CN101907212B - 一种外压内置万能平衡型膨胀节 - Google Patents

Abstract

一种外压内置万能平衡型膨胀节，它包括左侧补偿部分、右侧补偿部分和平衡补偿部分，所述左侧补偿部分由左侧端板、左侧波纹管、左侧接管和左侧环板6组成；所述右侧补偿部分由右侧端板、右侧波纹管、右侧接管和右侧环板组成；所述平衡补偿部分由平衡波纹管、平衡接管、外管和右侧端板组成。本发明采用外压内置形式，设计出平衡型膨胀节的组合结构，克服了普通膨胀节外形尺寸较大，占据空间位置较大的弊病，实现对复杂管路系统出现的各种变形进行补偿，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

一种外压内置万能平衡型膨胀节

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变形推力。 

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，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。有的膨胀节结构虽然也采用外压式结构设计，但由于采用推进法兰，致使结构外形尺寸较大，在煤气化工艺管道敷设中要求必须留有足够的空间，这无疑给有限的管道空间设置和敷设增加了难度，加大了工艺配管技术成本和管道敷设条件。另有一些膨胀节，虽然可以减小膨胀节的安装长度空间，但在外形尺寸上仍嫌较大，以致占据了较大的空间位置。 

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外压内置万能平衡型膨胀节。 

本发明所称问题是由以下技术方案解决的： 

一种外压内置万能平衡型膨胀节，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端板、左侧波纹管、左侧接管和左侧环板组成，其中，左侧接管的左端连接管路系统，另一端固接于左侧环板上，所述左侧波纹管右端与左侧环板固接，其左端与平衡接管左端固接并密封； 

所述右侧补偿部分由右侧端板、右侧波纹管、右侧接管和右侧环板组成，其中，右侧接管的右端连接管路系统，另一端固接于右侧环板上，所述右侧波纹管右端与右侧端板固接，其左端与右侧环板固接；所述右侧环板为平衡接管的右端面； 

所述平衡补偿部分由平衡波纹管、平衡接管、外管和右侧端板组成，其中，平衡波纹管一端与左侧端板固接并密封，另一端固接平衡接管，所述外管的右端面为右侧端板。 

上述外压内置万能平衡型膨胀节，所述左侧端板上设有通孔。 

上述外压内置万能平衡型膨胀节，所述平衡接管上设有平衡孔。 

上述外压内置万能平衡型膨胀节，所述左侧波纹管、右侧波纹管和平衡波纹管的波形采用“U”型，其壁厚为1.0～2.0，层数为1～8层。 

上述外压内置万能平衡型膨胀节，所述外管形状为台阶状。 

本发明采用外压内置形式，设计出平衡型膨胀节的组合结构，克服了普通膨胀节外形尺寸较大，占据空间位置较大的弊病，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。据测定，本发明在一般情况其外廓尺寸仅为工艺管道外形尺寸的1.05～1.10倍，外型尺寸几近最小极限，而现有普通膨胀节的外廓尺寸则为工艺管道外形尺寸的2～2.5倍，本发明大大减少了外型尺寸，而又对膨胀节的性能没有任何不利影响，这在工艺管道设计和安装中具有非常大的实用意义。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。 

图中各标号表示为：1.左侧端板、2.左侧波纹管、3.平衡波纹管；4.外管；5.左侧接管；6.左侧环板、7.平衡接管；8.平衡孔；9.通孔；11.右侧端板；12.右侧波纹管；15.右侧接管；16.右侧环板。 

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端板1、左侧波纹管2、左侧接管5和左侧环板6组成；所述右侧补偿部分由右侧端板11、右侧波纹管12、右侧接管15和右侧环板16组成；所述平衡补偿部分由平衡波纹管3、平衡接管7、外管4和右侧端板11组成。所述平衡波纹管一端与左侧端板固接并密封，另一端固接平衡接管，所述外管的右端面为右侧端板11。 

本发明在左侧端板上设有通孔9，使平衡波纹管和左侧波纹管的一侧均与大气相通，便于波纹管伸缩时“呼吸”，保持压力平衡。在所述平衡接管上设有平衡孔8，目的是使波纹管的另一侧与管道相通，保持管内工作介质压力平衡。 

本发明中将外管形状设计为台阶状，目的是尽可能减少膨胀节的外廓尺寸，便于在狭小空间使用。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。 

所述左侧波纹管、右侧波纹管和平衡波纹管的波形采用“U”型，其壁厚为1.0～2.0，层数为1～8层，这样的参数选择可满足管道直径为DN200～500mm，工作压力为4.0～8.4Mpa、工作温度小于350℃的工况要求，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。 

本发明的特点是膨胀节工作部分的最小尺寸与管道相同，使介质的流通面积不会减小也没有局部压力损失。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纹管产生的压力推力大小相等、方向相反，这组力通过平衡接管、外管在左侧端板和右侧环板上相互抵消，从而实现对膨胀节外部不输出压力推力的效果。换言之，平衡膨胀节正是依据压力平衡原理，将体积变化通过工作波纹管与平衡波纹管相互转化(拉伸与压缩)过程，而使膨胀节整体体积始终处于不变的状态。实现其平衡体积和压力推力的作用。在发生位移变形时，假设与两端接管相连接的左、右波纹管各被拉伸1/2ΔX，同时，也使平衡波纹管被压缩ΔX，因设计时整体结构内部空间是平衡的，一方被拉伸或被压缩的ΔX，另一方 则会给出等量的补偿，正是因为平衡波纹管的补偿作用，而使整个管路系统压力、容积不变，处于平衡状态，这样膨胀节的支撑系统也就不会受到另外的压力或推力的作用，这种变形力在已有技术中往往高达上千吨，极具破坏力。 

Claims (5)

1.一种外压内置万能平衡型膨胀节，它包括左侧接管[5]、右侧接管[15]和外管[4]，其特征在于：由左侧端板[1]、左侧波纹管[2]、左侧接管[5]和左侧环板[6]组成左侧补偿部分，其中，左侧接管的左端连接管路系统，另一端固接于左侧环板上，所述左侧波纹管右端与左侧环板固接，其左端与平衡接管(7)左端固接并密封；

由右侧端板[11]、右侧波纹管、右侧接管[15]和右侧环板[16]组成右侧补偿部分，其中，右侧接管的右端连接管路系统，另一端固接于右侧环板上，所述右侧波纹管右端与右侧端板固接，其左端与右侧环板固接；所述右侧环板为平衡接管的右端面；

由平衡波纹管[3]和外管[4]组成平衡补偿部分，其中，平衡波纹管一端与左侧端板固接并密封，另一端固接平衡接管(7)，所述外管的右端面为右侧端板(11)。

2.根据权利要求1所述的外压内置万能平衡型膨胀节，其特征在于，所述左侧端板1上设有通孔(9)。

3.根据权利要求1或2所述的外压内置万能平衡型膨胀节，其特征在于，所述平衡接管(7)上设有平衡孔(8)。

4.根据权利要求3所述的外压内置万能平衡型膨胀节，其特征在于，所述左侧波纹管、右侧波纹管和平衡波纹管的波形采用“U”型，层数为1～8层。

5.根据权利要求4所述的外压内置万能平衡型膨胀节，其特征在于，所述外管形状为台阶状。