CN101832438A - 新型免维护旋转补偿器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型免维护旋转补偿器，属于石油、化工、轻工、热力、冶金等行业中热力管道上使用的免维护旋转补偿器结构的技术领域。包括内管、外压盖、弹簧、压料法兰、外套管法兰、外套管、变径接管、轴心扶正环、钢球、密封填料和外套管内承台等，其中：内管插入外套管内，外套管内承台与内管凸外环两者端面间置有密封填料，变径接管内端插入外套管内并嵌入内管凸外环内侧，内管凸外环与变径管承台两者端面间置有密封填料，变径管承台与外套管进行焊接固定；外压盖套装在压料法兰外端，压料法兰外端通过弹簧顶抵外压盖；轴心扶正环套装在外压盖外端并嵌入外压盖内侧，内管凸外环外环面与外套管内壁两者之间设有钢球。采用这样的结构具有精度高，扭距小，承压能力更强，压损更小，而且介质流向不受限，进一步拓宽了旋转补偿器的适用范围和免维护特点。

Description

新型免维护旋转补偿器

技术领域

本发明涉及一种新型免维护旋转补偿器，属于用于自动补偿长距离热力管道的补偿装置结构的技术领域，具体说属于石油、化工、轻工、热力、冶金等行业中热力管道上使用的免维护旋转补偿器结构的技术领域。

背景技术

传统的管道补偿技术有多种结构形式，其中有传统的自然U形弯式、套筒式、波纹式以及球形式管道补偿方式，但由于存在占用空间大，补偿距离短，安装受局限，造价与运行成本高等原因。目前热力管网项目已大量采用具有布置灵活、安装方便、补偿量大、综合成本低等优点的旋转补偿器。

详见：中国专利号ZL02258709.8改进的旋转补偿器

中国专利号ZL200520074933.1免维护旋转补偿器，

中国专利号ZL200610041301.4管道用耐高压旋转补偿器

中国专利号ZL200720128801.1精密旋转补偿器

中国专利号ZL200720033902.0地埋式免维护旋转补偿器

中国专利号ZL200720149721.4单压盖无方向旋转补偿器

中国专利号ZL200720149720.X双压盖无方向旋转补偿器

中国专利号ZL200720173047.3高性能管道旋转补偿器

中国专利号ZL200920007062.X耐压精密旋转补偿器

中国专利号ZL200920007063.4耐高压精密旋转补偿器

中国专利号ZL200920007064.9新型耐腐管道旋转补偿器

中国专利号ZL200920007065.3高压管道精密旋转补偿器

中国专利号ZL200920007066.8双密封耐高压旋转补偿器

以上系列产品都具备补偿量大、布置灵活等特点，结构上也有了不同程度的改进，但还存在不足：

例一：中国专利号ZL02258709.8改进的旋转补偿器

中国专利号ZL200610041301.4管道用耐高压旋转补偿器

这二个产品的不足之处在于

1.内管与变径管的接合部位间隙过大，流体介质运动中在该部位会产生涡流，增加了流体介质的压力损失，况且介质流向受到约束。

2.填料压盖内环凹槽内的钢球与内管外侧为线型接触，接触面过小，加上钢球与内管外侧存在一定间隙，而且填料压盖内环凹槽内钢球与外套管内承台之间的钢球两者之间距离过短，轴心扶正功效差，容易造成内管在旋转运动时自身扭距过大，无法承受旋转运动中横向扭力和管道热膨胀的巨大盲板力，由此容易造成对密封填料的偏心磨损，至使产生泄漏通道。

4.变径接管与密封座(外套管)连接部位为台阶形，该部位的焊缝无法进行正常的探伤检测。

例二：中国专利号ZL200520074933.1免维护旋转补偿器，

中国专利号ZL200720128801.1精密旋转补偿器

中国专利号ZL200720033902.0地埋式免维护旋转补偿器

这三个产品存在不足之处在于：

1.弹簧压紧法兰、填料压盖法内圈没有设置钢球，为了保证内管轴心度只能把法兰内圈与内管外圈间的间隙控制到最小范围，这样虽轴心度得到了控制，但会形成内管在相对旋转时摩阻过大，再加上外套管内承台与内管外环间的滚动环为线型接触，摩阻就更大。这样的话在热补偿运行时就容易造成固定点钢梁变形，甚至造成管道拱起及管道焊接部位爆裂。

2.由于只采用了单一的密封方式，承压能力和密封性能都受到限制。

例三：中国专利号ZL200720149721.4单压盖无方向旋转补偿器

中国专利号ZL200720149720.X双压盖无方向旋转补偿器

中国专利号ZL200720173047.3高性能管道旋转补偿器

中国专利号ZL200920007062.X耐压精密旋转补偿器

中国专利号ZL200920007063.4耐高压精密旋转补偿器

中国专利号ZL200920007064.9新型耐腐管道旋转补偿器

中国专利号ZL200920007065.3高压管道精密旋转补偿器

中国专利号ZL200920007066.8双密封耐高压旋转补偿器

这八个产品虽然在轴心扶正、内管与变径管的接合以及密封结构等性能方面有了一定提高，但在实现中还存在不足。

发明内容

本发明提供了一种新型免维护旋转补偿器。以实现解决目前现有旋转补偿器存在的不足，达到承压能力更强，压损更小，而且介质流向不受限，长时间运行无须维护的目的。

为达到所述目的本发明的技术方案是：

一种新型免维护旋转补偿器包括，内管、外压盖、弹簧、压料法兰、外套管法兰、螺栓螺母、外套管、变径接管、轴心扶正环、钢球Ⅰ、密封填料A、外套管内承台、密封填料B、内管凸外环、钢球Ⅱ、密封填料C和变径管承台组成，其中：

所述的外套管一端设置坡口，该坡口与设置在变径管承台上相对应的坡口焊接连接并延伸构成变径接管；该外套管的另一端一体环设有外套管法兰，所述的外套管内承台设置于该外套管内环面并位于该外套管法兰与所述的外套管坡口之间，该密封填料A和密封填料B套设于该内管外环面并位于该外套管内承台的两侧；

所述的内管凸外环一体环设在内管的一端，其环面与端面呈阶梯状结构环套在变径管承台的一端；该内管凸外环的外环面环设有凹槽，至少一个钢球Ⅱ位于所述的凹槽内并顶抵外套管的内壁；所述的密封填料C位于变径管承台与内管凸外环和外套管内侧与变径接管(8)内端外环共同形成的空间内；

所述的压料法兰截面为L型，环套在该内管上，其L型短端顶抵该密封填料A的一端，其L型长端外侧通过弹簧顶抵环套在该内管上的外压盖，轴心扶正环嵌入外压盖内并紧箍在该内管外环面上，钢球Ⅰ置于轴心扶正环与外压盖两者相对的环面之间。

该外压盖，压料法兰和外套管法兰通过螺栓螺母紧固连接，至少一个弹簧位于该外压盖和压料法兰之间。

该变径接管与内管接缝处为内外径相同，两者同轴对应；轴心扶正环设于内管外环，内管外环与轴心扶正环内侧为精加工紧密结合。

该内管凸外环其外端面与内管的内端面呈阶梯状结构，内管凸外环的外端头插入变径接管内端的外侧顶抵密封填料C。

该密封填料A、密封填料B、密封填料C为金属增强型柔性石墨、钛纤维加强型柔性石墨或添加了抗氧化剂的柔性石墨。

该密封填料C置于变径管承台与内管凸外环两者相对端面和外套管内壁与变径接管内端的外环共同形成的空间内。

该压料法兰与外压盖两者端面间至少装有四个弹簧。

该弹簧为立式弹簧、盘式弹簧或碟型弹簧。

该轴心扶正环嵌入外压盖外端内侧的凹角内；轴心扶正环与外压盖两者相对的环面之间装有至少十个钢球Ⅰ。

该内管凸外环外环面设有凹槽内装有至少十个钢球Ⅱ顶抵外套管内壁。

该外套管通过变径管承台延伸构成的变径接管截面呈T形结构状，变径接管带着变径管承台插入外套管内，使变径接管的内端嵌入内管凸外环内侧，使变径管承台的内端面紧抵密封填料C。

采用本发明的技术方案由于外压盖、压料法兰与外套管法兰通过螺栓螺母连接固定；外压盖与压料法兰两者端面间装有弹簧，轴心扶正环嵌入外压盖外端内侧，轴心扶正环与外压盖两者相对应的环面之间设有钢球Ⅰ。内管外环与压料法兰L型压料端面和外套管内壁与外套管内承台外端共同形成的空间内设有密封填料A。内管外环与内管凸外环内端面和外套管内壁与外套管内承台内端共同形成的空间内设有密封填料B。内管凸外环外端面和外套管内壁与变径管承台和变径接管内端外环共同形成的空间内设有密封填料C。外套管带内坡口的一端与变径管承台相对应的坡口进行焊接连接并延伸构成变径接管。这样的结构使变径接管内端与内管接缝处为内、外径相同，两者同轴对应似一根管，两者之间端面间隙仅为(2～4mm)，变径部位结构的改进大大提高了承压能力，同时又消除了压力损失。变径接管为直管段更便于管道连接焊缝的探伤检测。钢球Ⅰ、钢球Ⅱ既起到了内管轴心控制，又起到减小内、外管相对旋转时的摩阻的双重功效。而且钢球Ⅰ与钢球Ⅱ两者间距达到了最大化，轴心扶正效果更好。轴心扶正环内侧与内管外侧为环面紧密结合，既消除了内管外环面的摩损，又提高了内管的抗弯能力。外压盖与压料法兰两者端面之间装有弹簧，当密封填料A在长期运行中出现磨损减量时弹簧自身的涨力直接起到使压料法兰压料端对密封填料A的压紧作用。密封填料A、密封填料B和密封填料C既起到内、外管相对旋转时的润滑作用又具备端面和环面的多重密封功效。密封性能得到了更加可靠的保证。

采用本技术方案承压能力更强，压损更小，而且介质流向不受限，长时间运行无须维护。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明局部放大结构示意图。

附图标记说明：

1.内管

2.外压盖

3.弹簧

4.压料法兰

5.外套管法兰

6.螺栓螺母

7.外套管

8.变径接管

9.轴心扶正环

10.钢球Ⅰ

11.密封填料A

12.外套管内承台

13.密封填料B

14.内管凸外环

15.钢球Ⅱ

16.密封填料C

17.变径管承台

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案详细描述如下。

如图1、图2所示为本发明结构示意图及局部放大示意图，从图中可看出，

一种新型免维护旋转补偿器，包括内管1、外压盖2、弹簧3、压料法兰4、外套管法兰5、螺栓螺母6、外套管7、变径接管8、轴心扶正环9、钢球Ⅰ10、密封填料A11、外套管内承台12、密封填料B13、内管凸外环14、钢球Ⅱ15、密封填料C16和变径管承台17组成，其中：

所述的外套管7为管结构，整体套在内管1和变径接管8外环上(如图1)，外套管7的一端设置坡口(焊接用的坡口)，该坡口与设置在变径管承台17上相对应的坡口焊接连接并延伸构成变径接管8，如图1变径管承台17及变径接管8为管状结构，一端口外环凸设置截面为矩形的凸起(使其变径管承台17截面为T型，一端对接内管1，另一端延伸成变径接管8的部分)，凸起上设置焊接用的坡口(此坡口与外套管7上的坡口对接，对应形成焊接口通过焊接将外套管7和变径管承台17连接并延伸形成变径接管8。

该外套管7的另一端(相对于有坡口的另一端)一体环设有外套管法兰5，沿外套管法兰5的端面均匀分布至少一个通孔，该至少一个通孔的轴线与外套管7轴线同轴。所述的外套管内承台12(截面为矩形，如图1)设置于(或一体设置于)该外套管7内环面并位于该外套管法兰5与所述的外套管7坡口之间(可为两者取中的位置的内环面上)，该密封填料A11(为圆环结构)和密封填料B13(为圆环结构)套设于该内管1外环面并位于该外套管内承台12的两端，形成密封填料A11和密封填料B13从两端夹紧外套管内承台12并紧箍在内管1外环面上；

所述的内管凸外环14一体环设在内管1的一端(形成从内管1自然延伸出来的状态，如图1)，其环面与端面(截面)呈阶梯状结构环套在变径管承台17的一端(实际上也就是套在靠近变径管承台17凸起的坡口处探出的一端)；该内管凸外环14的外环面环设有凹槽，至少十个钢球Ⅱ15位于所述的凹槽内并顶抵外套管7的内壁，钢球Ⅱ15在凹槽内为滚动配合状态；所述的密封填料C16(为圆环结构)位于变径管承台17与内管凸外环14和外套管7内侧与变径接管(8)内端外环共同形成的空间内(如图1和图2)；

所述的压料法兰4为圆环状，截面为L型，环套在该内管1上，其L型短端顶抵该密封填料A11的一端，其L型长端外侧通过弹簧3顶抵环套在该内管1上的外压盖2，轴心扶正环9嵌入外压盖2内并紧箍在该内管1外环面上，钢球Ⅰ10置于轴心扶正环9与外压盖2两者相对应的环面之间。

该外压盖2，压料法兰4和外套管法兰5通过螺栓螺母6紧固连接，至少四个弹簧3位于该外压盖2和压料法兰4之间。

该变径接管8与内管1接缝处为内外径相同，两者同轴对应；轴心扶正环9设于内管1外环，内管1外环与轴心扶正环9内侧为精加工紧密结合。

该内管凸外环14其外端面与内管1的内端面呈阶梯状结构，内管凸外环14的外端头插入变径接管8内端的外侧顶抵密封填料C16，即内管凸外环14顶抵密封填料C16，又进一步通过密封填料C16顶抵变径接管8所在的变径管承台17端口外环凸设置的截面为矩形的凸起处；形成他们之间挤压形式的结构。

该密封填料A11、密封填料B13、密封填料C16为金属增强型柔性石墨、钛纤维加强型柔性石墨或添加了抗氧化剂的柔性石墨。

该密封填料C16置于变径管承台17与内管凸外环14两者相对端面和外套管7内壁与变径接管8内端的外环共同形成的空间内。

该压料法兰4与外压盖2两者端面间(或沿所述端面呈环形均匀分布)最佳状态为至少装有四个弹簧3。

该弹簧3为立式弹簧、盘式弹簧或碟型弹簧。

该轴心扶正环9嵌入外压盖2外端内侧的凹角内；轴心扶正环9与外压盖2两者相对应的环面之间最佳状态是装(设置)有至少十个(呈均匀分布的)钢球Ⅰ10。

该内管凸外环14外环面设有的凹槽内最佳状态为装(设置)有至少十个(呈均匀分布的)钢球Ⅱ15顶抵外套管7内壁。

该外套管7通过变径管承台17延伸构成的变径接管8截面呈T形结构状，变径接管8带着变径管承台17插入外套管7内，使变径接管8的内端嵌入内管凸外环14内侧，使变径管承台17的内端面紧抵密封填料C16。

新型免维护旋转补偿器于连接安装时：外套管7一端头外环设有外套管法兰5，外套管7内侧中部设有外套管内承台12，外套管内承台12的形状为矩形凸起，外套管7另一端头设有与变径管承台17外环相对应的焊接坡口。内管凸外环14设于内管1的内端外侧，内管凸外环14与内管1的外环面及内端呈凸出阶梯状。变径接管8与变径管承台17呈T形状，内管1插入外套管7内，密封填料B13装在外套管内承台12与内管凸外环14两者端面。变径接管8内端插入外套管7内并嵌入内管凸外环14内侧，密封填料C16装在内管凸外环14与变径管承台17两者端面之间。变径管承台17与外套管7进行对接焊接连接固定并延伸构成变径接管8。压料法兰4套装在内管1外环，密封填料A11套装在压料法兰4与外套管内承台12两者端面之间，外压盖2套装在压料法兰4外端，压料法兰4外端通过弹簧3顶抵外压盖2；外压盖2外端内侧对着内管1外环方向设有一环形凹部，所述的凹部且设有一环形凹槽，至少十个钢球Ⅰ10置于其中。轴心扶正环9套装在内管1外环并嵌入外压盖2内侧的凹部，所述的钢球Ⅰ10是置于轴心扶正环9与外压盖2两者相对环面(或相接触面)之间。内管凸外环14外环面设有一环形凹槽，凹槽内装有钢球(Ⅱ)顶抵外套管7内壁。外压盖2、压料法兰4与外套管法兰5通过采用螺栓螺母6进行连接锁固。这种结构形式使：

1、所述的内管1与变径接管8且两者端面接缝处内、外径相同，同轴对应似一根管，且两者端面之间间隙只有(2～4mm)，几乎没有压力通道；既消除了由于内管与变径管接合部间隙过大使流体介质在运动中在该部位产生涡流造成的压力损失，又能适应介质双流向。

2、所述的压料法兰4外端两者端面间装有弹簧3，当密封填料A11出现磨损减量时，弹簧3自身的涨力直接起到压料法兰4对密封填料A11的压紧密实作用。

3、所述的轴心扶正环9与内管1两者为精加工环面紧密结合，既消除了内管外环面的摩损，又提高了抗弯能力。

4、所述的钢球Ⅰ、钢球Ⅱ起到了内管轴心控制、减小内、外管相对旋转摩阻的双重功效。

5、所述的密封填料A11、密封填料B13、密封填料C16既起到内、外管相对旋转时的润滑作用，又具备了环面和端面的多重密封功效。

6、所述的结构形式具有精度高，摩擦系数、自身扭距更小，抗弯能力、承压能力更强，密封可靠，性能优良，压损小，介质流向不受限，管道长期运行无需维护的特点。

Claims (10)

1.一种新型免维护旋转补偿器，包括内管(1)、外压盖(2)、弹簧(3)、压料法兰(4)、外套管法兰(5)、螺栓螺母(6)、外套管(7)、变径接管(8)、轴心扶正环(9)、钢球Ⅰ(10)、密封填料A(11)、外套管内承台(12)、密封填料B(13)、内管凸外环(14)、钢球Ⅱ(15)、密封填料C(16)和变径管承台(17)组成，其特征在于：

所述的外套管(7)一端设置坡口，该坡口与设置在变径管承台(17)上相对应的坡口焊接连接并延伸构成变径接管(8)；该外套管(7)的另一端一体环设有外套管法兰(5)，所述的外套管内承台(12)设置于该外套管(7)内环面并位于该外套管法兰(5)与所述的外套管(7)坡口之间，该密封填料A(11)和密封填料B(13)套设于该内管(1)外环面并位于该外套管内承台(12)的两侧；

所述的内管凸外环(14)一体环设在内管(1)的一端，其环面与端面呈阶梯状结构环套在变径管承台(17)的一端；该内管凸外环(14)的外环面环设有凹槽，至少一个钢球Ⅱ(15)位于所述的凹槽内并顶抵外套管(7)的内壁；所述的密封填料C(16)位于变径管承台(17)与内管凸外环(14)和外套管(7)内侧与变径接管(8)内端外环共同形成的空间内；

所述的压料法兰(4)截面为L型，环套在该内管(1)上，其L型短端顶抵该密封填料A(11)的一端，其L型长端外侧通过弹簧(3)顶抵环套在该内管(1)上的外压盖(2)；轴心扶正环(9)嵌入外压盖(2)内并紧箍在该内管(1)外环面上，钢球I(10)置于轴心扶正环(9)与外压盖(2)两者相对的环面之间。

该外压盖(2)，压料法兰(4)和外套管法兰(5)通过螺栓螺母(6)紧固连接，至少一个弹簧(3)位于该外压盖(2)和压料法兰(4)之间。

2.根据权利要求1所述的新型免维护旋转补偿器，其特征在于该变径接管(8)与内管(1)接缝处为内外径相同，两者同轴对应；轴心扶正环(9)设于内管(1)外环，内管(1)外环与轴心扶正环(9)内侧为精加工紧密结合。

3.根据权利要求1所述的新型免维护旋转补偿器，其特征在于该内管凸外环(14)其外端面与内管(1)的内端面呈阶梯状结构，内管凸外环(14)的外端头插入变径接管(8)内端的外侧顶抵密封填料C(16)。

4.根据权利要求1所述的新型免维护旋转补偿器，其特征在于该密封填料A(11)、密封填料B(13)、密封填料C(16)为金属增强型柔性石墨、钛纤维加强型柔性石墨或添加了抗氧化剂的柔性石墨。

5.根据权利要求1所述的新型免维护旋转补偿器，其特征在于该密封填料C(16)置于变径管承台(17)与内管凸外环(14)两者相对端面和外套管(7)内壁与变径接管(8)内端的外环共同形成的空间内。

6.根据权利要求1所述的新型免维护旋转补偿器，其特征在于该压料法兰(4)与外压盖(2)两者端面间至少装有四个弹簧(3)。

7.根据权利要求1或6所述的新型免维护旋转补偿器，其特征在于该弹簧(3)为立式弹簧、盘式弹簧或碟型弹簧。

8.根据权利要求1所述的新型免维护旋转补偿器，其特征在于该轴心扶正环(9)嵌入外压盖(2)外端内侧的凹角内；轴心扶正环(9)与外压盖(2)两者相对的环面之间装有至少十个钢球Ⅰ(10)。

9.根据权利要求1所述的新型免维护旋转补偿器，其特征在于该内管凸外环(14)外环面设有凹槽内装有至少十个钢球Ⅱ(15)顶抵外套管(7)内壁。

10.根据权利要求1所述的新型免维护旋转补偿器，其特征在于该外套管(7)通过变径管承台(17)延伸构成的变径接管(8)截面呈T形结构状，变径接管(8)带着变径管承台(17)插入外套管(7)内，使变径接管(8)的内端嵌入内管凸外环(14)内侧，使变径管承台(17)的内端面紧抵密封填料C(16)。

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