CN101832443B - 高压管道用复合式补偿器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压管道用复合式补偿器，属于热力管道补偿装置的技术领域。其包括内管、防腐管、填料压盖法兰、外套管法兰、外套管、变径接管、导流管、波纹管、压料封头等组成；外套管环套在内管的一端，外套管一侧外端的外环设有外套管法兰，另一侧端口与一体连接在变径接管上的变径接管承台焊接固定；该变径接管与内管分别套接在导流管的两端，该导流管一端与变径接管固定连接，波纹管位于该导流管和外套管之间，两端分别与压料封头、变径接管顶抵，并通过焊接连接固定；采用这样的结构可形成当内管受到轴向热膨胀力挤推时通过波纹管的柔性变形吸收了轴向位移量，同时使防腐管等与内管沿轴向同轴同步整体移动，既可用作直埋管道使用，又可用作架空管道使用；既可用作汽体、液体管道使用，又可用作浆体管道使用的多功能特点。

Description

高压管道用复合式补偿器

技术领域

本发明涉及一种高压管道用复合式补偿器，属于热力管道补偿装置的技术领域，具体说属于石油、化工、轻工、热力、冶金等行业中使用的热力管道补偿装置结构的技术领域。

背景技术

现有技术的管道补偿方式常见的有以下几种：1.传统的自然U形弯式、2.球形补偿器、3.套筒式补偿器、4.波纹补偿器、5.旋转补偿器。其中：球形补偿器造价过高，而国内生产球形补偿器性能一般，且压损较大；波纹补偿器在实际应用中管道应力过大，管道运行中始终存在安全隐患；且与采用原始∏形自然补偿方式一样投资及压力损失都较大；套筒式补偿器的结构与密封性能欠佳，泄漏现象较严重，在防腐环节方面也较薄弱；旋转补偿器性能较优秀；具有补偿量大、布置灵活、特别是在长输架空管道中应用优势化较明显；但也存在不足：一是内管与变径管的接合部位两者间隙过大，流体介质运动中在该部位会产生涡流，这样就增加了流体介质的压力损失。二是旋转补偿器由于结构是径向工作原理，在管道中应用布置时必须占用一定空间；且每组补偿器安装点都必须加设疏水阀；这样又增加了管网的造价和压损；特别在埋地管道上根本无法普遍应用；特别是球形补偿器、套筒式补偿器、波纹补偿器、旋转补偿器都是采用的单一密封形式，在使用上：流体介质与承压能力等方面均受到一定局限。

发明内容

本发明提供了一种高压管道用复合式补偿器。以实现解决现有几种类型补偿器的不足；达到消除管道应力，增强密封性能，提高承压能力，具备防腐功效，能实现大补偿量，无须占用额外空间，适用范围广的多功能特点；投资省，运行成本低，使管网既运行安全可靠，又起到节能的目的。

为达到上述目的本发明的技术方案是：

一种高压管道用复合式补偿器，其包括内管、防腐管固定压环、防腐管、填料压盖法兰、密封填料A、外套管法兰、螺栓螺母、外套管内承台、内管凸外环、钢珠A、外套管、变径接管承台、变径接管、导流管、波纹管、压料封头、密封填料B、密封填料C、钢珠B、防腐管固定底梁与绝热垫组成；

所述的内管为圆柱状结构，外环的两端分别一体或固定设置有内管凸外环、防腐管固定底梁和防腐管固定压环，内管凸外环与内管环面与端面呈阶梯状结构，内管凸外环的外环面设置有凹槽，凹槽内设有钢珠A顶抵外套管的内壁，内管凸外环端头内侧设有压料封头；

所述的外套管为圆柱状结构环套在内管的一端，外套管的内侧设有一凸起状的外套管内承台，该外套管一侧外端的外环设有外套管法兰，另一侧端口与一体连接在变径接管上的变径接管承台焊接固定；

所述的导流管为管状，该变径接管与内管分别套接在该管状体的两端外环，该导流管一端与变径接管固定连接，另一端外环与内管凸外环内侧和内管与压料封头两者端面共同形成的空间内设有密封填料B，该密封填料B环箍在该导流管的外环；

所述的波纹管为管状位于该压料封头与变径接管承台两者端头或端面和外套管内环与导流管的外环共同围成的空间内，该波纹管的两端分别与所述的压料封头、变径接管顶抵，并通过焊接分别连接固定；

所述的填料压盖法兰为环状，其截面形状为L型，套设于内管的外环并位于所述的外套管法兰和防腐管固定底梁之间；外套管法兰与填料压盖法兰通过螺栓螺母紧固连接固定，两者外环相对应端面之间设置密封填料A；该填料压盖法兰的内环面设置有环形凹槽，凹槽内设有至少十个钢珠B顶抵内管外环面；

所述的密封填料C位于填料压盖法兰L型压料端和与外套管内承台两者端面之间，内环紧扣内管的外环面，外环紧抵外套管的内壁；

所述的防腐管轴向截面形状为向一侧开口的槽型结构，开口一端环套在该外套管法兰、密封填料A和填料压盖法兰共同组成的外环面上，槽型底端面与防腐管固定底梁通过防腐管固定压环扣压固定，该防腐管与防腐管固定底梁接触端面之间设置绝热垫，防腐管固定压环与防腐管接触端面之间设置绝热垫；形成当内管受到轴向热膨胀力挤推时通过波纹管的柔性变形吸收了轴向位移量，同时形成防腐管、内管凸外环、钢珠A、密封填料B、压料封头与内管沿轴向同轴同步整体移动的结构。

该内管凸外环与内管环面与端面呈外扩形阶梯状结构，内管凸外环的外环端口处设有环形凹槽，凹槽的截面形状可为矩形或圆形，凹槽内设有至少十个钢珠A顶抵外套管的内壁。

该压料封头为环状结构，固定连接或焊接于内管凸外环端头内侧。

该波纹管截面形状为波浪形，折线形，曲线形或弧线形。

该填料压盖法兰外环端口处设有环形缺口槽，该环形缺口槽与该外套管法兰外环端口处设有的相对应的环形缺口槽共同形成一环形凹槽，该凹槽内置有密封填料A。

该外套管内承台抵卡在内管凸外环阶梯状结构的根部。

该密封填料A、密封填料B和密封填料C为柔性石墨包括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。

采用本发明的技术方案根椐城市供热补偿器的标准和焊制套筒补偿器的标准，针对管道运行中的跑、冒、泄、漏等问题，将波纹补偿器、套筒补偿器和旋转补偿器的优点有机结合，由于内管外环的两端分别固定设置有内管凸外环、防腐管固定底梁和防腐管固定压环，内管凸外环与内管环面与端面呈阶梯状结构，内管凸外环的外环面设置有凹槽，凹槽内设有钢珠A顶抵外套管的内壁，内管凸外环靠外端内侧设有压料封头；外套管的内侧设有一凸起状的外套管内承台，外端的外环设有外套管法兰；导流管设于变径接管与内管内端的内侧；内管凸外环与变径接管承台两者端面和外套管与导流管的一端外环共同围成的空间设有波纹管，该波纹管的两端分别与所述的压料封头、变径接管顶抵，并通过焊接连接固定；导流管另一端外环与内管凸外环内侧和内管与压料封头两者端面共同形成的空间内设有密封填料B；填料压盖法兰套设于内管的外环并位于所述的外套管内承台和防腐管固定底梁之间；填料压盖法兰外环端口处设有环形缺口槽，该环形缺口槽与该外套管法兰外环端口处设有的相对应的环形缺口槽共同形成一环形凹槽，所述的凹槽内置有密封填料A；填料压盖法兰的内环面设置有环形凹槽，凹槽内设有钢珠顶抵内管外环面；密封填料C装在填料压盖法兰L型压料端和与外套管内承台两者端面之间，内环紧扣内管的外环面，外环紧抵外套管的内壁；防腐管轴向截面形状为向一侧开口的槽型结构，开口一端环套在该外套管法兰、密封填料A和填料压盖法兰共同组成的外环面，槽型底端面与防腐管固定底梁紧扣并通过防腐管固定压环扣压固定，防腐管与防腐管固定底梁接触端面之间设置绝热垫，防腐管固定压环与防腐管接触端面之间设置绝热垫；当内管受到轴向热膨胀力挤推时通过波纹管的柔性变形吸收了轴向位移量，同时形成钢珠A、密封填料B、防腐管与内管沿轴向同轴同步整体移动的结构。采用这样的结构具有消除管道应力，增强密封性能，提高承压能力，具备防腐功效，能实现大补偿量，适用范围广的多功能的特点；投资省，运行成本低，真正达到使管网既运行安全可靠，又节能的目的。

附图说明

图1为本发明吸收热位移前结构示意图。

图2为本发明吸收热位移后结构示意图

附图标记说明：

1.内管

2.防腐管固定压环

3.防腐管

4.填料压盖法兰

5.密封填料A

6.外套管法兰

7.螺栓螺母

8.外套管内承台

9.内管凸外环

10.钢珠A

11.外套管

12.变径接管承台

13.变径接管

14.导流管

15.波纹管

16.压料封头

17.密封填料B

18.密封填料C

19.钢珠B

20.防腐管固定底梁

21.绝热垫

22.保温层

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所示，从图中可看出高压管道用复合式补偿器，其包括内管1、防腐管固定压环2、防腐管3、填料压盖法兰4、密封填料A5、外套管法兰6、螺栓螺母7、外套管内承台8、内管凸外环9、钢珠A10、外套管11、变径接管承台12、变径接管13、导流管14、波纹管15、压料封头16、密封填料B17、密封填料C18、钢珠B19、防腐管固定底梁20与绝热垫21组成；

该密封填料A5、密封填料B17和密封填料C18可为柔性石墨包括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。

所述的内管1为圆柱或管状结构，外环的两端分别一体或固定设置有内管凸外环9、防腐管固定底梁20和防腐管固定压环2，例如：内管1靠近端头处一体(延伸)设置内管凸外环9(内管凸外环9可与该内管1为一体结构或通过焊接成为一体结构，如图1)，靠近外端尾处(焊接)设置防腐管固定底梁20和防腐管固定压环2(防腐管固定底梁20和防腐管固定压环2可为圆环结构)；内管凸外环9与内管1环面与端面呈阶梯状结构，(即从内管1一端一体延伸的该内管凸外环9与内管1环面与端面呈外扩形或逐级外扩形阶梯状结构，如图1)，内管凸外环9的外环面(或外环端口处)设有环形凹槽，凹槽的截面形状可为矩形或圆形，凹槽内设有至少一个钢珠A10顶抵外套管11的内壁呈滚动接触。内管凸外环9端头内侧(或靠外端内侧)设有压料封头16，该压料封头16为(圆)环状(截面可为矩形或圆形)结构，固定连接或焊接于内管凸外环9端头内侧；该外套管内承台8抵卡在内管凸外环9阶梯状结构(外环面)的根部。

所述的外套管11为圆柱(或管)状结构环套在内管1的一端，外套管11的内侧设有一凸起状(截面为矩形，如图1)的外套管内承台8，该外套管11一侧外端的外环设有外套管法兰6，另一侧端口与一体连接在变径接管13上的变径接管承台12焊接固定；一体连接在一起的变径接管13和变径接管承台12截面为L型的管状结构。

所述的导流管14为管状，该变径接管13与内管1分别套接在该管状体的两端，该导流管14一端与变径接管13(内壁)固定连接，另一端外环与内管凸外环9内侧和内管1与压料封头16两者端面共同形成的空间内设有密封填料B17，该密封填料B17环箍在该导流管14的外环；

所述的波纹管15为管状位于该内管凸外环9与变径接管承台12两者端头或端面和外套管11内环与导流管14的外环共同围成的空间内，该波纹管15的两端分别与所述的内管凸外环9、变径接管13顶抵，并通过焊接连接固定；该波纹管15截面形状为波浪形，折线形，曲线形或弧线形。

所述的填料压盖法兰4为圆环状(其上均匀分布有通孔，外套管法兰6上对应均匀分布有通孔)，其截面形状为L型，套设于内管1的外环并位于所述的外套管法兰6和防腐管固定底梁20之间；外套管法兰6与填料压盖法兰4通过螺栓螺母7紧固连接固定，两者接触端面之间设置密封填料A5(或该填料压盖法兰4外环端口处设有环形缺口槽，该环形缺口槽与该外套管法兰6外环端口处设有的相对应的环形缺口槽共同形成一环形凹槽，该凹槽内置有密封填料A5)；该填料压盖法兰4的内环面设置有环形凹槽，凹槽内设有至少十个钢珠B19顶抵内管1外环面并呈滚动接触；

所述的密封填料C18位于填料压盖法兰4L型压料端和与外套管内承台8两者端面之间，内环紧扣内管1的外环面，外环紧抵外套管11的内壁；

所述的防腐管3轴向截面形状为向一侧开口的槽型结构(轴向半截面形状为L型)，开口一端环套在该外套管法兰6、密封填料A5和填料压盖法兰4共同组成的外环面上，槽型底端面与防腐管固定底梁20扣接并有防腐管固定压环2压紧固定，所述的防腐管3槽型底端面与防腐管固定底梁20接触面之间设置绝热垫片21，防腐管固定压环2与防腐管3接触面之间设置绝热垫21。实际上相当于防腐管3所述的槽型底端面位于防腐管固定底梁20和防腐管固定压环2之间且或被夹持在绝热垫21中由防腐管固定底梁20和防腐管固定压环2两侧压紧固定。

所述的密封填料C18设置于外套管11外端内侧与内管1外环之间围成的腔(环形空间)内，该密封填料C18两端分别顶抵于填料压盖法兰4和外套管内承台8两者端面；(如图1填料压盖法兰4L型短端(或称压料端)部分截面可为工字型)。

所述的外套管11外表面可环绕设置保温层22(如图2)，该保温层22的一端顶抵所述的外套管法兰6；形成在波纹管15柔性变形收缩时，正好使防腐管3的内环套扣在保温层22的外侧。

所述的外套管11内设置的外套管内承台8与该外套管11为一体结构；形成内管1、内管凸外环9、钢珠A10、密封填料B17、压料封头16、防腐管固定底梁20、防腐管3和防腐管固定压环2在波纹管15的柔性变形进行同步左右位移时的防拉脱限位的结构。

该外套管11一端内侧和导流管14一端外侧层间设有波纹管15；波纹管15两端头分别与相对应的变径接管承台12和压料封头16两者端头采用焊接连接固定；

该密封填料B18位于外套管内承台8与填料压盖法兰4L型压料端两者相对应(或相对)端面和外套管11内侧与内管1外环共同围成的空间内，并分别与之顶抵扣压。

该填料压盖法兰4外端处凹口与相对应的外套管法兰6外端处凹口共同形成一凹槽，凹槽内置有密封填料A5顶抵防腐套管3内壁。该外套管法兰6与填料压盖法兰4采用双头螺栓螺母7紧扣连接。

采用此结构可形成当内管1受到轴向热膨胀力挤推时通过波纹管15的柔性变形吸收了轴向位移量，同时形成内管凸外环9、钢珠A10、密封填料B17、压料封头16、防腐管固定底梁20、防腐管3和防腐管固定压环2与内管1沿轴向同轴同步整体移动的结构的效果。

综上所述，内管、内管凸外环、钢球A、密封填料B、压料封头以及防腐套管最终为一体结构，可随波纹管的柔性变形带着内管凸外环凹槽内的钢球A同步进行左、右位移(如图2所示)。

采用这样的结构具有消除管道应力，增强密封性能，提高承压能力，具备防腐功效，能实现大补偿量，进一步扩大适用范围，投资省，运行成本低，真正能使管网运行安全可靠、节能的多功能特点。

本发明的技术方案在实施时由于外套管、外套管内承台和外套管法兰为一体结构；内管、内管凸外环、压料封头、波纹管以及变径接管为一体结构；导流管与变径接管为一体结构；包括通过例如焊接等工艺方法成为一体结构的；在组装时：

第一步将导流管插入内管筒体内，并使导流管的端口基本和内管凸外环的外端齐平，然后在内管凸外环与导流管两者内、外环面间装入密封填料B，并使密封填料B一端面紧抵内管1的内端面接着把压料封头紧扣至密封填料B，同时将压料封头与内管凸外环焊接固定。

第二步将波纹管装入压料封头与变径接管承台两者端面间，同时将波纹管两端分别与压料封头、变径接管承台进行焊接连接固定，然后把导流管的一端推压到变径接管内侧的指定位置，同时把导流管的一端与变径接管的内壁进行焊接连接固定；(导流管的另一端嵌在内管中)。

第三步将钢球A装于内管凸外环外环面的环形凹槽内；然后把带着外套管法兰、外套管内承台的外套管筒体套扣至内管筒体的外环，使外套管的内壁套扣在钢球A的外环，同时使外套管内承台的内端顶抵内管凸外环根部(如图1所示)；然后将外套管与变径接管承台外环进行焊接连接固定。

第四步把密封填料C装入外套管与内管之间的槽内，使密封填料C内端面紧扣外套管内承台；接着把密封填料A置于外套管法兰外环端口处的缺口槽内，再把带着钢珠B的填料压盖法兰套扣到内管的外环；同时利用加压设备促使填料压盖法兰L型压料端紧扣密封填料C，同时使填料压盖法兰外环端口处的缺口槽内端面紧扣密封填料A，然后把填料压盖法兰与外套管法兰通过双头螺栓螺母紧扣固定。

第五步将防腐管固定底梁焊接至内管外环面的设定位置，接着在防腐管固定底梁的外端面放置绝热垫，然后将防腐管套扣至内管外侧及填料压盖法兰、密封填料A和外套管法兰的外环，使防腐管筒体内壁紧扣密封填料A的外环面，同时使防腐管端边内侧紧抵绝热垫，接着在防腐管端边外侧套装绝热垫，然后套压防腐管固定压环，同时将防腐管固定压环与内管焊接固定。

最后进行金属外露部位的耐腐包覆层工作；(包括喷涂、涂涮耐温、耐腐材料)。

这种工艺使：

1.所述的内管、内管凸外环、钢球A、压料封头、密封填料B以及防腐管进行同步左、右轴向位移提供了必要的条件。

2.所述的内管与波纹管以及变径接管最终成为一整体结构；首先确定了整个设备无泄漏通；再加上密封填料B与密封填料C环面结合端面的多重密封；使密封性能得到充分保证。

3.所述的钢球A、钢球B起到了内管等件进行同步左、右轴向位移时的同轴扶正、减小摩阻的功效。

4.所述的密封填料A简称为：(固定密封件)，密封填料B、密封填料C简称为：(滑动密封件)起到了内管等件进行左、右轴向位移时的润滑作用；特别是密封填料B同时起到了阻止浆体介质进入波纹管缝隙的作用，进一步扩大了介质适用范围。

5.所述的绝热垫与防腐管起到了对主结构件的防腐、隔热、保温和节能的功效，(特别是用于直埋管道)。

6.所述的外套管内承台起到了内管等件进行同步左、右轴向位移时的防拉脱功效，进一步提高了设备运行的安全保障性。

Claims (8)

1.一种高压管道用复合式补偿器，其特征在于：包括内管(1)、防腐管固定压环(2)、防腐管(3)、填料压盖法兰(4)、密封填料A(5)、外套管法兰(6)、螺栓螺母(7)、外套管内承台(8)、内管凸外环(9)、钢珠A(10)、外套管(11)、变径接管承台(12)、变径接管(13)、导流管(14)、波纹管(15)、压料封头(16)、密封填料B(17)、密封填料C(18)、钢珠B(19)、防腐管固定底梁(20)与绝热垫(21)；

所述的内管(1)为圆柱状结构，外环的两端分别一体或固定设置有内管凸外环(9)、防腐管固定底梁(20)和防腐管固定压环(2)，内管凸外环(9)与内管(1)环面与端面呈阶梯状结构，内管凸外环(9)的外环面设置有凹槽，凹槽内设有钢珠A(10)顶抵外套管(11)的内壁，内管凸外环(9)端头内侧设有压料封头(16)；

所述的外套管(11)为圆柱状结构环套在内管(1)的一端，外套管(11)的内侧设有一凸起状的外套管内承台(8)，该外套管(11)一侧外端的外环设有外套管法兰(6)，另一侧端口与一体连接在变径接管(13)上的变径接管承台(12)焊接固定；

所述的导流管(14)为管状，该变径接管(13)与内管(1)分别套接在该管状体的两端外环，该导流管(14)一端与变径接管(13)固定连接，另一端外环与内管凸外环(9)内侧和内管(1)与压料封头(16)两者端面共同形成的空间内设有密封填料B(17)，该密封填料B(17)环箍在该导流管(14)的外环；

所述的波纹管(15)为管状位于该压料封头(16)与变径接管承台(12)两者端头或端面和外套管(11)内环与导流管(14)的外环共同围成的空间内，该波纹管(15)的两端分别与所述的压料封头(16)、变径接管(13)顶抵，并通过焊接分别连接固定；

所述的填料压盖法兰(4)为环状，其截面形状为L型，套设于内管(1)的外环并位于所述的外套管法兰(6)和防腐管固定底梁(20)之间；外套管法兰(6)与填料压盖法兰(4)通过螺栓螺母(7)紧固连接固定，两者外环相对应端面之间设置密封填料A(5)；该填料压盖法兰(4)的内环面设置有环形凹槽，凹槽内设有至少十个钢珠B(19)顶抵内管(1)外环面；

所述的密封填料C(18)位于填料压盖法兰(4)L型压料端和外套管内承台(8)两者端面之间，内环紧扣内管(1)的外环面，外环紧抵外套管(11)的内壁；

所述的防腐管(3)轴向截面形状为向一侧开口的槽型结构，开口一端环套在该外套管法兰(6)、密封填料A(5)和填料压盖法兰(4)共同组成的外环面上，槽型底端面与防腐管固定底梁(20)通过防腐管固定压环(2)扣压固定，该防腐管(3)与防腐管固定底梁(20)接触端面之间设置绝热垫(21)，防腐管固定压环(2)与防腐管(3)接触端面之间设置绝热垫(21)；形成当内管(1)受到轴向热膨胀力挤推时通过波纹管(15)的柔性变形吸收了轴向位移量，同时形成防腐管(3)、内管凸外环(9)、钢珠A(10)、压料封头(16)、密封填料B(17)与内管(1)沿轴向同轴同步整体移动的结构；

该内管凸外环(9)与内管(1)环面与端面呈外扩形阶梯状结构，内管凸外环(9)的外环端口处设有环形凹槽，凹槽的截面形状为矩形或圆形，凹槽内设有至少十个钢珠A(10)顶抵外套管(11)的内壁；

该压料封头(16)为环状结构，采用焊接连接固定于内管凸外环(9)端头内侧。

2.根椐权利要求1所述的高压管道用复合式补偿器，其特征在于该波纹管(15)截面形状为波浪形。

3.根椐权利要求1所述的高压管道用复合式补偿器，其特征在于该填料压盖法兰(4)外环端口处设有环形缺口槽，该环形缺口槽与该外套管法兰(6)外环端口处设有的相对应的环形缺口槽共同形成一环形凹槽，该凹槽内置有密封填料A(5)。

4.根椐权利要求1所述的高压管道用复合式补偿器，其特征在于该外套管内承台(8)抵卡在内管凸外环(9)阶梯状结构的根部。

5.根椐权利要求1所述的高压管道用复合式补偿器，其特征在于该密封填料A(5)、密封填料B(17)和密封填料C(18)为柔性石墨包括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。

6.根椐权利要求1所述的高压管道用复合式补偿器，其特征在于该波纹管(15)截面形状为折线形。

7.根椐权利要求1所述的高压管道用复合式补偿器，其特征在于该波纹管(15)截面形状为曲线形。

8.根椐权利要求1所述的高压管道用复合式补偿器，其特征在于该波纹管(15)截面形状为弧线形。

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