CN102003592B - 新型双压盖高压管道位移补偿器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型双压盖高压管道位移补偿器，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。包括内管、填料压盖法兰、外套管、变径延伸管、密封填料、外套管内承台、内管凸外环、复合密封圈与变径管承台等组成，其中：所述的内管上一体设置一内管凸外环，该内管一端插入外套管内；该内管凸外环位于外套管内承台和变径管承台之间；内管凸外环与变径管承台之间顶抵设置复合密封圈；外套管内承台凸状端面顶抵住另一端顶抵填料压盖法兰的密封填料。采用这样的结构具有精度高，摩擦系数、自身扭距及压力损失更小，抗弯能力、承压能力更强，介质流向不受限，密封可靠，性能优良且管道维护方便的特点。

Description

新型双压盖高压管道位移补偿器

技术领域

本发明涉及一种管道配套管件，特别是用于热力管道补偿装置结构的技术领域，具体说属于石油、化工、轻工、热力、冶金等行业中使用的热力管道补偿装置结构的技术领域。

背景技术

热力管道因传输的介质温度变化，必然引起管道的热胀冷缩，管道伸缩变形是以不利于管道安全运行的轴向推力或轴向位移形式出现。常规情况下，热力管道中都设有管道补偿装置以吸收或补偿管道变形。现有技术的管道补偿器有多种结构形式，都具有吸收或补偿管道变形的能力，其中，旋转补偿器性能最为突出。目前市场上最具有代表性的旋转补偿器产品有：

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

上述几种产品结构简单，制造方便；在技术、结构上尽管有所不同，但都具有补偿量大、布置灵活等特点。

但在实际工程应用中发现还是存在不足：

一.中国专利号ZL02258709.8改进的旋转补偿器

二.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，流体介质在运动中在该部位会产生涡流，增加了流体介质的压力损失，而且介质流向受到约束。

2.填料法兰内环凹槽内钢球与外套管内承台的钢球两者之间距离过小，轴心度控制差，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，造成对填料的偏心磨损，形成流体介质泄漏通道。

三、中国专利号ZL200520074933.1免维护旋转补偿器，

四、中国专利号ZL200720128801.1精密旋转补偿器

五、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.外管尾端的变径管为台阶式，产品组装时工艺复杂而且只能是单面焊接，承压力及结构应力较差。

2.压紧法兰、填料法兰内圈不放钢珠的话，要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在最小范围内，虽轴心度得到了控制，但会形成内管与外套管相对旋转时摩阻过大，加上外套管内承台与内管外环间的滚动环虽然呈线型接触，摩阻仍较大。这样在热补偿运行时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。

3.外管尾端台阶式变径内侧腔内压力通道明显，造成了介质压力对密封填料的直接冲击。由于采用的是单一密封方式直接降低了密封材料的耐久性。

特别是以上五个产品的共同缺陷在于：

一.内管与限位装置为直接接触，造成内管在相对旋转时摩阻过大，容易造成固定点钢梁变形，甚至造成管道拱起及固定管托打掉的现象。

二.旋转补偿器与管道焊接连接后，补偿器的内管与管道之间必然会出现一条凸起的环向焊缝，如遇合金管材质焊缝需要热处理时，柔性石墨密封填料中的油性就有可能被近千度高温烤干或氧化，造成密封填料性能失效；出现这种状况时，唯一的解决方案就是更换密封填料。由于采用的都是单片整体压料法兰，这条环向焊缝令填料压盖法兰无法抬起，这就造成根本无法添加或更换密封填料的现状。

发明内容

本发明提供了一种新型双压盖高压管道位移补偿器。以实现解决现有技术中提到的旋转补偿器的轴心度不精确、自身扭距、摩擦系数过大，密封形式单一，流体介质及介质流向受限、结构不合理造成压力损失等问题，并同时消除内压力对密封填料的直接冲击，提高密封材料耐久性问题的目的。

为达到上述目的本发明的技术方案是：

一种新型双压盖高压管道位移补偿器，包括内管、填料压盖法兰、外套管法兰、垫片、螺母、螺栓、外套管、变径延伸管、钢球A、密封填料、外套管内承台、钢球B、内管凸外环、复合密封圈与变径管承台组成，其中：

所述的内管一端沿着外环面一体凸设置一内管凸外环，且该端插入外套管筒体内；

所述的外套管沿着内环面凸设置一外套管内承台并延伸与一端内侧一体凸设置有变径管承台的变径延伸管紧固连接；所述的内管凸外环位于该外套管内承台和变径管承台之间；该内管凸外环与变径管承台之间顶抵设置环状结构的复合密封圈；

所述的内管凸外环截面为矩形结构，对着外套管内承台的端面外环处设置有一截面为直角的凹槽，该直角凹槽与由外套管和外套管内承台结合处形成的内端角共同形成一个方形空间，该方形空间内设置至少一个钢球B；

所述的外套管内承台一端与内管凸外环的一端通过钢球B滚动接触，该外套管内承台另一端截面形状为凸状端面顶抵密封填料的一端；密封填料的另一端顶抵填料压盖法兰；

所述的填料压盖法兰套装或套扣设置于内管的外环面，与该内管外环接触面上设置一环槽，至少一个钢球A滚动设置于所述的环槽内，该钢球A与内管的外环面呈滚动环扣的结构；该填料压盖法兰上设置L形压料端，该L形压料端紧抵密封填料，所述的填料压盖法兰通过双头螺栓与外套管上设有的外套管法兰通过螺母紧扣连接；该外套管法兰与螺母之间压置垫片。

该变径延伸管一体设有变径管承台的一端套扣在内管靠近内管凸外环一端的外环，该变径延伸管其余部分的内径与内管的内径相同，该变径管承台截面为直角形结构，直角形结构的一端面紧抵复合密封圈；该变径延伸管与外套管通过焊接紧固连接成为一整体结构。

该填料压盖法兰为可拆式双层十字开口重叠式形式，内层为带压料端的L型结构，外层为内环面带有环槽的平面法兰；内层L型结构压料端为环状工字型。

该内管凸外环与变径管承台两者相对端面和内管内端外环与外套管内侧共同围成的区域空间内设有复合密封圈。

该复合密封圈为金属骨架包覆耐高温柔性石墨、耐高温柔性石墨缠绕金属编织网或耐高温柔性石墨中添加金属丝或钛纤维制成的结构。

该外套管内承台的一侧端为90°直角端面，另一侧端为与密封填料相对应的塔形凸起状端面。

该变径延伸管一端的内侧设有变径管承台，该变径管承台的内径与外套管内承台内径相同。

该内管内端插入变径延伸管大径一端的筒体内，内管内端外环设有与变径延伸管内侧变径相对应的坡口，两者之间间隙为2～4毫米。

采用本发明的技术方案由于外套管外端头外环设有外套管法兰，内侧中部设有外端为塔形端面的外套管内承台，与变径延伸管连接端头设有满足焊接连接规范的坡口；靠近外套管内承台内端处的内管上设有内管凸外环，内管凸外环与外套管内承台相对应的端面外环端角处设有一直角凹槽，该直角凹槽和外套管与外套管内承台的端角共同形成一置放钢球B的方形空间。变径延伸管的小径端的内外径分别与内管内外径相同，大径端的外环与外套管外环同径。大径端的内侧设有变径管承台，变径延伸管大径端外环设有与外套管焊接连接的坡口；变径管承台的内径与外套管内承台内径相同，内管带着内管凸外环插入外套管筒体内，变径延伸管大径端带着变径管承台套扣至内管内端的外环，外套管与变径延伸管大径端通过焊接方式固定连接。内管内端头外环设有与变径延伸管内侧变径相对应的坡口，且两者之间间隙较小；内管凸外环与与变径管承台两者端面和内管内端外环与外套管内侧共同围成的区域空间内设有复合密封圈；外套管靠法兰端内侧与外套管内承台塔形端面和内管外环形成的腔内装有密封填料，密封填料V型凹口端紧扣外套管内承台塔形端面，双层十字开口重叠式形式填料压盖法兰套扣在内管外环，填料压盖法兰内层L型压料端插入内管与外套管之间的腔内顶压密封填料，填料压盖法兰外层内环面设有一凹口槽，该凹口槽内设有钢球紧扣内管外环。双层十字开口重叠式形式填料压盖法兰与外套管法兰通过双头螺栓、垫片、螺母连接固定。这样的结构大大提高了承压能力，消除了压力损失。其钢球A、钢球B起到了内管限位、轴心度控制和减小摩阻三重功效。而且钢球A与钢球B的间距得到延长，轴心控制更精确。复合密封圈与V型端面密封填料相结合起到了端面和环面的双重密封功效，密封性能更可靠，同时也起到内管、外套管两者在相对旋转时的自润滑作用。可拆式双层十字开口重叠型形式填料压盖法兰便于随时添加或更换密封填料，使产品主结构能长期使用得到充分保证。采用本技术方案具有精度高，摩擦系数、自身扭距、压力损失更小，抗弯能力、承压能力更强，介质流向不受限，密封可靠，性能优良，管道运行更安全，维护方便的特点。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明局部结构放大示意图

附图标记说明：

1.内管

2.填料压盖法兰

3.外套管法兰

4.垫片

5.螺母

6.螺栓

7.外套管

8.变径延伸管

9.钢球A

10.密封填料

11.外套管内承台

12.钢球B

13.内管凸外环

14.复合密封圈

15.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和图2所示，一种新型双压盖高压管道位移补偿器，包括内管1、填料压盖法兰2、外套管法兰3、垫片4、螺母5、螺栓6、外套管7、变径延伸管8、钢球A9、密封填料10、外套管内承台11、钢球B12、内管凸外环13、复合密封圈14与变径管承台15组成：

所述的内管1一端沿着外环面一体凸设置一内管凸外环13，且该端插入外套管7筒体内，即内管1为圆柱型管结构，其外环面偏向一侧端口位置(此端口可称内侧端口或内端口)一体设置一环状凸环(即内管凸外环13)，内端口连同内管凸外环13和内管1的大部插入外套管7筒体内(如图1)；

所述的填料压盖法兰2和外套管法兰3的环端面分别设置均匀分布的至少一个通孔，该通孔可在填料压盖法兰2和外套管法兰3上相对应的位置设置，所述通孔为对穿螺栓6而设置。

所述的外套管7沿着内环面(向内)凸设置一外套管内承台11并延伸与一端内侧一体凸设置有变径管承台15的变径延伸管8紧固连接(例如焊接连接，如图1和图2所示)；所述的内管凸外环13位于该外套管内承台11和变径管承台15之间；该内管凸外环13与变径管承台15之间顶抵设置环状结构的复合密封圈14，进一步的描述为该内管凸外环13与变径管承台15两者相对的端面(环端面)和内管1内端(即内端口)的外环(部分)与外套管7内侧共同围成的区域空间内设有复合密封圈14；该复合密封圈14为金属骨架包覆耐高温柔性石墨、耐高温柔性石墨缠绕金属编织网或耐高温柔性石墨中添加金属丝或钛纤维制成的结构。

所述的内管凸外环13截面为矩形结构(如图1和图2)，对着外套管内承台11的端面外环处设置有一截面为直角的凹槽，该直角凹槽与由外套管7和外套管内承台11结合处形成的内端角共同形成一个方形空间(实际上形成的是一个环状且截面为矩形的空间)，该方形空间内设置至少一个钢球B12；

所述的外套管内承台11一端与内管凸外环13的一端(所在的平面由于钢球B12的顶抵可形成不直接接触面)通过钢球B12滚动接触，另一端截面形状为凸状端面顶抵密封填料10的一端；密封填料10的另一端顶抵填料压盖法兰2；该外套管内承台11的一侧端(靠近内管1内端口处)为90°直角端面，另一侧端为与密封填料10相对应的塔形凸起状端面，相对于密封填料10对应端面为凹状(或塔形凹状)与所述的塔形凸起状端面顶抵接触，这里的塔形凸起状可为塔状、角状或梯形状，其尖部可埋入位于密封填料10与其相对形状的凹状端面(或V型槽状)中，使两者形成锁固配合。

所述的填料压盖法兰2套装或套扣设置于内管1的外环面，与该内管1外环接触面上设置一环槽(向内的凹型环槽)，即该环槽设置于填料压盖法兰2内环面，至少一个钢球A9滚动设置于所述的环槽内，该钢球A9与内管1的外环面呈滚动环扣的结构；该填料压盖法兰2上设置L形压料端，该L形压料端紧抵密封填料10，所述的填料压盖法兰2通过双头螺栓6与外套管7上设有的外套管法兰3通过螺母5紧扣连接；该外套管法兰3与螺母5之间压置垫片4。

该变径延伸管8一体设有变径管承台15的一端套扣在内管1靠近内管凸外环13一端的外环(即内端口处)，该变径延伸管8其余部分的内径与内管1的内径相同，即该变径延伸管8一端的内侧设有变径管承台15，该变径管承台15的内径与外套管内承台11内径相同。该变径管承台15截面为直角形(凸起)结构，直角形结构的一端面紧抵复合密封圈14。

如图1和图2，该填料压盖法兰2结构为可拆式双层十字开口重叠式形式，分内外两层，内层为带压料端的L型结构(L型结构压料端)，外层为内环面带有环槽的平面法兰(或法兰盘)；内层L型结构压料端为环状工字型(即L型结构压料端截面为工字型)。

变径延伸管8的结构为一端的内径与内管1内径相同且另一端的内径大于内管1外径的管体，该变径管承台15位于该变径延伸管8与该外套管7之间，而该变径延伸管8与外套管7通过(在变径管承台15一侧的)焊接连接成为一整体结构，该内管1内端(即插入外套管7内的内端口)进一步插入变径延伸管8大径一端的筒体内，内管1内端(内端口)外环设有与变径延伸管8内侧变径部分相对应的坡口(实际上是变径延伸管8内侧变径部分到未变径部分的过渡部分，在内管1内端口处设置坡口是为了保证内管1与变径延伸管8未变径部分结合时不出现阶梯状的凸起)，两者之间(内管1的坡口和变径延伸管8过渡部分端面)间隙为2～4毫米。

进一步说明，外套管法兰3、外套管7与变径延伸管8的整体结构为外套管7带焊接坡口的一端顺直与变径延伸管8大径端(变径端)相对应的焊接坡口焊接连接并延伸构成一体的结构，外套管7内侧设有外端为塔形端面的外套管内承台11，靠近外套管内承台11内端处的内管1上设有内管凸外环13，内管凸外环13与外套管内承台11端相对的端面外环端角设有一置放钢球B12的凹口(凹槽)，该钢球B12使内管凸外环13与外套管内承台11之间和内管1与外套管7之间既起到限位作用又起到减小摩阻的双重作用；变径延伸管8大径端内侧设有变径管承台15，内管凸外环13与变径管承台15两者端面和内管1内端外环与外套管7内侧共同围成的区域空间内设有复合密封圈14；密封填料10置于内管1与密封外套管7之间的腔内，密封填料10带V形凹口的一端紧扣塔形外套管内承台11，密封填料10另一端面顶抵可拆式双层十字开口重叠式形式的填料压盖法兰2内层L型压料端，填料压盖法兰2外层内环面设有一凹口槽(或环槽)，该凹口槽(或环槽)内设有钢球A9紧扣内管1外环。

该内管1内端插入变径延伸管8大径端的筒体内，内管1内端外环设有与变径延伸管8内侧变径相应的坡口；而且两者之间间隙仅为(2～4mm)。

该变径延伸管8小径端与内管1内外径相同，大径端的内侧设有变径管承台15，变径管承台15的内径与外套管内承台11内径相同，大径端的外环与外套管7同径。

该外套管内承台11的内端为90°直角端面，外端为与密封填料10相对应的塔形状端面。

组装时，在外套管7与外套管内承台11的端角置放钢球B12，内管1靠内端外环上设有内管凸外环13，内管凸外环13与外套管内承台11相对应的端面外环端角处设有一直角凹口(凹槽)，内管1带着内管凸外环13插入外套管7筒体内后，该直角凹口(凹槽)和外套管7与外套管内承台11的端角共同形成一置放钢球B12的方形空间，复合密封圈14置放在内管1靠内端外环与外套管7之间槽内，并且使复合密封圈14的端面紧扣内管凸外环13的端面，然后将带着变径管承台15的变径延伸管8大径端套扣至内管内端的外环，并且使变径管承台15的端面紧压复合密封圈14，同时通过焊接方式使变径延伸管8大径端与外套管7焊接连接固定。带V型槽的密封填料10置放在靠近外套管法兰3一端的外套管7内侧与内管1之间的腔内，使密封填料10的V型槽紧扣外套管内承台11的塔形端面，双层十字开口重叠型形式填料压盖法兰2内层套扣在内管1外环，并且使填料压盖法兰2内层L型压料端插入内管1与外套管7之间的腔内顶压密封填料10，双层十字开口重叠型形式填料压盖法兰2外层带着钢球A9套扣至内管1外环，并且使双层十字开口重叠型形式填料压盖法兰2外层内端面紧抵双层十字开口重叠型形式填料压盖法兰2内层的外端面，双层十字开口重叠型形式填料压盖法兰2内、外层端面设有与外套管法兰3端面相对应的数个通孔，由双头螺栓6依次穿过并通过垫片4、螺母5紧扣连接。

采用本发明的技术方案由于内管1外环与外套管7内壁之间分别设有二个密封腔，内管1外环与外套管7内壁和外套管内承台11塔形端面与相对应的填料压盖法兰2内层L型压料端共同围成的腔内装有密封填料10；内管1靠内端的外环与靠变径延伸管8的外套管7内壁和变径管承台15与相对应的内管凸外环13端面共同围成的腔内装有复合密封圈14；内管1带着内管凸外环13插入外套管7筒体内后，内管凸外环13与外套管内承台11相对应的端面外环端角处设有的一直角凹槽和外套管7与外套管内承台11的端角共同形成了置放钢球B12的方形空间，双层十字开口重叠型形式填料压盖法兰2外层内环面设有一环槽，钢球A9置放在该环槽内，并紧抵内管1的外环。这种结构形式使：

1、所述的变径管承台15内侧和变径延伸管8内侧与内管1内端外环之间间隙较小，仅有(2～4mm)。

2、所述的变径管承台15设于变径延伸管8的内侧，内径与外套管内承台11内径相同，变径延伸管8大径端的外径与外套管7的外径相同，小径端与内管1内、外径相同。

3、所述的钢球A与钢球B起到内管1限位、轴心度控制和减小摩阻三重功效。

4、所述的复合密封圈14与带有V型槽端面的密封填料10相结合同时起到了端面和环面的双重密封功效，并起到内管1、外套管7两者在相对旋转时的自润滑作用。

5、可拆式双层十字开口重叠型形式填料压盖法兰2便于随时添加或更换密封填料10，使产品主结构能长期使用得到了可靠保证。

6、采用本技术方案具有精度高，摩擦系数、自身扭距、压力损失更小，抗弯能力、承压能力更强，介质流向不受限，密封可靠，性能优良，管道运行更安全，维护方便的特点。

Claims (8)

1.一种新型双压盖高压管道位移补偿器，包括内管(1)、填料压盖法兰(2)、外套管法兰(3)、垫片(4)、螺母(5)、螺栓(6)、外套管(7)、变径延伸管(8)、钢球A(9)、密封填料(10)、外套管内承台(11)、钢球B(12)、内管凸外环(13)、复合密封圈(14)与变径管承台(15)组成，其特征在于：

所述的内管(1)一端沿着外环面一体凸设置一内管凸外环(13)，且该端插入外套管(7)筒体内；

所述的外套管(7)沿着内环面凸设置一外套管内承台(11)并延伸与一端内侧一体凸设置有变径管承台(15)的变径延伸管(8)紧固连接；所述的内管凸外环(13)位于该外套管内承台(11)和变径管承台(15)之间；该内管凸外环(13)与变径管承台(15)之间顶抵设置环状结构的复合密封圈(14)；

所述的内管凸外环(13)截面为矩形结构，对着外套管内承台(11)的端面外环处设置有一截面为直角的凹槽，该直角凹槽与由外套管(7)和外套管内承台(11)结合处形成的内端角共同形成一个方形空间，该方形空间内设置至少一个钢球B(12)；

所述的外套管内承台(11)一端与内管凸外环(13)的一端通过钢球B(12)滚动接触，该外套管内承台(11)另一端截面形状为凸状端面对应顶抵密封填料(10)凹状的一端；密封填料(10)的另一端顶抵填料压盖法兰(2)；

所述的填料压盖法兰(2)套装或套扣设置于内管(1)的外环面，与该内管(1)外环接触面上设置一环槽，至少一个钢球A(9)滚动设置于所述的环槽内，该钢球A(9)与内管(1)的外环面呈滚动环扣的结构；该填料压盖法兰(2)上设置L形压料端，该L形压料端紧抵密封填料(10)，所述的填料压盖法兰(2)通过双头螺栓(6)与外套管(7)上设有的外套管法兰(3)通过螺母(5)紧扣连接；该外套管法兰(3)与螺母(5)之间压置垫片(4)。

2.如权利要求1所述的新型双压盖高压管道位移补偿器，其特征在于该变径延伸管(8)一体设有变径管承台(15)的一端套扣在内管(1)靠近内管凸外环(13)一端的外环，该变径延伸管(8)其余部分的内径与内管(1)的内径相同，该变径管承台(15)截面为直角形结构，直角形结构的一端面紧抵复合密封圈(14)；该变径延伸管(8)与外套管(7)通过焊接紧固连接成为一整体结构。

3.如权利要求1所述的新型双压盖高压管道位移补偿器，其特征在于该填料压盖法兰(2)为可拆式双层十字开口错缝重叠式形式，内层为带压料端的L型结构，外层为内环面带有环槽的平面法兰；内层L型结构压料端为环状工字型。

4.如权利要求1所述的新型双压盖高压管道位移补偿器，其特征在于该内管凸外环(13)与变径管承台(15)两者相对端面和内管(1)内端外环与外套管(7)内侧共同围成的区域空间内设有复合密封圈(14)。

5.如权利要求1或4所述的新型双压盖高压管道位移补偿器，其特征在于该复合密封圈(14)为金属骨架包覆耐高温柔性石墨、耐高温柔性石墨缠绕金属编织网或耐高温柔性石墨中添加金属丝或钛纤维制成的结构。

6.如权利要求1所述的新型双压盖高压管道位移补偿器，其特征在于该外套管内承台(11)的一侧端为90°直角端面，另一侧端为与密封填料(10)相对应的塔形凸起状端面。

7.如权利要求1所述的新型双压盖高压管道位移补偿器，其特征在于该变径延伸管(8)一端的内侧设有变径管承台(15)，该变径管承台(15)的内径与外套管内承台(11)内径相同。

8.如权利要求1所述的新型双压盖高压管道位移补偿器，其特征在于该内管(1)内端插入变径延伸管(8)大径一端的筒体内，内管(1)内端外环设有与变径延伸管(8)内侧变径相对应的坡口，两者之间间隙为2～4毫米。

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