CN101893150A - 一种用于煤气化装置的外压式万能平衡型膨胀节 - Google Patents

Abstract

一种用于煤气化装置的外压式万能平衡型膨胀节，它包括左侧补偿部分、右侧补偿部分和平衡补偿部分，其中，左侧补偿部分由左侧法兰、左侧接管、左侧波纹管和左侧端板组成；右侧补偿部分由右侧法兰、右侧接管、右侧波纹管和右侧端板组成；平衡补偿部分由平衡波纹管、受力拉杆、左平衡接管和右平衡接管组成。本发明采用平衡型膨胀节的组合结构，实现对复杂管路系统出现的各种变形进行补偿。试验表明，本发明可以完全满足空间补偿的要求，具有结构紧凑、可靠性高、占用管道空间位置小、安装维护方便、节约装置成本等特点。

Description

一种用于煤气化装置的外压式万能平衡型膨胀节

技术领域

本发明涉及一种管道膨胀节，特别是用于煤气化装置中的管道膨胀节。

背景技术

煤气化技术是一种最洁净的煤炭综合利用技术，通过煤气化装置及煤气化工艺，将煤炭转化为含有H2和CO的粗合成气，然后作为工业原料，最终加工成各种化工产品。

气流床煤气化技术是目前世界上较为先进的气化技术，它将粉煤、氧气及少量水蒸气在压力4.0～6.1Mpa的加压和260℃条件下，并流进入气化炉内，在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除，裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程。实现这一煤气化技术的关键点在于煤气化装置。由于煤气化工艺和工艺装备的特殊要求，煤气化装置的设置和工艺管道的交叉空间错位布局的严酷要求，要求工艺管道需采用能够平衡各个方向管道变形的金属膨胀节，以抵消因工艺管道形变压力引起的压力推力。

在现有的膨胀节结构中，平衡型膨胀节通常分为直管压力平衡型、曲管压力平衡型、直管旁通平衡型、铰链或万向平衡型、大拉杆平衡型等等。这些平衡型膨胀节的补偿和平衡作用都具有局限性。采用通常的一组平衡型膨胀节只能补偿管道的轴向或横向的物理变量，不能同时补偿轴向和横向物理变量。虽然曲管平衡型膨胀节能够同时完成轴向和横向的补偿，但该膨胀节仅限于安装在L形管道的弯角处。煤气化工艺装备和工艺管道要求膨胀节外形结构体积要小，并能在管道的任意位置补偿轴向和横向的物理变形物理变形，而且，还需要这种膨胀节承受较大的工艺压力，一般可能高达4.0～8.4Mpa，因此，对膨胀节的结构强度要求较高，而目前的外压式万能平衡型膨胀节尚不能满足煤气化工艺的要求。申请号为200720309344的中国专利“煤气化装置用特殊外压式直管压力平衡式波纹管膨胀节”中提出了一种膨胀节结构，它采用外压式结构设计，将波纹管设计为U型结构，为满足承压要求，波纹管采用多层结构，使波纹管材料用量大大增加。同时波纹管的U型结构，刚度值较大，弹性反力太大，为Ω型结构的2倍。从而使工艺管道支架承载能力增加2倍，给有限的管道空间设置和煤气化装置工艺管道的敷设增加了难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够吸收轴向位移、横向位移或轴向横向复合位移，且对外不输出压力推力的用于煤气化装置的外压式万能平衡型膨胀节。

本发明所称问题是由以下技术方案解决的：

一种用于煤气化装置的外压式万能平衡型膨胀节，它包括左侧补偿部分、右侧补偿部分和平衡补偿部分，各部分构成为：

所述左侧补偿部分由左侧法兰、左侧接管、左侧波纹管和左侧端板组成，其中，左侧接管一端固接于左侧法兰上，另一端固接于左侧波纹管上，所述左侧波纹管的另一端与左侧端板固接并密封；

所述右侧补偿部分由右侧法兰、右侧接管、右侧波纹管和右侧端板组成，其中，右侧接管一端固接并密封于右侧法兰上，另一端固接并密封于右侧波纹管上，所述右侧波纹管的另一端与右侧端板固接并密封；

所述平衡补偿部分由平衡波纹管、受力拉杆、左平衡接管和右平衡接管组成，其中，左平衡接管的一部分插于右平衡接管中，所述平衡波纹管一端与左平衡接管的端部固接并密封，另一端与右平衡接管的端部固接并密封；所述受力拉杆为两组，一组受力拉杆的一端连接左侧法兰，另一端穿过左侧端板与右侧端板连接；另一组受力拉杆的的一端连接右侧法兰，另一端穿过右侧端板与左侧端板连接。

上述用于煤气化装置的外压式万能平衡型膨胀节，所述受力拉杆与左侧法兰、右侧法兰、左侧端板和右侧端板之间的连接处增设锥球面垫。

上述用于煤气化装置的外压式万能平衡型膨胀节，增设吹扫除尘部分，所述吹扫除尘部分由吹管、吹扫法兰和封盖组成，其中，吹管一端与左侧接管或右侧接管连通，另一端与吹扫法兰固接，所述封盖密封连接于吹扫法兰上。

上述用于煤气化装置的外压式万能平衡型膨胀节，所述左侧波纹管、右侧波纹管或平衡波纹管，其波形设计为Ω型，在相邻的Ω型波纹之间设有加强环。

上述用于煤气化装置的外压式万能平衡型膨胀节，所述右侧接管靠近左侧接管的一端增设变径管，变径后的大端直径大于左侧接管的直径，所述变径管和右侧接管的端部固接，所述左侧接管的一部分位于变径管中。

本发明采用平衡型膨胀节的组合结构，实现对复杂管路系统出现的各种变形进行补偿。试验表明，本发明可以完全满足空间补偿的要求，具有结构紧凑、可靠性高、占用管道空间位置小、安装维护方便、节约装置成本等特点。其优点可归纳为如下几点：

波纹管的波形设计为Ω型，这样波纹管的补偿能力至少提高了1.5倍，膨胀节的整体结构长度相对U形波纹管膨胀节减少20％；且波纹管由U型结构的单层1.0mm6～8层，减少到1.0mm4层结构，产品成本降低30％。

本发明中的波纹管在相同位移和工况条件下，Ω型波纹管刚度仅为U型波纹管的0.3倍。这使煤气化工艺管道中管道反力减小1/2，支架设置降低成本1/4。

本发明中的轴向补偿量小于120mm、横向补偿量小于40mm，安全使用寿命大于3000次。本发明适用于任何煤气化工艺管道及工艺装置的轴向、横向及复合补偿要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图。

附图中标号表示如下：1.左侧法兰、2.左侧接管、3.左侧端板；4.吹扫法兰；5.左侧波纹管；6、平衡波纹管、7.变径管；9.受力拉杆；10.锥球面垫；12.左平衡接管；13.右平衡接管；15.封盖；16.加强环；21.右侧法兰；22.右侧接管、23.右侧端板；25.右侧波纹管。

具体实施方式

参看图1，本发明包括左侧补偿部分、右侧补偿部分和平衡补偿部分。所述左侧补偿部分由左侧法兰1、左侧接管2、左侧波纹管5和左侧端板3组成；所述右侧补偿部分由右侧法兰21、右侧接管22、右侧波纹管25和右侧端板23组成；所述平衡补偿部分由平衡波纹管6、受力拉杆9、左平衡接管12和右平衡接管13组成。左平衡接管的一部分插于右平衡接管中，所述平衡波纹管一端与左平衡接管的端部固接并密封，另一端与右平衡接管的端部固接并密封；所述受力拉杆为两组，一组受力拉杆的一端连接左侧法兰，另一端穿过左侧端板与右侧端板连接；另一组受力拉杆的的一端连接右侧法兰，另一端穿过右侧端板与左侧端板连接。

所述受力拉杆9与左侧法兰1、右侧法兰21、左侧端板3和右侧端板23之间的连接处增设锥球面垫10，这样，当出现横向变形时，膨胀节发生随动，但两者之间的距离则被受力拉杆所限定。所述锥球面垫是由球面垫圈和锥面垫圈组合使用，在球面与锥面之间涂敷二硫化钼进行润滑，当工艺管道产生横向变形时，通过设置的球面与锥面垫圈的转动实现工艺管道横向位移补偿。

本发明增设吹扫除尘部分，所述吹扫除尘部分由吹管14、吹扫法兰4和封盖15组成，这样，可通过吹管，定期对膨胀节中的积尘或杂质予以清除，清除后，用封盖密封。

本发明将各段波纹管的波形设计为Ω型，在相邻的Ω型波纹之间加设加强环16，这样可以提高膨胀节的工作压力。本发明的应用范围可适用于DN200～500mm的管路；工作压力可达4.0～8.4Mpa，工作温度在350℃范围内。

本发明在右侧接管上增设变径管7，并将左侧接管的一部分位于变径管中，变径管的作用是为管道变形提供位移的空间。在图1中，左侧接管直径与工艺管道直径相等，这就确保工艺介质压力不受损失，变径管大于工艺管道直径，其大于部分正是为满足工艺管道产生横向位移的空间尺寸；将左侧接管插于变径管内，是为了尽量减少因变径管尺寸变大、而使介质产生的压力波动，从而减少工艺管道因压力波动而造成的管系振动。

假设平衡波纹管的有效直径为D_m、左侧波纹管和右侧波纹管的有效直径为d_m，则为了使变形时，两者(指平衡波纹管与左侧波纹管+右侧波纹管)的有效容积的变化量相同，则两者直径应满足下式：D_m＝√2d_m。

本发明中的各部分构件组合后能成功地吸收轴向位移、横向位移或轴向横向复合位移，且对外不输出压力推力。通过选择合适的波纹管几何参数使两组工作波纹管产生的压力推力和与平衡波产生的压力推力大小相等、方向相反，这组力通过受力拉杆作用在端板、法兰上，从而实现对膨胀节外部不输出压力推力的效果。在位移补偿方面，由于两组工作波纹管和平衡波纹管构成一个封闭体系，且受力拉杆两端的锥球面垫被螺母固定，拉杆只能转动吸收横向位移而不能改变左侧法兰和右侧端板之间、右侧法兰和左侧端板之间的距离。假设膨胀节吸收压缩位移ΔX，则膨胀节两端的左侧接管和右侧接管被压缩ΔX，与两个接管相连的左侧波纹管5和右侧波纹管25均被拉伸ΔX，同时带动左侧端板3移动ΔX，由于左、右两侧端板分别和平衡波纹管6的两端连接使平衡波纹管被压缩ΔX，由于拉杆两端的端板间距离不变，合成后整个膨胀节的位移量为压缩ΔX。由于拉杆两端都有相对布置的锥、球面垫，当膨胀节吸收横向位移时拉杆上的球面垫圈绕锥面垫圈转动，三组波纹管都绕一端转动实现横向位移补偿。当横向位移量较大，不能通过单组波纹管转动实现位移补偿时可以把工作波纹管和平衡波纹管都做成复式结构，通过调整中间接管的长度也可实现较大的横向位移。

Claims (5)

1.一种用于煤气化装置的外压式万能平衡型膨胀节，其特征在于：它包括左侧补偿部分、右侧补偿部分和平衡补偿部分，各部分构成为：

所述左侧补偿部分由左侧法兰[1]、左侧接管[2]、左侧波纹管[5]和左侧端板[3]组成，其中，左侧接管一端固接于左侧法兰上，另一端固接于左侧波纹管上，所述左侧波纹管的另一端与左侧端板固接并密封；

所述右侧补偿部分由右侧法兰[21]、右侧接管[22]、右侧波纹管[25]和右侧端板[23]组成，其中，右侧接管一端固接并密封于右侧法兰上，另一端固接并密封于右侧波纹管上，所述右侧波纹管的另一端与右侧端板固接并密封；

所述平衡补偿部分由平衡波纹管[6]、受力拉杆[9]、左平衡接管[12]和右平衡接管[13]组成，其中，左平衡接管的一部分插于右平衡接管中，所述平衡波纹管一端与左平衡接管的端部固接并密封，另一端与右平衡接管的端部固接并密封；所述受力拉杆为两组，一组受力拉杆的一端连接左侧法兰，另一端穿过左侧端板与右侧端板连接；另一组受力拉杆的的一端连接右侧法兰，另一端穿过右侧端板与左侧端板连接。

2.根据权利要求1所述的外压式万能平衡型膨胀节，其特征在于，所述受力拉杆[9]与左侧法兰[1]、右侧法兰[21]、左侧端板[3]和右侧端板[23]之间的连接处增设锥球面垫[10]。

3.根据权利要求1或2所述的外压式万能平衡型膨胀节，其特征在于，增设吹扫除尘部分，所述吹扫除尘部分由吹管[14]、吹扫法兰[4]和封盖[15]组成，其中，吹管一端与左侧接管或右侧接管连通，另一端与吹扫法兰固接，所述封盖密封连接于吹扫法兰上。

4.根据权利要求3所述的外压式万能平衡型膨胀节，其特征在于，所述左侧波纹管、右侧波纹管或平衡波纹管，其波形设计为Ω型，在相邻的Ω型波纹之间设有加强环[16]。

5.根据权利要求4所述的外压式万能平衡型膨胀节，其特征在于，所述右侧接管靠近左侧接管的一端增设变径管[7]，变径后的大端直径大于左侧接管的直径，所述变径管和右侧接管的端部固接，所述左侧接管的一部分位于变径管中。

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