本发明涉及波纹管补偿器技术领域，具体涉及一种球形波纹管补偿器及其生产方法。
背景技术：
目前，现有波纹管补偿器在电厂发电锅炉煤粉管道上使用时，其补偿器在高温下易产生塑性变形、扭转变形，出现过度拉伸和压缩现象，从而降低了补偿器使用性能，影响了补偿器的使用寿命，也不能满足角位移的补偿；但是，现有的球形波纹补偿器虽然能够解决实现角位移的补偿，却常常会出现泄露的情况。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种球形波纹管补偿器及其生产方法，以解决背景技术中所提出的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种球形波纹补偿器，其创新点在于：包括从左至右依次设置的左侧接管、第一中间接管、第二中间接管和右侧接管；
所述左侧接管与第一中间接管之间、右侧接管与第二中间接管之间均连接有球形密封组件，所述球形密封组件包括上半球连接件和下半球连接件，所述上半球连接件套接在下半球连接件上，所述上半球连接件与下半球连接件可相对转动，所述上半球连接件与下半球连接件的外表面镀有一层铬镀层；
所述左侧接管与第一中间接管连接处、所述第二中间接管与右侧接管连接处还设置有波纹管，所述波纹管设置在球形密封组件的外侧，所述波纹管通过设置在波纹管两侧的环板与左侧接管、第一中间接管、第二中间接管或右侧接管连接；
所述波纹管与球形密封组件之间设置有保温填料；
所述第一中间接管与第二中间接管通过一套筒补偿组件进行可伸缩式固定连接；
所述套筒补偿组件包括第一连接套筒、第二连接套筒、第一法兰、第二法兰和石墨填料，所述第一连接套筒焊接在第一中间接管外侧，所述第二连接套筒焊接在第二中间接管外侧，所述第一法兰焊接在第一连接套筒外侧，所述第二法兰与第一法兰的外侧端通过螺栓和螺母固定连接，所述第二法兰与第二连接套筒之间填充有石墨填料。
进一步的，所述上半球连接件、下半球连接件分别设置在第一中间接管与左侧接管上或第二中间接管与右侧接管上。
进一步的，所述第一法兰和第二法兰的截面均设置为l形结构，所述第一法兰的横向面的下端与第二法兰横向面的上端接触，所述第一法兰的竖直面与第二法兰的竖直面接触，且两者的竖直面均设置有用于螺栓连接的通孔。
进一步的，两所述波纹管外侧在球形密封组件所对位置分别设置有万向环，两个所述万向环相互平行，且万向环的中心轴与左侧接管、第一中间接管、第二中间接管和右侧接管的中心轴均一致，每个所述万向环通过多个铰接组件与左侧接管或第二中间接管固定连接，多个所述铰接组件环状均布在左侧接管或第二中间接管外侧。
其中，所述铰接组件包括两铰接柱、固定在两所述铰接柱的上夹板和下夹板，所述上夹板和下夹板之间设置有供万向环插入的间隙，所述上夹板、万向环及下夹板均设置有通孔，且三者之间通过螺栓穿过通孔进行连接并通过螺母锁定。
进一步的，所述上半球连接件具有一向下的凹球面，所述下半球连接件具有一向上的凸球面，所述上半球连接件的凹球面与下半球连接件的凸球面相互接触配合且形状吻合。
为实现上述目的，本发明还采用的另外一种技术方案是：一种球形波纹补偿器的生产方法，其创新点在于：包括以下步骤：
（1）接管成型：
（1-1）按照左侧接管、第一中间接管、第二中间接管和右侧接管的不同尺寸要求进行下料；
（1-2）将步骤（1-1）中左侧接管、第一中间接管、第二中间接管和右侧接管的坯料焊接成管状，形成左侧接管、第一中间接管、第二中间接管和右侧接管；
（1-3）对左侧接管、第一中间接管、第二中间接管和右侧接管进行无损探伤；
（2）球形密封组件加工：
（2-1）按照上半球连接件、下半球连接件的尺寸要求进行下料；
（2-2）对步骤（2-1）中的上半球连接件、下半球连接件的坯料进行焊接，焊接成环状的上半球连接件、下半球连接件；对焊接后的上半球连接件、下半球连接件外侧表面进行机加工；
（2-3）对机加工后的上半球连接件、下半球连接件进行表面镀铬；
（3）环板成型：
（3-1）按照环板尺寸要求进行下料，按照要求将坯料焊接成环板；
（3-2）对步骤（3-1）中焊接成的环板进行表面机加工；
（4）波纹管成型：
（4-1）波片冲裁及压延变形：将钢带通过复合模具完成波纹管波片的落料、冲孔及延伸变形；
（4-2）喷丸处理：对步骤（4-1）的波片进行吹砂处理，砂的粒度要求均匀，直径为0.1-0.5mm；
（4-3）焊接：按照配套组合关系将波片放入内圆焊接夹具夹紧，焊接波片内圆，并保证焊缝搭接长度为3-10mm；再将波片组件装在外圆焊接夹具芯棒上，夹紧后焊接波片外圆，焊缝搭接长度为3-10mm；
（4-4）对焊接后的波纹管进行热处理；
（4-5）对热处理后的波纹管进行无损探伤；
（5）套筒补偿组件加工：
（5-1）按照第一连接套筒、第二连接套筒、第一法兰、第二法兰的尺寸要求进行落料，并对第一法兰和第二法兰的落料进行折弯；
（5-2）对第一连接套筒、第二连接套筒、第一法兰、第二法兰的坯料焊接成管状；
（5-3）对形成管状的第一连接套筒、第二连接套筒、第一法兰、第二法兰的表面进行机加工；
（6）焊接组装：
（6-1）将步骤（2）中成型的两下半球连接件分别焊接在步骤（1）中成型的左侧接管和右侧接管上，将成型的两上半球连接件分别焊接在成型第一中间接管和第二中间接管上，保证左侧接管上的下半球连接件与第一中间接管上的上半球连接件紧密接触，右侧接管上的下半球连接件与第二中间接管上的上半球连接件紧密接触；
（6-2）将步骤（3）中成型的环板挑选两片焊接固定在第一中间接管和第二中间接管的外侧；将步骤（4）中成型的两波纹管分别套接在两球形密封组件外侧，并将其焊接在环板上；向波纹管与球形密封组件形成的空腔内填充保温材料；再挑选两片成型的环板焊接固定在波纹管另一端、左侧接管或右侧接管上；在焊接过程中，在波纹管表面覆盖一层石棉布；
（6-3）将步骤（5）中成型的第一连接套筒和第二连接套筒分别焊接在第一中间接管和第二中间接管外侧；将第一法兰焊接在第一连接套筒的外侧；在第一法兰与第二连接套筒之间形成的凹槽内填充石墨填料；将第二法兰插入第一法兰与第二连接套筒之间形成的凹槽处，并通过螺栓和螺母将第一法兰与第二法兰固定连接在一起；在焊接过程中，在波纹管表面覆盖一层石棉布；
（6-4）对步骤（6-3）中焊接组装后的球形波纹补偿器整体着色进行无损探伤；
（6-5）对步骤（6-4）中无损探伤后的合格球形波纹补偿器进行耐压测试；
（6-6）对步骤（6-5）中耐压测试后合格的球形波纹补偿器进行抛光、清理和表面油漆处理。
进一步，所述步骤（6）后还包括步骤（7）：万向环及铰接组件的加工，包括以下步骤：
（7-1）按照万向环的尺寸要求落料，将万向环的坯料焊接成万向环形状；并在万向环上开设有通孔；
（7-2）对步骤（7-1）中焊接成的万向环进行表面机加工；
（7-3）按照铰接组件中铰接柱、上夹板、下夹板的尺寸要求落料，并在上夹板、下夹板与万向环连接外置开设通孔；在铰接柱上开设供上夹板和下夹板插接的卡槽；
（7-4）对步骤（7-3）铰接柱、上夹板、下夹板的坯料进行机加工；
（7-5）挑选步骤（7-4）机加工的任两组铰接柱，每组铰接柱包括两个铰接柱，将其中一组铰接柱底部焊接在左侧接管的圆周上，且与左侧接管所对应的环板固定焊接，另一组铰接柱焊接在第二中间接管的圆周上，且与第二中间接管外侧的环板固定焊接；
（7-6）挑选步骤（7-4）机加工的任两组上夹板和下夹板，挑选一组上夹板和下夹板卡接在其中一组铰接柱的卡槽内，并通过螺栓穿过上夹板、万向环和下夹板的通孔内，并用螺母锁定；将另一组上夹板和下夹板卡接在另一组铰接柱的卡槽内，并通过螺栓穿过上夹板、万向环和下夹板的通孔内，并用螺母锁定。
其中，所述步骤（4-4）中的热处理过程，具体包括以下步骤：
（4-4-1）对于奥氏体不锈钢波纹管，焊接质量的气检后，将波纹管装入真空炉中，加热至390-410℃，保温3-5小时，进行应力消除，然后随炉冷却至室温；
（4-4-2）对于马氏体及沉淀硬化不锈钢波纹管，在波片冲裁之前，将波纹管冲裁材料装入真空炉中，加热至1040-1060℃，保温6-14分钟；在波纹管焊接之后，进行焊接质量的气检；气检后，将波纹管放在真空炉中940-960℃保温20-40分钟，进行真空气淬；然后进行冷处理，即在-73~-83℃干冰保温8小时以上；最后进行时效处理，即将波纹管在真空炉中530-540℃保温4小时，随炉冷却至室温。
采用上述结构后，本发明有益效果为：
（1）本发明通过设置可相对旋转的上半球连接件和下半球连接件，既能够解决煤粉输送管道的空间管段的角位移补偿，降低管道的应力水平，提高管道的安全性，当煤粉热膨胀时，热膨胀的煤粉对球形密封组件挤压，从而实现上半球连接件与下半球连接件的连接更加紧密。
（2）本发明的球形密封组件外部采用波纹管密封的结构，可实现解决普通球形补偿器受热后膨胀时，容易内部介质泄漏的问题，实现线位移补偿；同时，在波纹管与球形密封组件之间填充保温材料，能够提高球形波纹补偿器的保温性能。
（3）本发明通过在第一中间接管与第二中间接管通过一套筒补偿组件进行可伸缩式固定连接，套筒补偿组件包括第一连接套筒、第二连接套筒、第一法兰、第二法兰和石墨填料，在受热后需要膨胀的情况下，第二连接套筒与第二法兰之间压缩石墨填料，从而增大第一中间接管与第二中间接管之间的距离，从而实现长度补偿，减少球形密封组件处的伸长，有效避免内部煤粉泄露的情况，套筒补偿组件与波纹管及球形密封组件配合，多种方式进行补偿，提高球形波纹补偿器的角位移和线位移补偿性能。
附图说明
图1为本发明的球形波纹补偿器的结构示意图；
图2为本发明的球形波纹补偿器的左侧侧视图；
图3为本发明的图1中a部结构放大图。
附图标记说明：
图中，1、左侧接管；2、第一中间接管；3、第二中间接管；4、右侧接管；5、上半球连接件；6、下半球连接件；7、波纹管；8、环板；9、保温填料；10、第一连接套筒；11、第二连接套筒；12、第一法兰；13、第二法兰；14、石墨填料；15、万向环；16、铰接柱；17、上夹板；18、下夹板；19、螺栓；20、螺母。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、图2和图3所示，一种球形波纹补偿器，包括从左至右依次设置的左侧接管1、第一中间接管2、第二中间接管3和右侧接管4；所述左侧接管1与第一中间接管2之间、右侧接管4与第二中间接管3之间均连接有球形密封组件，所述球形密封组件包括上半球连接件5和下半球连接件6，可行的，上半球连接件5、下半球连接件6分别通过焊接固定的方式固定在第一中间接管2与左侧接管1上或第二中间接管3与右侧接管4上，球形密封组件作为易损件，焊接连接的方式，便于实现更换上半球连接件5、下半球连接件6，以延长整体的使用寿命；所述上半球连接件5套接在下半球连接件6上，所述上半球连接件5与下半球连接件6可相对转动，所述上半球连接件5与下半球连接件6的外表面镀有一层铬镀层；在所述上半球连接件5和下半球连接件6的外表面进行镀铬处理，提高了上半球连接件5和下半球连接件6的表面硬度，提高球形密封组件的使用寿命；所述左侧接管1与第一中间接管2连接处、所述第二中间接管3与右侧接管4连接处还设置有波纹管7，所述波纹管7设置在球形密封组件的外侧，所述波纹管7通过设置在波纹管7两侧的环板8与左侧接管1、第一中间接管2、第二中间接管3或右侧接管4连接；可行的，所述环板8的内侧与左侧接管1、第一中间接管2、第二中间接管3或右侧接管4进行焊接固定，其外侧与波纹管7的两侧焊接固定；所述波纹管7与球形密封组件之间设置有保温填料9；所述第一中间接管2与第二中间接管3通过一套筒补偿组件进行可伸缩式固定连接；所述套筒补偿组件包括第一连接套筒10、第二连接套筒11、第一法兰12、第二法兰13和石墨填料14，所述第一连接套筒10焊接在第一中间接管2外侧，所述第二连接套筒11焊接在第二中间接管3外侧，所述第一法兰12焊接在第一连接套筒10外侧，所述第二法兰13与第一法兰12的外侧通过螺栓19和螺母20固定连接，所述第二法兰13与第二连接套筒11之间填充有石墨填料14。
进一步的实施例中，所述上半球连接件5、下半球连接件6分别设置在第一中间接管2与左侧接管1上或第二中间接管3与右侧接管4上。
进一步的实施例中，所述第一法兰12和第二法兰13的截面均设置为l形结构，所述第一法兰12的横向面的下端与第二法兰13横向面的上端接触，所述第一法兰12的竖直面与第二法兰13的竖直面接触，且两者的竖直面均设置有用于螺栓19连接的通孔。
进一步的实施例中，两所述波纹管7外侧在球形密封组件所对位置分别设置有万向环15，两所述万向环15相互平行，且所述万向环15的中心轴与左侧接管1、第一中间接管2、第二中间接管3、右侧接管4的中心轴均一致，每个所述万向环15通过多个铰接组件与左侧接管1或第二中间接管3固定连接，多个所述铰接组件环状均布在左侧接管1或第二中间接管3外侧。本发明通过设置有多个万向环15，提高波纹补偿器的抗压水平。
优选的，所述铰接组件包括两铰接柱16、固定在两所述铰接柱16的上夹板17和下夹板18，所述上夹板17和下夹板18之间设置有供万向环15插入的间隙，所述上夹板17、万向环15及下夹板18均设置有通孔，且三者之间通过螺栓19穿过通孔进行连接并通过螺母20锁定。
进一步的实施例中，所述上半球连接件5具有一向下的凹球面，所述下半球连接件6具有一向上的凸球面，所述上半球连接件5的凹球面与下半球连接件6的凸球面相互接触配合且形状吻合，便于实现上半球连接件5与下半球连接件6之间能够相对转动灵活。
为实现上述目的，本发明还采用的另外一种技术方案是：一种球形波纹补偿器的生产方法，其创新点在于：包括以下步骤：
（1）接管成型：
（1-1）按照左侧接管1、第一中间接管2、第二中间接管3和右侧接管4的不同尺寸要求进行下料。
（1-2）将步骤（1-1）中左侧接管1、第一中间接管2、第二中间接管3和右侧接管4的坯料焊接成管状，形成左侧接管1、第一中间接管2、第二中间接管3和右侧接管4。
（1-3）对左侧接管1、第一中间接管2、第二中间接管3和右侧接管4进行无损探伤。
（2）球形密封组件加工：
（2-1）按照上半球连接件5、下半球连接件6的尺寸要求进行下料。
（2-2）对步骤（2-1）中的上半球连接件5、下半球连接件6的坯料进行焊接，焊接成环状的上半球连接件5、下半球连接件6；对焊接后的上半球连接件5、下半球连接件6外侧表面进行机加工。
（2-3）对机加工后的上半球连接件5、下半球连接件6进行表面镀铬，对上半球连接件5和下半球连接件6的表面进行镀铬，能够有效增加球形密封组件的硬度。
（3）环板8成型：
（3-1）按照环板8尺寸要求进行下料，按照要求将坯料焊接成环板8。
（3-2）对步骤（3-1）中焊接成的环板8进行表面机加工。
（4）波纹管7成型：
（4-1）波片冲裁及压延变形：将钢带通过复合模具完成波纹管7波片的落料、冲孔及延伸变形。
（4-2）喷丸处理：对步骤（4-1）的波片进行吹砂处理，砂的粒度要求均匀，直径为0.1-0.5mm。
（4-3）焊接：按照配套组合关系将波片放入内圆焊接夹具夹紧，焊接波片内圆，并保证焊缝搭接长度为3-10mm；再将波片组件装在外圆焊接夹具芯棒上，夹紧后焊接波片外圆，焊缝搭接长度为3-10mm。
（4-4）对焊接后的波纹管7进行热处理。
（4-5）对热处理后的波纹管7进行无损探伤。
（5）套筒补偿组件加工：
（5-1）按照第一连接套筒10、第二连接套筒11、第一法兰12、第二法兰13的尺寸要求进行落料，并对第一法兰12和第二法兰13的落料进行折弯。
（5-2）对第一连接套筒10、第二连接套筒11、第一法兰12、第二法兰13的坯料焊接成管状。
（5-3）对形成管状的第一连接套筒10、第二连接套筒11、第一法兰12、第二法兰13的表面进行机加工。
（6）焊接组装：
（6-1）将步骤（2）中成型的两下半球连接件6分别焊接在步骤（1）中成型的左侧接管1和右侧接管4上，将步骤（2）中成型的两上半球连接件5分别焊接在成型第一中间接管2和第二中间接管3上，保证左侧接管1上的下半球连接件6与第一中间接管2上的上半球连接件5紧密接触，右侧接管4上的下半球连接件6与第二中间接管3上的上半球连接件5紧密接触。
（6-2）将步骤（3）中成型的环板8挑选两片焊接固定在第一中间接管2和第二中间接管3的外侧；将步骤（4）中成型的两波纹管7分别套接在两球形密封组件外侧，并将其焊接在环板8的外侧上；向波纹管7与球形密封组件形成的空腔内填充保温材料9；再挑选两片成型的环板8焊接固定在波纹管7另一端、左侧接管1或右侧接管4上；在此焊接过程中，在波纹管7表面覆盖一层石棉布。
（6-3）将步骤（5）中成型的第一连接套筒10和第二连接套筒11分别焊接在第一中间接管2和第二中间接管3外侧；将第一法兰12焊接在第一连接套筒10的外侧；在第一法兰12与第二连接套筒11之间形成的凹槽内填充石墨填料14；将第二法兰13插入第一法兰12与第二连接套筒11之间形成的凹槽处，并通过螺栓19和螺母20将第一法兰12与第二法兰13固定连接在一起；在焊接过程中，在波纹管7表面覆盖一层石棉布，可以避免波纹管表面在焊接过程中受到损伤；
（6-4）对步骤（6-3）中焊接组装后的球形波纹补偿器整体着色进行无损探伤；
（6-5）对步骤（6-4）中无损探伤后的合格球形波纹补偿器进行耐压测试；
（6-6）对步骤（6-5）中耐压测试后合格的球形波纹补偿器进行抛光、清理和表面油漆处理。
（7）万向环15及铰接组件的加工，包括以下步骤：
（7-1）按照万向环15的尺寸要求落料，将万向环15的坯料焊接成万向环15形状；并在万向环15上开设有通孔。
（7-2）对步骤（7-1）中焊接成的万向环15进行表面机加工。
（7-3）按照铰接组件中铰接柱16、上夹板17、下夹板18的尺寸要求落料，并在上夹板17、下夹板18与万向环15连接外置开设通孔；在铰接柱16上开设供上夹板17和下夹板18插接的卡槽。
（7-4）对步骤（7-3）铰接柱16、上夹板17、下夹板18的坯料进行机加工。
（7-5）挑选步骤（7-4）机加工的任两组铰接柱16，每组铰接柱16包括两个铰接柱16，将其中一组铰接柱16底部焊接在左侧接管1的圆周上，且与左侧接管1所对应的环板8固定焊接，另一组铰接柱16焊接在第二中间接管3的圆周上，且与第二中间接管3外侧的环板8固定焊接。
（7-6）挑选步骤（7-4）机加工的任两组上夹板17和下夹板18，挑选一组上夹板17和下夹板18卡接在其中一组铰接柱16的卡槽内，并通过螺栓穿过上夹板17、万向环15和下夹板18的通孔内，并用螺母20锁定；将另一组上夹板17和下夹板18卡接在另一组铰接柱16的卡槽内，并通过螺栓19穿过上夹板17、万向环15和下夹板18的通孔内，并用螺母20锁定。
其中，所述步骤（4-4）中的热处理过程，具体包括以下步骤：
（4-4-1）对于奥氏体不锈钢波纹管7，焊接质量的气检后，将波纹管7装入真空炉中，加热至390-410℃，保温3-5小时，进行应力消除，然后随炉冷却至室温。
（4-4-2）对于马氏体及沉淀硬化不锈钢波纹管7，在波片冲裁之前，将波纹管7冲裁材料装入真空炉中，加热至1040-1060℃，保温6-14分钟；在波纹管7焊接之后，进行焊接质量的气检；气检后，将波纹管7放在真空炉中940-960℃保温20-40分钟，进行真空气淬；然后进行冷处理，即在-73~-83℃干冰保温8小时以上；最后进行时效处理，即将波纹管7在真空炉中530-540℃保温4小时，随炉冷却至室温。
本发明通过设置可相对旋转的上半球连接件5和下半球连接件6，既能够解决煤粉输送管道的空间管段的角位移补偿，降低管道的应力水平，提高管道的安全性，当煤粉热膨胀时，热膨胀的煤粉对球形密封组件挤压，从而实现上半球连接件5与下半球连接件6的连接更加紧密，可以有效避免经过球形波纹补偿器的煤粉泄露。
本发明的球形密封组件外部采用波纹管7密封的结构，可实现解决普通球形补偿器受热后膨胀时，容易内部介质泄漏的问题，实现线位移补偿；同时，在波纹管7与球形密封组件之间填充保温材料9，能够提高球形波纹补偿器的保温性能。
本发明通过在第一中间接管2与第二中间接管3通过一套筒补偿组件进行可伸缩式固定连接，套筒补偿组件包括第一连接套筒10、第二连接套筒11、第一法兰12、第二法兰13和石墨填料14，在受热后需要膨胀的情况下，第二连接套筒11与第二法兰13之间压缩石墨填料14，从而增大第一中间接管2与第二中间接管3之间的距离，从而实现长度补偿，减少球形密封组件处的伸长，有效避免内部煤粉泄露的情况，套筒补偿组件、波纹管7及球形密封组件配合，多种方式进行补偿，提高球形波纹补偿器的角位移和线位移补偿性能。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。