CN100410574C - 地埋式管道的无支撑、长距离补偿方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明针对现有地下管道系统存在的因补偿方法不当而造成的投资过大，寿命不长的问题，公开了一种新的地埋式管道的无支撑、长距离补偿方法及其系统，其方法是首先将待辅设的管道直接放置在地面以下的地基上；其次，在设定的每个补偿位置处安装由两个或两个以上旋转补偿器及连接管组成的补偿装置，以补偿管道因热胀冷缩而发生的长度的变化；在所述补偿装置周围设置补偿空间。其系统包括埋设在地下的由若干段主管道和支管道组成的输送管道，在主管道与主管道之间或主管道与支管道之间、支管道与支管道之间安装有用于补偿管道长度的、由旋转补偿器及连接管组成的补偿装置。具有施工简单方便，管道运行安全可靠的优点。

Description

地埋式管道的无支撑、长距离补偿方法及其系统

技术领域

本发明涉及地下管道的补偿方法及相应的管道系统，尤其是一种热力(热水或蒸气)输送管道或化工输送管道的热胀冷缩的补偿方法及管道系统，具体地说是一种地埋式管道的无支撑、长距离补偿方法及其系统。

背景技术

目前，地埋式热力输送管道是一种常见的输送管道。为了克服热力输送管道因热胀冷缩而引起管道的损坏，安装时必须每隔一定的距离设置一长度补偿器。常用的补偿器有套管式和波纹管式二种结构。由于这二种结构的补偿装置的补偿量有限，因此一方面补偿间隔较小，一般在30-50米就必须设置一种补偿器，这样一来，整个管道系统所需的补偿器的数量就十分巨大，增加了工程造价，另一方面安装有套管或波纹管的管道，因管道断开，管道内介质压力在拐弯处产生巨大的内压力，常使管道拉裂。所以，为了保证补偿的正常实现，必须每隔一定的距离设置一个重达几百吨(可达300吨或以上)的混凝土固定桩基，其造价也十分巨大。此外，整个管道还必须承受地基变形如地震塌陷等引起的巨大压力，还由于管路上装有许多补偿器，致使整个管道系统更加脆弱，容易受外界影响发生破裂，通常的使用寿命只有理论寿命的一半左右，只要其中有一只破裂就可使整个系统瘫痪，不但产生巨大的经济损失，(少则数百万元，多则上亿元)，还将带来严重的社会问题(如北京某公司曾经因系统中一只波纹管爆裂，以致56万人三个月没有采暖)。因此，现有的热力管道由于补偿方法不当，普通存在投资过大，使用寿命过短的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有地下管道系统存在的因补偿方法不当而造成的投资过大，安全寿命不长的问题，发明一种新的地埋式管道的无支撑、不产生内压推力、长距离补偿方法及其系统。

本发明的技术方案是：

一种地埋式管道的无支撑、长距离补偿方法，其特征是，首先将待辅设的管道直接放置在地面以下的地基上；其次，在设定的每个补偿位置处安装由两个或两个以上旋转补偿器及连接管组成的补偿装置，以补偿管道因热胀冷缩而发生的长度的变化；在所述补偿装置周围设有补偿空间。

所述的补偿装置或为同直线补偿装置、或为平行线补偿装置、或为转角补偿装置或其中的任意二个组合或全部组合。

所述的同直线补偿装置至少由四个旋转补偿器、三段连接管及安装基础组成，四个旋转补偿器及三段连接管均位于安装基础中，第一、第二两个旋转补偿器的一端分别与待连接的主管道相连，另一端与其相垂直的第一连接管、第二连接管相连，第一连接管、第二连接管的另一端分别与对应的第三旋转补偿器和第四旋转补偿器的一端相连，与主管相平行的第二连接管的两端分别与对应的第三旋转补偿器和第四旋转补偿器的一端相连。

所述的平行线补偿装置至少由两个旋转补偿器、一段连接管及安装基础组成，两个旋转补偿器及一段连接管均位于安装基础中，两个旋转补偿器的一端分别与相应的待连接的主管相连，两个旋转补偿器的另一端通过连接管相连。

所述的转角补偿装置由三个旋转补偿器、两段连接管及安装基础组成，三个旋转补偿器及两段连接管均位于安装基础中，第一旋转补偿器和第二旋转补偿器的一端与各自对应的主管的一端相连，它们的另一端分别与对应第一连接管和第二连接管的一端相连，第一连接管和第二连接管的另一端分别与第三旋转补偿器的两端相连。

所述的补偿空间或为无约束的充满软土的地基，

或为包裹在补偿器上的弹性包裹体，

或为中空的地埋式混凝土结构，

或为安装有可压缩材料或软土的地埋式混凝土结构，

或为中空的地埋式钢结构，

或为安装有可压缩材料或软土的地埋式钢结构；

在地埋式混凝土结构或钢结构上设有穿装地埋式管道的通孔，地埋式管道活动穿过该通孔与对应的旋转补偿器相连。

所述的两相邻补偿位置之间的间距介于30-500米之间。

所述的地埋式管道为气体输送管道时，所述的旋转补偿器安装在密封的地埋式混凝土结构或钢结构基础中。

本发明的技术方案还包括用于实现上述方法的地埋式管道系统：

一种地埋式无支撑、长距离补偿管道系统，包括由若干段主管道组成或由若干段主管道及与主管道相连的支管道组成的输送管道，其特征是所述的输送管道直接按设计好的路径敷设在地下，在设定的每个补偿位置处安装有用于补偿管道长度的、由两个或两个以上旋转补偿器及连接管组成的补偿装置；所述的补偿装置或直接安装在软土地基中，或包裹弹性材料后安装在地基中，或安装在中空的地埋式混凝土结构或钢结构安装基础中，所述的安装基础或为未添加任何填料的空心结构，或为填装有可压缩材料或软土的实心结构，在安装基础上设有穿装地埋式管道的通孔，地埋式管道活动穿过该通孔与对应的补偿装置中的旋转补偿器相连。

所述的补偿装置或为同直线补偿装置、或为平行线补偿装置、或为转角补偿装置或其中的任意二个组合或全部组合。

所述的同直线补偿装置至少由四个旋转补偿器、三段连接管及安装基础组成，四个旋转补偿器及三段连接管均位于安装基础中，第一、第二两个旋转补偿器的一端分别与待连接的主管道相连，另一端与其相垂直的第一连接管、第二连接管相连，第一连接管、第二连接管的另一端分别与对应的第三旋转补偿器和第四旋转补偿器的一端相连，与主管相平行的第二连接管的两端分别与对应的第三旋转补偿器和第四旋转补偿器的一端相连。

所述的平行线补偿装置至少由两个旋转补偿器、一段连接管及安装基础组成，两个旋转补偿器及一段连接管均位于安装基础中，两个旋转补偿器的一端分别与相应的待连接的主管相连，两个旋转补偿器的另一端通过连接管相连。

所述的转角补偿装置由三个旋转补偿器、两段连接管及安装基础组成，三个旋转补偿器及两段连接管均位于安装基础中，第一旋转补偿器和第二旋转补偿器的一端与各自对应的主管的一端相连，它们的另一端分别与对应第一连接管和第二连接管的一端相连，第一连接管和第二连接管的另一端分别与第三旋转补偿器的两端相连。

所述的地埋式管道为蒸汽输送管道时，所述的安装基础为密封式结构。

本发明具有以下优点：

1、本发明大大简化了地下管道的安装工序和对地基的需求，它要直接辅设在软土地基上，施工时只需开挖一用于掩埋输送主管的地沟即可，无需对地基作任何处理，且省去了传统的桩基，因此，安装工艺很简单、安装成本可大幅度度下降。

2、由于本发明的补偿量相当于一个可拉伸的平行四边形，每个补偿单元的补偿长度可根据需要进行设计，故理论上相邻补偿单元的间隔可达到500米以上。

3、由于无固定式桩基的约束，因此，本发明的管道系统的抗压性能好，不会产生内压力和盲板力，管道的使用寿命可达到其理论寿命。

4、适用范围广，本发明可用于一切需要对管道长度进行补偿的输送管道，尤其适合于温差在70度以上的输送管道，如北方地区的热水供水系统、企业内部的蒸汽供汽系统、化工企业的原料及中间体的输送管道、余热回收利用管道等，既可用于直管输送管道，也可用于支管输送管道。

5、整个管路系统具有刚性管道、柔性结构的特点，可拉伸，具有抗震功能。

6、整个系统设计、制造十分方便，成本低。

7、作为整个系统的关键的旋转补偿器是近年来发展起来的性能优良，补偿安全可靠的新产品，目前正在逐步替代现有的套管式和波纹管式补偿器，将其应用到地下管道的补偿中尚属首次且产生了特别的效果，解决了长期以来使用的套管式和波纹管补偿装置所存在的不可逾越的技术难题。它具有结构简单，制造安装方便的优势。

8、由于地面上架空式安装的管道受到支撑架的约束，只会产生一个沿管道轴线方向的变形，因此其补偿的方向是固定的，使用一至二个旋转补偿器则可满足要求，而当管道被埋入地下后，由于无法像地面上一下安装固定式支撑，因此当管道受热或遇冷变形时，其变形方向是不确定的，一般来说其变形方向是偏离原轴线一个角度的，因此当管道埋入地下后所需的旋转补偿器的数量应用适当的增加，同时为了保证旋转补偿器能有足够的空间进行变形补偿，必须保证其安装位置处有一定的伸缩空间，而在自然条件下随着雨水的浸渍和重力作用，即使最蓬松的土壤也会随着时间的推移而逐步板实，而土壤一旦板实后即没有足够的变形空间，因此本发明通过在旋转补偿安装器安装位置处增加采用混凝土结构或钢结构的，或在补偿装置处包裹有弹性的物体或粗砂等，安装基础就很好地解决了管道的长期工作问题。同时，由于采用本发明的方法后每根管道的补偿间距可大幅度增加，与地面安装式管道相比，所需的安装基础将大大减少，而且对安装基础的施工要求远远低于地面支撑的要求，其施工要求也可大大低于地面支撑。

9、可省去地面式安装时大量的土建工作量和支撑架，节省大量的建设成本。

附图说明

图1是本发明的一个组合式管道系统的立体结构示意图。

图2是本发明实施例所采用的一种旋转补偿器的结构示意图。

具体实施方式

下面结构附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、2所示。

本发明的地埋式管道的无支撑、长距离补偿方法是首先将待辅设的管道直接放置在地面以下的未经处理的软土地基上；其次，在设定的补偿位置(两相邻补偿位置之间的间距最大可达500米)处或转弯处安装两个或两个以上的旋转补偿器以补偿管道因热胀冷缩而发生的长度的变化，所述的旋转补偿器安装在中空的地埋式混凝土结构或钢结构安装基础中，所述的中空的地埋式混凝土结构或钢结构安装基础或为未添加任何填料的空心结构，或为填装有可压缩材料或软土的实心结构，在地埋式混凝土结构或钢结构安装基础上设有穿装地埋式管道的通孔，地埋式管道活动穿过该通孔与对应的旋转补偿器相连。具体实施时，当补偿的距离较小时，本发明的旋转补偿器还可直接铺设在软土地基，也可在旋转补偿器上包裹一个能压缩的、具有弹性的包裹体来代替混凝土安装基础或钢结构安装基础。当输送的介质为气体(如蒸气)时，则旋转补偿器必须安装在密封的混凝土安装基础或钢结构安装基础中，其它介质则不强调要密封。

图1详细表述了本发明的整体构思，具体实施时，可全部实施图1中的管道系统，也可实施图1中的部分管道系统，所述的管道系统可为单管道系统，也可为双管道系统，还可为三管道系统，下面仅以一个管道系统为例作进一步的说明，多管道系统可参照单管道系统进行实施。

一种地埋式无支撑、长距离补偿管道系统，将需要辅设的管道(由主管道1、2、3、4，与主管道4相连的支管道5及与支道道5相连的支管道6组成)直接按设计好的路径敷设在地下，并在设定的补偿接头处(补偿间隔可参照相关设计手册进行设定，采用本发明的系统其间隔最大可达500米，远远大于现有的30-50米的间隔)或转角处安装用于补偿管道长度的、由旋转补偿器、连接管及安装基础20′组成的补偿装置。补偿接头处可位于直段的主管道之间，也可位于主管道的转角处，还可位于主管道与支管道的连接处以及位于支管道与支管道的连接处，如图1所示。

其中所述的补偿装置可为同直线补偿装置、也可为平行线补偿装置、还可为转角补偿装置或其中的任意二个或全部的组合。

对照图1，所述的同直线补偿装置由四个旋转补偿器7、8、9、10、三段连接管11、12、13及安装基础20′组成，四个旋转补偿器7、8、9、10、三段连接管11、12、13均位于安装基础20′中，第一、第二两个旋转补偿器7、8的一端分别与待连接的呈同一直接布置的主管道2、3相连，另一端与其相垂直的第一连接管11、第二连接管12相连，第一连接管11、第二连接管12的另一端分别与对应的第三旋转补偿器9和第四旋转补偿器10的一端相连，与主管相平行的第三连接管13的两端分别与对应的第三旋转补偿器9和第四旋转补偿器10的一端相连，相邻的两个主管2、3通过所述的四个旋转补偿器7、8、9、10和三段连接管11、12、13连接成一个能自动补偿管道长度的通道。

所述的平行线补偿装置由两个旋转补偿器14、15、一段连接管16及安装基础20′组成，两个旋转补偿器14、15、一段连接管16均位于安装基础20′中，两个旋转补偿器14、15的一端分别与相应的待连接的相互平行但不在同一直线上的主管1、2相连，两个旋转补偿器14、15的另一端通过连接管16相连。

所述的转角补偿装置由三个旋转补偿器17、18、19、两段连接管20、21及安装基础20′组成，三个旋转补偿器17、18、19、两段连接管20、21均位于安装基础20′中，第一旋转补偿器17和第二旋转补偿器19的一端与各自对应的相互垂直的主管3、4的一端相连，它们的另一端分别与对应第一连接管20和第二连接管21的一端相连，第一连接管20和第二连接管21的另一端分别与第三旋转补偿器18的两端相连。

支管5及支管5的支管6处的补偿与转角补偿相同。

图1中A、B、C、D、E、F分别代表主管1、2、3、4及支管5、6的中点，是主管或支管胀缩时的出发点，补偿装置a、b、c、d、e分别表示三种不同的补偿装置，其中a为平行线补偿装置，用于补偿A、B之间的热胀冷缩，b为同直线补偿装置，用于补偿B、C之间的热胀冷缩，c为转角补偿装置，用于补偿C、D之间的热胀冷缩，d相当于转角补偿装置，用于补偿D、E之间的热胀冷缩，e相当于转角补偿装置，用于补偿E、F之间的热胀冷缩。

本实施例中的安装基础20′可为地埋式中空的混凝土结构，也可为地埋式中空的钢结构，旋转补偿器安装在混凝土结构或钢结构的安装基础中，所述的安装基础可为不装填任何填料的空心结构，其中仅安装有旋转补偿器，也可为中心装置有软土、可压缩材料如泡沫等的非空心结构。如果管道为蒸汽输送管道时，该安装基础还必须为密封结构，以防止蒸汽泄漏，同时在输送管道相应位置处还应安装相应的排泄管。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

本实施例的旋转补偿器可采用各种结构的旋转补偿器，图2是其中的一种，它包括芯管1′、密封压盖3′、密封座5′、连接管7′，芯管1′的一端插入连接管7′中，连接管7′可采用工程上常用的变径管接头，连接管7′与密封座5′的一端焊接相连并套装在芯管1′上，在芯管1′伸入连接管7′的一端上设有一个环形外凸台8′(该环形外凸台的数量也可根据介质温度和管道压力通过实验确定)，在密封座5′的内表面上设有一个环形内凸台9′(该环形内凸台的数量也可根据介质温度和管道压力通过实验确定)，密封压盖3′套装在芯管3′上并插入密封座5′的另一端中与安装在密封座5′的内表面与芯管1′的外表面之间的环面密封件4′相抵，密封压盖3′和密封座5′通过连接件2′相连，在密封座5′和芯管1′之间至少形成有一个由密封座5′内表面、芯管1′外表面以及环形外凸台8′、环形内凸台9′的侧面形成的密封腔，在所述的密封腔中安装有端面密封件6′，密封件4′，6′可采用耐高温高压密封材料件，如高纯柔性油浸石墨密封件。

为了保证补偿时转动的灵活性，具体实施时可在与芯管1′的外表面相接触的密封座5′的环形内凸台9′和与芯管1′的外表面相接触的密封压盖3′上安装有一圈滚珠10′，滚珠10 ′也可仅安装在与芯管1的外表面相接触的密封压盖3′上，也可一圈也不安装，这时因为旋转时的转动速度很慢，相对转动的角度有限，对转动的灵活性要求不是很高所致，当然，如果安装有滚珠10′则其效果会更好。

具体实施时，为了增加密封效果，可适当增加端面密封件6′和环面密封件4′的数量，而这在制造中只需通过增加内外环形台阶面的方法加以实现。

具体实施时，还可根据需要采用其它结构形式的旋转补偿器，即只要是通过旋转补偿的补偿器均可被应用于本发明中。

由上可看出，输送管道无支撑安装，且可长距离设置补偿点是本发明区别于现有管道系统的最大特点，而图1给出了一个包含了三种常见的补偿单元的结构，具体实施时可根据需要进行选择相应的补偿单元，而作为本领域的技术人员来说，利用本原理还可设计出各种各样的管道补偿单元，即使在每段主管段的中点处参照现有技术加以固定，也应被认为是本发明的等效替换，即凡将旋转补偿器组合成补偿单元用于地下管道的热胀补偿均被认为涵盖在本发明之中。

具体安装时，当补偿的距离较小时，本发明的旋转补偿器还可直接铺设在软土地基，也可在旋转补偿器上包裹一个能压缩的、具有弹性的包裹体来代替混凝土安装基础或钢结构安装基础。当输送的介质为气体(如蒸气)时，则旋转补偿器必须安装在密封的混凝土安装基础或钢结构安装基础中，其它介质则不强调要密封。

Claims (14)

1. 一种地埋式管道的无支撑、长距离补偿方法，其特征是，首先将待辅设的管道直接放置在地面以下的地基上；其次，在设定的每个补偿位置处安装由两个或两个以上旋转补偿器及连接管组成的补偿装置，以补偿管道因热胀冷缩而发生的长度的变化；在所述补偿装置周围设有补偿空间。

2. 根据权利要求1所述的补偿方法，其特征是所述的补偿装置或为同直线补偿装置、或为平行线补偿装置、或为转角补偿装置或其中的任意二个组合或全部组合。

3. 根据权利要求2所述的补偿方法，其特征是所述的同直线补偿装置至少由四个旋转补偿器、三段连接管及安装基础组成，四个旋转补偿器及三段连接管均位于安装基础中，第一、第二两个旋转补偿器的一端分别与待连接的主管道相连，另一端与其相垂直的第一连接管、第二连接管相连，第一连接管、第二连接管的另一端分别与对应的第三旋转补偿器和第四旋转补偿器的一端相连，与主管相平行的第二连接管的两端分别与对应的第三旋转补偿器和第四旋转补偿器的一端相连。

4. 根据权利要求2所述的补偿方法，其特征是所述的平行线补偿装置至少由两个旋转补偿器、一段连接管及安装基础组成，两个旋转补偿器及一段连接管均位于安装基础中，两个旋转补偿器的一端分别与相应的待连接的主管相连，两个旋转补偿器的另一端通过连接管相连。

5. 根据权利要求2所述的补偿方法，其特征是所述的转角补偿装置由三个旋转补偿器、两段连接管及安装基础组成，三个旋转补偿器及两段连接管均位于安装基础中，第一旋转补偿器和第二旋转补偿器的一端与各自对应的主管的一端相连，它们的另一端分别与对应第一连接管和第二连接管的一端相连，第一连接管和第二连接管的另一端分别与第三旋转补偿器的两端相连。

6. 根据权利要求1所述的补偿方法，其特征是所述的补偿空间或为无约束的充满软土的地基，

或为包裹在补偿器上的弹性包裹体，

或为中空的地埋式混凝土结构，

或为安装有可压缩材料或软土的地埋式混凝土结构，

或为中空的地埋式钢结构，

或为安装有可压缩材料或软土的地埋式钢结构；

在地埋式混凝土结构或钢结构上设有穿装地埋式管道的通孔，地埋式管道活动穿过该通孔与对应的旋转补偿器相连。

7. 根据权利要求1所述的补偿方法，其特征是所述的两相邻补偿位置之间的间距介于30-500米之间。

8. 根据权利要求1所述的补偿方法，其特征是所述的地埋式管道为气体输送管道时，所述的旋转补偿器安装在密封的地埋式混凝土结构或钢结构基础中。

9. 一种地埋式无支撑、长距离补偿管道系统，包括由若干段主管道组成或由若干段主管道及与主管道相连的支管道组成的输送管道，其特征是所述的输送管道直接按设计好的路径敷设在地下，在设定的每个补偿位置处安装有用于补偿管道长度的、由两个或两个以上旋转补偿器及连接管组成的补偿装置；所述的补偿装置或直接安装在软土地基中，或包裹弹性材料后安装在地基中，或安装在中空的地埋式混凝土结构或钢结构安装基础中，所述的安装基础或为未添加任何填料的空心结构，或为填装有可压缩材料或软土的实心结构，在安装基础上设有穿装地埋式管道的通孔，地埋式管道活动穿过该通孔与对应的补偿装置中的旋转补偿器相连。

10. 根据权利要求9所述的地埋式无支撑、长距离补偿管道系统，其特征是所述的补偿装置或为同直线补偿装置、或为平行线补偿装置、或为转角补偿装置或其中的任意二个组合或全部组合。

11. 根据权利要求10所述的地埋式无支撑、长距离补偿管道系统，其特征是所述的同直线补偿装置至少由四个旋转补偿器、三段连接管及安装基础组成，四个旋转补偿器及三段连接管均位于安装基础中，第一、第二两个旋转补偿器的一端分别与待连接的主管道相连，另一端与其相垂直的第一连接管、第二连接管相连，第一连接管、第二连接管的另一端分别与对应的第三旋转补偿器和第四旋转补偿器的一端相连，与主管相平行的第二连接管的两端分别与对应的第三旋转补偿器和第四旋转补偿器的一端相连。

12. 根据权利要求10所述的地埋式无支撑、长距离补偿管道系统，其特征是所述的平行线补偿装置至少由两个旋转补偿器、一段连接管及安装基础组成，两个旋转补偿器及一段连接管均位于安装基础中，两个旋转补偿器的一端分别与相应的待连接的主管相连，两个旋转补偿器的另一端通过连接管相连。

13. 根据权利要求10所述的地埋式无支撑、长距离补偿管道系统，其特征是所述的转角补偿装置由三个旋转补偿器、两段连接管及安装基础组成，三个旋转补偿器及两段连接管均位于安装基础中，第一旋转补偿器和第二旋转补偿器的一端与各自对应的主管的一端相连，它们的另一端分别与对应第一连接管和第二连接管的一端相连，第一连接管和第二连接管的另一端分别与第三旋转补偿器的两端相连。

14. 根据权利要求9所述的地埋式无支撑、长距离补偿管道系统，其特征是所述的地埋式管道为蒸汽输送管道时，所述的安装基础为密封式结构。

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