角向型波纹管补偿器结构设计，文中以某工程中使用的DN1600双铰链波纹膨胀节为例。其工作环境为150℃，管线压力为0.1MPa;补偿要求为Y方向摆动3°、Z方向摆动3°。根据技术指标要求，
依据GB/T12777标准设计波纹管几何尺寸如下:波纹管内径为1624mm，波高为56mm，波距为70mm，单层壁厚为0.8mm，
层数为3层，波数为4，角向型波纹补偿器材料为321。依据GB/T12777标准计算，波纹管应力计算结果如下:
压力引起的 波纹管补偿器直边段周向薄膜应力σ1=12.534MPa;压力引起的波纹管周向薄膜应力σ2=18.019MPa;
压力引起的波纹管子午向薄膜应力σ3=1.187MPa;压力引起的波纹管子午向弯曲应力σ4=47.623MPa;
位移引起的波纹管子午向薄膜应力σ5=6.284MPa;位移引起的波纹管子午向弯曲应力σ6=1052.704MPa．
波纹管设计温度下的许用应力［σ］t=137MPa，计算结果满足:σ1≤［σ］t、σ2≤［σ］t、σ3+σ4≤3［σ］t，满足使用要求。
2．波纹管补偿器万向环、销轴设计分析目前，万向环采用圆形结构的较多，由板料卷制焊接而成，
大直径卷制圆环校圆精度较低，圆度不易保证，使圆形万向环上的销轴孔不能保证圆周均布，
给安装铰链板带来不便。同时，受圆形万向环的圆度影响，圆形万向环内壁与每个铰链板的间隙不均匀，
在波纹管角位移变形补偿时，圆形万向环内壁与铰链板之间容易干涉，甚至出现“卡死”现象，影响膨胀节旋转。
为避免这种情况发生，内侧铰链板与圆形万向环之间的间隙设计的要大些，铰链板、
万向环的宽度越大、膨胀节角位移变形补偿量越大，间隙设计要求就越大。
采用方形万向环结构设计方案时，方形万向环是由4个板状零部件焊接而成，
能保证万向环与铰链板销轴孔的正确安装位置。同时由于铰链板与方形万向环的内壁都为平面结构，
两件之间的配合间隙可以适当减小。当按照设计间隙正确安装后，万向环与铰链板之间相对移动自如，不会出现“卡死”现象。
由此可见，在不锈钢波纹管补偿器参数相同情况下，圆形万向环的内径要比方形万向环的内壁尺寸大。
对大直径铰链膨胀节结构，当万向环尺寸增加后，受力状况更加复杂，并且会产生更大的变形。
因此采用方形万向环不但可以简化设计、还可以改善万向环的受力状况。由于方形万向环为零部件焊接结构，
当波纹膨胀节通径较大时，可以在安装现场进行万向环的组焊，以方便运输。
根据铰链金属膨胀节设计结构对万向环进行有限元分析。万向环与铰链板之间通过销轴连接，
万向环除了承受波纹管内压外，还要承受外部载荷，总拉力为328.985kN．
万向环的主应力最大值发生在4个侧板边沿中间处，最大值为129MPa．
最大剪切应力位于销轴与万向环接触处，最大值为9.65MPa，见图2。万向环的材料为Q345，许用应力［σ］=170MPa，
最大主应力σ1=129MPa＜1.5［σ］，最大剪切应力τ=9.65MPa＜0.6［σ］，设计符合要求。
由于大直径金属波纹补偿器内压较大，同时又受到外载荷的作用，所以在满足强度要求条件下，
万向环结构尺寸设计安全系数要高些，以减少万向环的弯曲变形。
(a)主应力分布图(b)剪应力图图2万向环应力分布图每个销轴由2个铰链板拉动，
铰链板的总拉力为328.985kN，包含了盲板力和外部载荷。对销轴进行有限元分析，
最大剪应力为9.66MPa，见图3。销轴的材料为2Cr13，许用应力［σ］=147MPa，最大剪切应力τ=9.66MPa＜0.6［σ］，设计符合要求。
图3销轴剪应力分布图2．3铰链板设计铰链板与马鞍板焊接连接，铰链板承受盲板力与外部载荷，
总拉力为328.985kN．根据设计尺寸对其进行有限元分析，应力最大点位于铰链板销轴孔径位置。
波纹管补偿器铰链板的材料为Q345，许用应力为［σ］=170MPa，铰链板的拉应力(最大主应力)=86.3MPa＜［σ］，
最大剪切应力τ=48.8MPa＜0.6［σ］，设计符合要求。根据应力分布情况，制造时要保证马鞍板和铰链板的焊接强度，保证波纹管补偿器运行安全可靠。
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