向波腔52内设有波芯体70，波芯体70与 内向波腔52之间设有弹变间隙11。刚体环60的两端分别与入口压力短管10和出口压力短管 20的外壁面密封连接，并且刚体环60的两端为自由端，或一端为自由端另一端与对应的入口 压力短管10或出口压力短管20连接；波壳体50的可伸缩性可以满足入口压力短管10和/或 出口压力短管20传递产生的伸缩。波壳体50在承受径向内水压力时，刚体环60和波芯体70 以及设于波壳体50两侧的入口波芯环30和出口波芯环40对其起刚性支撑，这种具有伸缩柔 性和承力刚性的亚刚体结构满足于各种水电站压力钢管，特别是大管径、高水头压力钢管伸 缩节的可靠设计与应用。入口波芯环30和出口波芯环40的另一个作用是由于波壳体50与入 口波芯环30以及波壳体50与出口波芯环40之间的用料的一致性，继而保障了与波壳体50 接头的耐腐蚀性寿命。

以上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。

Claims (3)

1.一种水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节，其特征在于，

包括入口压力短管（10）、出口压力短管（20）、入口波芯环（30）、出口波芯环（40）、波壳体（50）、用于对所述波壳体（50）起径向支撑作用的刚体环（60）以及用于将所述波壳体（50）的中间的介质压力传递到所述刚体环（60）的波芯体（70），

所述入口压力短管（10）和所述出口压力短管（20）相对地设置，所述入口波芯环（30）焊接密封连接在所述入口压力短管（10）的出口端的端面上，所述出口波芯环（40）焊接密封连接在所述出口压力短管（20）的入口端的端面上，所述入口波芯环（30）和所述出口波芯环（40）之间设有轴向伸缩间隙（31），所述轴向伸缩间隙（31）内沿轴向设有所述波壳体（50），所述波壳体（50）的两端分别与所述入口波芯环（30）和所述出口波芯环（40）通过焊接密封连接，并且所述波壳体（50）与所述入口波芯环（30）以及所述波壳体（50）与所述出口波芯环（40）之间均留有弹变间隙，以使所述波壳体（50）复杂受力产生弯曲变形时将力分别通过所述波壳体（50）的两端传递至所述入口波芯环（30）和所述出口波芯环（40），形成对所述波壳体（50）的两端的边坡保护，

所述刚体环（60）套装在所述波壳体（50）***，所述刚体环（60）的两端分别与所述入口压力短管（10）和所述出口压力短管（20）的外壁面密封套装连接并设有至少一个自由端，所述波壳体（50）、所述波芯体（70）和所述刚体环（60）组合形成柔性高强度管形密封伸缩承压结构，所述波壳体（50）承受的水压通过所述波芯体（70）安全可靠地传递到所述刚体环（60）上；

所述波芯体（70）分块装于所述波壳体（50）的内向波腔（52）和所述刚体环（60）之间，所述波芯体（70）与所述内向波腔（52）的内壁面之间保持一个相对的弹变间隙，以使所述波壳体（50）复杂受力产生弯曲变形时将力通过所述波芯体（70）传递至所述刚体环（60），形成对波壳体（50）的中坡的保护；

所述入口波芯环（30）的出口端为朝向所述出口波芯环（40）设置的楔形坡面，所述入口波芯环（30）的出口端与所述波壳体（50）的入口端焊接密封连接并留有楔形弹变间隙以便将所述波壳体（50）的入口端受到的力传递至所述入口波芯环（30），所述出口波芯环（40）的入口端为朝向所述入口波芯环（30）设置的楔形坡面，所述出口波芯环（40）的入口端与所述波壳体（50）的出口端焊接密封连接并留有楔形弹变间隙以便将所述波壳体（50）的出口端受到的力传递至所述入口波芯环（30）；

所述波芯体（70）的横截面的形状为倒梯形、圆形、椭圆形或半圆形；所述波芯体（70）的横截面的形状与所述内向波腔（52）的弹性形变间隙的横截面形状相匹配；

所述水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节还包括密封圈（80）和压紧机构，所述刚体环（60）具有固定端和自由端，所述刚体环（60）的固定端与所述入口压力短管（10）的外壁面焊接，所述刚体环（60）的自由端通过所述压紧机构和所述密封圈（80）与所述出口压力短管（20）的外壁面密封连接；

所述压紧机构为处于所述刚体环（60）的自由端一侧的压环（90），所述密封圈（80）卡设于所述压环（90）和所述刚体环（60）之间；

所述入口压力短管（10）的入口端设有入口法兰盘，所述出口压力短管（20）的出口端设有出口法兰盘；

所述水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节还包括沿轴向设于所述波壳体（50）的内腔内的抗磨环（91），所述抗磨环（91）的第一端设于所述入口压力短管（10）的出口端的侧壁上，所述抗磨环（91）的第二端与所述出口压力短管（20）的入口端的侧壁之间设有第二间隙（12），所述抗磨环（91）的外壁面与所述波壳体（50）的内向波顶（53）之间设有第三间隙（13）。

2.根据权利要求1所述的水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节，其特征在于，

块状的所述波芯体（70）为吸振耐磨体，所述波芯体（70）由刚质材料被吸振耐磨材料外包组成。

3.根据权利要求2所述的水电站压力钢管亚刚体结构伸缩节，其特征在于，

所述波芯体（70）多块，多块所述波芯体（70）沿所述刚体环（60）的周向分块充填所述波壳体（50）的所述内向波腔（52）。