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1、(10)申请公布号 CN 104048135 A (43)申请公布日 2014.09.17 C N 1 0 4 0 4 8 1 3 5 A (21)申请号 201310084183.5 (22)申请日 2013.03.15 F16L 51/03(2006.01) (71)申请人西门子公司 地址德国慕尼黑 (72)发明人卢海川 (74)专利代理机构北京康信知识产权代理有限 责任公司 11240 代理人李慧 (54) 发明名称 波纹管组件 (57) 摘要 本发明提供了一种波纹管组件。具有第一直 径的第一波纹管段，其限定出第一轴向端和第二 轴向端。具有不同于第一直径的第二直径的第二 波纹管段，其限定。
2、出第一轴向端和第三轴向端。第 一和第二波纹管段在第一轴向端相连并限定出一 连接部。至少一个长度调整机构，其配置成基于波 纹管组件的长度变化调整连接部的轴向位置，其 中长度调整机构包括一个第一杆件、一个第二杆 件以及一个安装至第一波纹管段的第二轴向端的 联动结构。第一杆件的一端连接至第二波纹管段 的第三轴向端且另一端连接至联动结构的一端。 第二杆件的一端连接至连接部且另一端连接至联 动结构的另一端。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 (10)申请公布号 CN 104048。
3、135 A CN 104048135 A 1/1页 2 1.一种波纹管组件，包括： 具有第一直径的第一波纹管段（1），其限定出第一轴向端（A）和第二轴向端（B）； 具有不同于第一直径的第二直径的第二波纹管段（2），其限定出第一轴向端（A）和第 三轴向端（C），所述第一和第二波纹管段（1、2）在第一轴向端（A）相连并限定出一连接部； 至少一个长度调整机构，其配置成基于波纹管组件（100）的长度变化调整所述连接部 的轴向位置，其中所述长度调整机构包括一个第一杆件（3，3）、一个第二杆件（4，4）以及 一个安装至所述第一波纹管段（1）的第二轴向端（B）的联动结构（10，10，10”）； 所述第一杆件。
4、（3，3）的一端连接至所述第二波纹管段（2）的第三轴向端（C）且另一端 连接至所述联动结构（10，10，10”）的一端； 所述第二杆件（4，4）的一端连接至所述连接部且另一端连接至所述联动结构（10， 10，10”）的另一端。 2.根据权利要求1所述的波纹管组件，其特征是，所述第一直径大于所述第二直径。 3.根据权利要求2所述的波纹管组件，其特征是，所述联动结构（10，10，10”）具有传 动比，该传动比与所述第一和第二直径如此选择： 其中，D 1 为第一直径，D 2 为第二直径，n为传动比。 4.根据权利要求1所述的波纹管组件，其特征是，所述联动结构（10，10）为杠杆结构， 所述杠杆结构包。
5、括枢轴（6）和安装在所述枢轴（6）上的杠杆件（5），所述杠杆件（5）的两端 分别连接至所述第一和第二杆件（3，4）。 5.根据权利要求1所述的波纹管组件，其特征是，所述联动结构（10”）为齿轮传动结 构，所述齿轮传动结构包括与所述第一杆件（3）啮合的第一齿轮（21）、与所述第二杆件 （4）啮合的第二齿轮（22）和与所述第一和第二齿轮啮合的中间齿轮（23）。 6.根据权利要求1所述的波纹管组件，其特征是，所述波纹管组件（100）包括安装至所 述第二轴向端（B）的第一法兰（7）、安装至所述第三轴向端（C）的第二法兰（8）和连接所述 第一和第二波纹管段（1，2）的中间法兰（9）。 7.根据权利要求6。
6、所述的波纹管组件，其特征是，所述联动结构（10，10，10”）连接至 所述第一法兰（7），所述第一杆件（3，3）的所述一端连接至所述第二法兰（8）；所述第二杆 件（4，4）的所述一端连接至所述中间法兰（9）。 8.根据权利要求6所述的波纹管组件，其特征是，所述中间法兰（9）设有供所述第一杆 件（3，3）穿过的切槽（15）。 9.一种气体绝缘金属封闭开关设备，包括至少一个根据权利要求1至8之一所述的波 纹管组件（100）。 权 利 要 求 书CN 104048135 A 1/6页 3 波纹管组件 技术领域 0001 本发明涉及一种波纹管组件，尤其是涉及在例如气体绝缘金属封闭开关设备 （GIS）的。
7、压力容器中使用的波纹管组件。 背景技术 0002 波纹管通常用于补偿轴向长度，并广泛应用于工业领域例如压力容器、管道输送 等。波纹管尤其可用于气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）。例如，在GIS的母线中采用波纹 管来封闭并吸收外壳热胀冷缩造成的形变，从而保护其中容纳的电气元件，且在该波纹管 中通常存在高压绝缘气体。人们明白，例如由于温度变化而产生的热胀冷缩力，会造成设备 的轴向长度变化。轴向长度的变化进而可能导致壳体破裂，设备损坏。在其他领域，例如石 油化工、压力容器等需要采用波纹管输送或容纳物体的领域同样存在这样的问题。因此，人 们希望减小或克服这种长度变化的问题。 0003 现有技术提供的一。
8、种方法是采用弹性构造来减缓并吸收波纹管的长度变化，例如 CN101582569A和CN201680105U公开了压力平衡型伸缩节，它们希望通过固定至波纹管的 轴向延伸的叠簧拉杆来吸收前述的热胀冷缩力。 0004 现有技术提供的另一种方法是提供平衡波纹管组件，该波纹管组件在总长度变化 时仍保持波纹管内体积基本不变或体积变化在一定范围内，以此来平衡前述的热胀冷缩 力。 0005 CN202183578U公开了一种用于GIS母线压力平衡的伸缩节。图1中示出该伸缩节 （波纹管组件100”）的示意性视图，其包括第一、第二和第三波纹管段101、102和103，且具 有相等的小直径的第一和第三波纹管段101。
9、和103分别连接至具有大直径的第二波纹管段 102的轴向两端。在这些波纹管段之间和轴向端分别安装有第一法兰106、第二法兰107、 第三法兰108和第四法兰109，且在第一和第三法兰之间连有刚性杆件104，在第二和第四 法兰之间连有独立于刚性杆件104的另一刚性杆件105。同样地，相邻的法兰，如第一和第 二法兰之间或第三和第四法兰之间的运动也是彼此独立的。由此，当波纹管组件的长度变 化时，各波纹管段的长度相应改变以保持波纹管组件的内容积基本不变。例如，当第一法兰 106向左运动了一距离L，第四法兰109固定不动，波纹管组件的整体长度减小了L，此 时杆件104带动第三法兰108向左运动了L的距离。
10、，而杆件105以及第二和第四法兰保 持不动，此时第一和第三波纹管段均减小了L的长度，而第二波纹管段则增加了L的长 度。如果要通过保持体积基本不变而均衡压力，那么由此可得第二波纹管段的直径D 大 与第 一和第三波纹管段的直径D 小 需满足D 大 1.44D 小 。总之，在该波纹管组件中，由于第一和 第二杆件的相对运动是独立的，相邻的法兰的轴向运动是独立，要保持波纹管组件内容积 不变，波纹管段直径比只能选择上述比例。 0006 类似结构还在CN201708463U、CN20229495U、CN202469348U中公开。 0007 尽管现有技术已经提出了多种方案来平衡例如因热胀冷缩所引起的波纹管组。
11、件 中的压力，但人们仍希望提供成本更低廉的波纹管组件，并且能够更灵活地选择波纹管尺 说 明 书CN 104048135 A 2/6页 4 寸，尤其是径向尺寸。 发明内容 0008 本发明旨在提供一种结构简单、波纹管段少且在选择波纹管段径向尺寸时有更大 自由度的波纹管组件。 0009 为实现上述目的，本发明提出了一种波纹管组件，包括：具有第一直径的第一波纹 管段，其限定出第一轴向端和第二轴向端。具有不同于第一直径的第二直径的第二波纹管 段，其限定出第一轴向端和第三轴向端，所述第一和第二波纹管段在第一轴向端相连并限 定出一连接部。至少一个长度调整机构，其配置成基于波纹管组件的长度变化调整所述连 接。
12、部的轴向位置，其中所述长度调整机构包括一个第一杆件、一个第二杆件以及一个安装 至所述第一波纹管段的第二轴向端的联动结构。所述第一杆件的一端连接至所述第二波纹 管段的第三轴向端且另一端连接至所述联动结构的一端。所述第二杆件的一端连接至所述 连接部且另一端连接至所述联动结构的另一端。通过长度调整机构基于波纹管组件的变化 来调整连接部的轴向位置，从而使得连接部与第一或第二波纹管段的另外的轴向端之间的 运动是相关联的，而非彼此独立的。由此，第一和第二波纹管段的长度比能够基于该连接部 的轴向位置变化而相应变化。在这种情况下，该波纹管组件中可仅设置两段波纹管段而省 去第三波纹管段；同时可更自由地选择第一和。
13、第二波纹管段的直径比，无需受到现有技术 那样的严格限制，且仍能基本保持波纹管组件内容积不变或使其内容积波动限制在一定范 围内。通过提供联动结构将第一和第二杆件的轴向运动相关联，例如可以根据需要，通过选 择合适的联动结构的传动比来使得连接部的轴向运动量（位置）与波纹管长度的变化成比 例地改变，从而能选择所希望的第一和第二波纹管段的径向尺寸（直径或半径）比。 0010 根据本发明的一个具体实施例，其中所述第一直径大于所述第二直径。 0011 根据一个特别优选的实施例，所述联动结构具有一传动比，所述传动比与所述第 一和第二直径如此选择： 0012 0013 其中，D1为第一直径，D2为第二直径，n为。
14、传动比。在该优选实施例中，人们将明 白可以通过选择联动结构的合适传动比能使得波纹管组件的内容积基本不变。 0014 根据一个特别优选的实施例，所述联动结构为杠杆结构，所述杠杆结构包括枢轴 和安装在枢轴上的杠杆件，所述杠杆件的两端分别连接至所述第一和第二杆件，这提供了 尤为简单的联动结构。 0015 根据另一优选实施例，所述联动结构为齿轮传动结构，所述齿轮传动结构包括与 所述第一杆件啮合的第一齿轮、与所述第二杆件啮合的第二齿轮和与所述第一和第二齿轮 啮合的中间齿轮。 0016 根据进一步的实施例，所述波纹管组件还包括安装至所述第一波纹管段的第二轴 向端的第一法兰、安装至所述第二波纹管段的第三轴向。
15、端的第二法兰和连接所述第一和第 二波纹管段的中间法兰，这便于长度调整机构的安装。 0017 根据一个具体实施例，联动结构连接至第一法兰，第一杆件的所述一端连接至所 述第二法兰；所述第二杆件的所述一端连接至所述中间法兰。 说 明 书CN 104048135 A 3/6页 5 0018 优选地，所述中间法兰设有供所述第一杆件穿过的切槽，从而为波纹管组件提供 紧凑的径向尺寸。该切槽还可用于限制所述第一杆件和波纹管段的过大的周向位移。 0019 根据一个优选实施例，所述杠杆件呈弧形或V形，以防止波纹管长度变化时杠杆 件以及杆件轴向延伸超出波纹管段。 0020 根据本发明的另一方案，一种气体绝缘金属封闭。
16、开关设备（GIS），包括至少一个根 据本发明所述的波纹管组件。例如多个根据本发明的波纹管段能够串联设置地用于GIS的 母线中。 附图说明 0021 以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中， 0022 图1示出了用于GIS的现有波纹管组件的结构示意图； 0023 图2示出了根据本发明的波纹管组件的一个实施例的径向侧视图； 0024 图3示出了图2所示的波纹管组件的实施例的立体图； 0025 图4示出了图2所示的波纹管组件的实施例的端侧视图； 0026 图5示出了根据本发明的联动结构的一个实施例； 0027 图6示出了根据本发明的联动结构的另一实施例； 0028 图。
17、7示出了根据本发明的联动结构的再一实施例。 0029 附图标记列表 0030 1-第一波纹管段 3 -第一杆件 0031 2-第二波纹管段 4 -第二杆件 0032 3-第一杆件 5 -杠杆件 0033 4-第二杆件 5 -杠杆件 0034 5-杠杆件 5 -杠杆件 0035 6-枢轴 10-联动结构 0036 7-第一法兰 10” -联动结构 0037 8-第二法兰 100-波纹管组件 0038 9-中间法兰 100 -波纹管组件 0039 10-联动结构 101-第一波纹管段 0040 11-固定部 102-第二波纹管段 0041 12-杆部 103-第三波纹管段 0042 13-铰接部 。
18、104-第一杆件 0043 14-铰接部 105-第二杆件 0044 15-切槽 106-第一法兰 0045 16-固定部 107-第二法兰 0046 17-杆部 108-第三法兰 0047 18-铰接部 109-第四法兰 0048 19-铰接部 A-第一轴向端 0049 20-内腔 B-第二轴向端 0050 21-第一齿轮 C-第三轴向端 说 明 书CN 104048135 A 4/6页 6 0051 22-第二齿轮 0052 23-中间齿轮 具体实施方式 0053 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发 明的具体实施例。尽管提供附图是为了呈现本发明的一些实施。
19、例，但附图不必按具体实施 例的尺寸绘制，并且某些特征可被放大、移除或剖切以更好示出和解释本发明的公开内容。 0054 在说明中被用于描述附图的某些方向性术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“向上”、 “向下”和其它方向性术语，将被理解为具有其正常含义并且指正常看相应附图时所涉及的 那些方向，这不应解释为对所附权利要求的技术方案的具体限制。 0055 在本发明中的术语“约”或“大约”将会被本领域普通技术人员理解且将根据用到 该术语的上下文在一定范围内变化。 0056 附图2-4示出根据本发明的波纹管组件的一个实施例。该波纹管组件100可应用 于压力容器中，例如石油化工、管道输送等领域的压力。
20、容器。该波纹管组件100尤其可在气 体绝缘金属封闭开关设备（GIS）中使用，如SF6气体绝缘全封闭开关装置中。 0057 该波纹管组件100包括两段筒状波纹管段，即第一波纹管段1和第二波纹管段2。 优选地，该波纹管组件仅具有两段波纹管段。第一波纹管段1具有较大的第一直径，而波纹 管段2具有较小的第二直径。第一波纹管段1限定出各自的第一轴向端A和第二轴向端B。 第二波纹管段2限定出各自的第一轴向端A和第三轴向端C。第一和第二波纹管段在它们 的第一轴向端A轴向相连并限定出连接部，从而在波纹管组件100内限定出容纳例如电气 元件以及填充气体的内腔20。本文中，第一轴向端A、第二轴向端B及第三轴向端C。
21、指的是 波纹管段轴向上的位置。 0058 如图所示，第一波纹管段1与第二波纹管段2通过中间法兰9相连。即该中间法 兰9设置在第一和第二波纹管段的第一轴向端A（连接部）处。另外，在第一波纹管段1的 第二轴向端B设置有第一法兰7，而在第二波纹管段2的第三轴向端C设置有第二法兰8。 在波纹管段的端头或者连接部位设置法兰是本领域技术人员已知的，在此不再赘述。 0059 下面结合附图详述本发明的长度调整机构。如前所述，当波纹管组件的整体长度 变化时，该长度调整机构适于调整连接部的轴向位置，进而调整第一波纹管段1和第二波 纹管段2的相对长度，从而波纹管组件长度在一定范围内变化时，波纹管组件内腔20的体 积。
22、基本不变或者变动范围不超过阀值。 0060 在所示的实施例中，四个长度调整机构围绕第一和第二波纹管段1、2的周向均匀 分布。但人们可以想到，可以设置更多或更少个的长度调整机构围绕第一和第二波纹管段 1、2分布。 0061 结合参考图2-4和图5的实施例中，该长度调整机构包括轴向延伸的第一杆件3 和第二杆件4以及呈杠杆结构形式的联动结构10。 0062 该第一杆件3呈刚性拉杆形式且可具有固定部11和通过铰接部13与该固定部11 铰接的杆部12。该固定部11例如通过螺钉固定连接至第二法兰8。该杆部12的远离固定 部11的一端通过铰接部14与杠杆件5的一端铰接。该第二杆件4也可呈刚性杆件形式且 可具。
23、有固定至中间法兰9的固定部16和通过铰接部18与固定部16铰接的杆部17。该杆 说 明 书CN 104048135 A 5/6页 7 部17的远离固定部16的一端通过铰接部19与杠杆件5的另一端铰接。尽管具体示出了 一种刚性杆件的构造，但是其他的刚性构造也是可行的。 0063 该杠杆结构可包括固定至或一体形成于第一法兰7上的枢轴6和可绕枢轴转动安 装的杠杆件5。杠杆件5在枢轴两侧分别限定出杠杆段5和5”，其中与第一杆件3相连的 为第一杠杆段5，与第二杆件4相连的为第二杠杆段5”。 0064 如图3所示，在中间法兰9沿其周向设置有多个供第一杆件3延伸穿过的切槽15。 通过设置该切槽15，一方面允。
24、许波纹管组件具有较小的径向尺寸，另一方面该切槽还可起 到限制波纹管段的过大的周向运动的作用。 0065 根据本发明的优选实施例，当波纹管组件的长度例如因为热胀冷缩或者其他振动 或运动而在一定范围内改变时，内腔体积可基本不变，以实现补偿，避免内部压力使波纹管 变形。尽管不打算受如下原理所限，现结合附图示意说明第一和第二波纹管段的直径（或半 径）与第一和第二杠杆段的长度（或者杠杆系数）的关系。其中，第一杠杆段5的长度大约 等于枢轴6至铰接部14的距离，而第二杠杆段5”的长度大约等于枢轴6至铰接部19的距 离。 0066 以图2为例，假设第一法兰7保持不动，而第二法兰8向右运动了L的距离，（波 纹管。
25、组件100整体长度减小），则第一杆件3随第二法兰8向右轴向运动，进而通过杠杆机构 10推动第二杆件4向左轴向运动，从而中间法兰9也向左运动。由此，第一波纹管段1的长 度（体积）变大，而第二波纹管段2的长度（体积）变小，波纹管组件内腔20总体积不变。存 在下述等式： 0067 V1=V2 0068 其中V1为第一波纹管段1增大的体积，V2为第二波纹管段2减小的体积。 0069 进而： 0070 0071 其中，R 1 为第一波纹管段的半径，L large 为第一波纹管段增加的长度，R 2 为第二波纹 管段的半径，L small 为第二波纹管段减小的长度。 0072 杠杆结构的传动比例为： 007。
26、3 n=L 2 /L 1 0074 其中n为传动比，L 1 为第一杠杆段长度，L 2 为第二杠杆段长度。 0075 那么即有： 0076 L large =nL 0077 L small =(1+n)L 0078 由此，可推导得出： 0079 0080 其中D 1 为第一波纹管段直径，D 2 为第二波纹管段直径。 0081 尽管以上基于波纹管组件长度减小的情况进行描述，但可以想到也可以根据波纹 管组件长度变大推导出类似结构，也可是第一法兰运动而第二法兰固定不动或者同样运动 的情况下，推导出类似结果。 说 明 书CN 104048135 A 6/6页 8 0082 由此，在本发明的教导下，人们将。
27、明白可以基于实际需要选择合适的第一波纹管 段和第二波纹管段的直径之比，而无须受到像现有波纹管组件的径向尺寸比例限。另外，人 们将明白上述推导仅是理想情况下要求波纹管组件内腔体积不变时的限制，但与其等同或 近似的方案均落入本发明的范围中。且基于此教导，本领域技术人员可在允许波纹管组件 腔体体积在一定范围内变动的情况下选择合适的第一和第二波纹管段的直径之比。 0083 尽管以上实施例示出第一波纹管段1的第一直径大于第二波纹管段2的第二直 径，但长度调整机构作相应改变时反过来也可行，这些方案都落入本发明的范围。 0084 参考图6，示出了联动结构10的另一实施例，其中杠杆件5被做成弧形或者V 形，从。
28、而当波纹管组件长度变化时，杠杆件5以及相应的杆件沿轴向方向可以不延伸超 出相应的法兰。 0085 参考图7，示出了联动结构10”的再一实施例，其中该联动结构10”呈齿轮结构形 式，并包括与第一杆件3相啮合的第一齿轮21、与第二杆件4相啮合的第二齿轮22以及 与第一齿轮21和第二齿轮22啮合的中间齿轮23。基于本发明的教导，人们将明白假设该 齿轮结构用于替换图2所示的实施例的杠杆结构且具有的传动比为n时，同样存在有： 0086 0087 应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一 个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说 明书作为。
29、一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以 理解的其他实施例。 0088 以上所述仅为本发明示意性的具体实施例，并非用以限定本发明的范围。任何本 领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均 应属于本发明保护的范围。 说 明 书CN 104048135 A 1/4页 9 图1 说 明 书 附 图CN 104048135 A 2/4页 10 图2 图3 说 明 书 附 图CN 104048135 A 10 3/4页 11 图4 图5 说 明 书 附 图CN 104048135 A 11 4/4页 12 图6 图7 说 明 书 附 图CN 104048135 A 12 。