CN103982737A - 新型复合式管道补偿器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型复合式管道补偿器，属于热力管道补偿装置的技术领域。本发明管子A外环上设置外套管封头，管子B同轴环套在管子A一端的外环，波纹管环套在管子A外环表面且两端头分别与管子A和管子B紧固连接固定；外管套设在密封座外侧，形成所述的管子A包括外环一体设置的外套管封头与外管套包括波纹管的一端为一体结构，当受到轴向热膨胀力挤推时可沿轴向同轴同步整体移动的结构。采用这样的结构具有减小管道应力，增强密封性能，提高承压能力，能实现大补偿量，适用范围广的优点。

Description

新型复合式管道补偿器

技术领域

本发明涉及一种新型复合式管道补偿器，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Π形自然补偿方式一样投资及压力损失都较大；现有套筒补偿器的结构与密封性能欠佳，渗漏现象较普遍，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；特别是现有的球形补偿器、套筒补偿器、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

本发明提供了一种新型复合式管道补偿器。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，且具备防腐功效，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；同时实现投资省，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：

一种新型复合式管道补偿器，其中：包括管子B、防拉脱止位环、沉头螺栓、密封件、密封座、波纹管、防腐内衬、管子A、螺母、钢球A、密封件压盖法兰、密封件架构、钢球B、外套管、外套管封头与压环；

所述的管子A和所述的管子B两者成该管子A同轴插入该管子B的结构；

所述的管子A为圆柱状一体式的变径管结构，该管子A变径端的内径大于非变径端的内径；该管子A的非变径端插入该管子B的内端；

所述的外套管封头为圆形蝶状结构，其蝶状中心设有直径大于管子A变径端外径的圆孔，并一体套扣设置或紧固设置在该管子A变径端的外环表面，该外套管封头的内环与该管子A变径端的外环紧固连接；

所述的管子B为柱状圆管结构，该管子B的内端同轴环套在管子A非变径端的外环；该管子B的外环表面同轴环套有该密封件压盖法兰、该密封件架构和该压环；该密封件架构位于该密封件压盖法兰和该压环之间并与该管子B外环表面紧固连接；

所述的压环整体为截面为矩形的圆环结构，位于该管子B的内端端头处的外环并与该管子B内端端头处的外环表面紧固连接；

所述的密封件架构外环上凸设置有一体结构的该密封座；该密封件为截面为矩形的环形结构，环套在该密封件架构的外环，两端分别与该密封件压盖法兰和该密封座顶抵；

所述的密封件压盖法兰通过该沉头螺栓和螺母与该密封件架构紧固连接为一体；

所述的外套管为管结构，同轴环套在该密封件压盖法兰、该密封件架构和波纹管的外环，一端与该外套管封头紧固连接，另一端端头处一体设置有钩状结构的防拉脱止位环；该密封座外环设有一环形凹槽，复数个所述的钢球B位于凹槽内并顶抵该外套管的内壁；该外套管的内壁设置有该防腐内衬；

所述的密封件压盖法兰的外环设有一环形凹槽，复数个所述的钢球A位于该环形凹槽内并顶抵该外套管的内壁；

所述的波纹管环套在该管子A的外环；并位于该管子A与该外套管之间，该波纹管一端与该外套管封头圆形蝶状中心的圆孔内环紧固连接固定；另一端与该压环的内环一并紧固连接固定在管子B的外环；

形成所述的管子B包括其外环连接固定的该密封件压盖法兰、该密封件架构及该压环和所述的管子A包括其外环连接固定的该外套管封头以及该外套管在受到轴向热膨胀力挤推时可随该波纹管的柔性变形沿轴向同轴同步整体相对移动的结构。

该外套管封头圆形蝶状中心的圆孔内环与该波纹管的一端一同通过焊接方式紧固连接在该管子A的外环。

该外套管封头设置于该管子A变径端与变径过渡弧部交接处的60-80毫米处。

该密封件压盖法兰整体为圆环状的槽结构，截面为L形；该L形短边的端头顶抵该密封件的一端，该L形长边端面沿圆周均匀分布复数个供该沉头螺栓穿入的通孔；该密封件压盖法兰L形长边沿外环设有一环形凹槽，复数个所述的钢球A位于该环形凹槽内并顶抵该外套管的内壁。

该防拉脱止位环整体为截面形状为矩形的环形结构，一体设置在该外套管的端头，该防拉脱止位环内环直径小于该密封件压盖法兰外环直径。

该密封件架构整体为截面呈之字形的圆环状的槽结构；该之字形径向短边为所述的密封座；该之字形径向长边的端面沿圆周均匀分布复数个供该沉头螺栓插入或旋入的凹部，该沉头螺栓与该凹部固定连接成一体；该密封件架构之字形径向长边的内环通过焊接紧固连接在该管子B的外环表面；

所述的密封件位于该密封件压盖法兰、该外套管内壁、该密封座侧壁与该密封件架构之字形轴向边外环围成的空间内并分别与各边成顶抵状态。

该沉头螺栓与该凹部通过焊接固定连接成一体。

该防腐内衬为不锈钢或聚四氟乙烯材质。

采用本发明的技术方案整体管道在热胀、冷缩时相互间互不影响。采用这样的结构具有减小管道应力，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；且投资省，运行成本低，真正达到了使管网既运行安全可靠，又节能的效果。

附图说明

图1为本发明吸收热位移前的结构示意图；

图2为本发明吸收热位移后的结构示意图。

附图标记说明：

1.管子B

2.防拉脱止位环

3.沉头螺栓

4.密封件

5.密封座

6.波纹管

7.防腐内衬

8.管子A

9.螺母

10.钢球A

11.密封件压盖法兰

12.密封件架构

13.钢球B

14.外套管

15.外套管封头

16.压环

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。一种新型复合式管道补偿器，其中：包括管子B1、防拉脱止位环2、沉头螺栓3、密封件4、密封座5、波纹管6、防腐内衬7、管子A8、螺母9、钢球A10、密封件压盖法兰11、密封件架构12、钢球B13、外套管14、外套管封头15与压环16；

所述的管子A8和所述的管子B1两者成该管子A8同轴插入该管子B1的结构；

所述的管子A8为圆柱状一体式的变径管结构，即该管子A8为一端内径大于另一端内径的一体式管结构，内径大的一端称为变径端，内径小的一端称为非变径端，变径端与非变径端通过之间的一段过渡弧部(变径过渡弧部)连接成一体的结构；该管子A8变径端的内径大于非变径端的内径；该管子A8的非变径端插入该管子B1的内端(管子B1为圆管结构，一端与外管连接，即图1中的左端；另一端即内端，即图1中的右端)；

所述的外套管封头15整体为为圆形蝶状结构或称球面结构，截面为弧形，开口朝向该管子B1方向，如图1中向左开口；该蝶状中心圆孔的内环和该波纹管6的一端一同通过焊接紧固连接在该管子A变径端的外环。(例如图1、图2中的圆形蝶状，即截面为弧面)；一体设置或紧固设置(例如焊接固定)在该管子A8变径端的外环表面；该外套管封头15的内环面与该管子A8变径端的外环紧固连接；该外套管封头15的圆环结构的内环与该波纹管6的一端一同通过焊接紧固连接在该管子A8变径端的外环。该外套管封头15设置于该管子A8变径端与变径过渡弧部交接处的60-80毫米处，较佳位置为65毫米处。

所述的管子B1为柱状圆管结构，该管子B1的内端(图1中的右端)同轴环套在管子A8非变径端的外环；该管子B1的外环表面同轴环套有该密封件压盖法兰11、该密封件架构12和该压环16；该密封件架构12位于该密封件压盖法兰11和该压环16之间并与该管子B1的外环表面紧固连接固定(例如焊接连接固定)；该密封件架构12的固定位置可为距离该管子B1内端端头200-210毫米处。

所述的压环16为截面为矩形的圆环结构，位于该管子B1的内端端头处(或距离端头处60-80毫米处)的外环并与该管子B1内端端头处的外环表面紧固连接(例如焊接连接)；该密封件架构12外环上凸设置有一体结构的该密封座5；该密封件4为截面为矩形的环形结构；环套在该密封件架构12的外环，两端分别与该密封件压盖法兰11和该密封座5顶抵；

所述的密封件压盖法兰11通过该沉头螺栓3和螺母9与该密封件架构12紧固连接为一体；该密封件压盖法兰11整体为圆环状或圆环状的槽结构，截面为L形；该L形短边的端头(也可称为压件端)顶抵该密封件4的一端，该L形长边端面沿圆周均匀分布复数个供该沉头螺栓3穿入的通孔；该密封件压盖法兰11L形短边靠外端(或L形长边的外环)沿外环设有一环形凹槽，复数个所述的钢球B10位于该环形凹槽内并顶抵该外套管14的内壁(实际直接顶抵的应该是该防腐内衬7)。该防拉脱止位环2整体为截面形状为矩形的环形结构，一体设置在该外套管14的端头，该防拉脱止位环2内环直径小于该密封件压盖法兰11外环直径。

所述的外套管14为管结构，同轴环套在该密封件压盖法兰11、该密封件架构12和该外套管封头15的外环，一端与该外套管封头15紧固连接(焊接连接)，另一端端头处一体设置或通过焊接固定设置有钩状结构的防拉脱止位环2；该密封座5外环设有一环形凹槽，复数个所述的钢球B13位于凹槽内并顶抵该外套管14的内壁(实际直接顶抵的应该是该防腐内衬7)；该外套管14的内壁设置有该防腐内衬7；该防腐内衬7为不锈钢或聚四氟乙烯材质的材料制成，镶嵌固定或粘接固定在该外套管14的内壁。

所述的波纹管6环套在该管子A8的外环，并位于该管子A8与该外套管14之间；该波纹管6的一端(如图1和图2中左端)与该压环16的内环紧固连接固定(例如焊接固定)，实际上该波纹管6的一端与该压环16一并焊接固定在该管子B1的外环；该波纹管6的另一端(如图1和图2中右端)与该外套管封头15的内环紧固连接固定，实际上该波纹管6的另一端与该外套管封头15一并焊接固定在该管子A8的外环；

该密封件架构12整体为截面呈之字形的圆环状的槽结构，槽口朝向该管子A8一侧或称右侧(如图1和图2所示)；所述的之字形可以这样理解；该之字形由两条垂直于轴向的边(径向边)和一条平行于轴向的边(轴向边)组成，该轴向边位于两径向边之间，三边为一体结构且两径向边不等长，分别称为径向长边和径向短边；

该之字形径向短边为所述的密封座5；该之字形径向长边的端面沿圆周均匀分布复数个供该沉头螺栓3插入或旋入的凹部，该沉头螺栓3与该凹部固定连接成一体；该密封件架构12之字形径向长边的内环通过焊接紧固连接在该管子B1的外环表面；该沉头螺栓3与该凹部通过焊接固定连接成一体。

所述的密封件4位于该密封件压盖法兰11(L形短边的端头)、该外套管14内壁、该密封座5侧壁(该密封件架构12之字形径向短边的侧壁或内壁)与该密封件架构12之字形轴向边外环围成的空间内并分别与各边成顶抵状态(如图1和图2所示)。

形成所述的管子B1包括其外环连接固定的该密封件压盖法兰11、该密封件架构12、该压环16与波纹管6和所述的管子A8包括其外环连接固定的该外套管封头15以及该外套管14在受到轴向热膨胀力挤推时可沿轴向同轴同步整体相对移动的结构；所谓相对移动即该管子B1向右或内侧移动，同时该管子A8向左或内侧移动，也可以说是一种该管子B1和该管子A8形成互插的状态。

采用这样的结构具有减小管道应力，增强密封性能，具备防腐功效，能实现大补偿量，适用范围更广，建设投资和运行成本更低，真正能使管网运行安全可靠、节能减排的多功能特点。

本发明的技术方案在实施时由于管子A8、外套管封头15、外套管14、(包括防腐内衬7和防拉脱止位环2最终为一体结构；管子B1、密封件架构12、密封座5、密封件4、密封件压盖法兰11最终为一体结构；波纹管6两端分别与管子A8和管子B1连接为一体结构；包括通过例如焊接等工艺方法成为一体结构的。

在组装时：

第一步将管子B套扣至管子A内端外环的指定位置，接着将波纹管套装到管子B和管子A外环的指定位置，并通过焊接工艺将波纹管的两端分别与管子B和管子A外环的指定位置焊接固定。

第二步把将蝶形圆环状的外套管封头套扣至管子A(包括波纹管端头)外环的指定位置，(如图1所示)，并通过焊接工艺将外套管封头与管子A焊接固定，接着将圆环状的压环套扣至管子B(包括波纹管端头)外环的指定位置，(如图1所示)，并通过焊接工艺将压环与管子B焊接固定。

第三步把外端面带着数个沉头螺栓包括密封座的密封件架构套扣至管子B外环的指定位置，并通过焊接工艺将密封件架构与管子B焊接固定；接着把钢球A置放到密封座外环的凹口槽内，然后将不带防拉脱止位环的外套管套装到密封件架构(包括波纹管)的外环，同时使外套管与外套管封头成搭接状，并通过焊接工艺将外套管与外套管封头焊接固定。

第四步将环形状的密封件套扣至密封件架构外侧与外套管内壁之间共同形成的腔内，接着把带着钢球B的环状密封件压盖法兰从管子B的外环套扣至密封件的外侧，并使密封件压盖法兰L形压件端紧抵密封件；然后通过数个螺母分别与密封件架构外端面设置的数个沉头螺栓紧扣连接固定。

第五步通过焊接工艺将防拉脱止位环焊接固定在外套管靠密封件压盖法兰一端的端头，最后进行外露部位的耐腐包覆层工序；(包括喷涂耐温、防腐涂层)。

这种工艺使：

1.所述的管子A、外套管架构、外套管、(包括防腐内衬)和防拉脱止位环为固定的一体结构；可随波纹管柔性变形进行同步左、右轴向位移提供了必要的条件。

2.所述的通过波纹管两端分别与管子B外环和管子A外环焊接固定最终成为一整体结构；首先确定了整个设备无泄漏通道；再加上密封件环面结合端面的多重密封；使密封性能得到充分保证。

3.所述的密封件(简称为：滑动密封件)同时具备了双重功效，一是起到了(特别是用于直埋管道时)可阻止地下水进入波纹管部位的腔体空间的作用；二是起到了管子A等件进行同步左、右轴向位移时的自润滑作用。

4.所述的钢球A和钢球B起到了管子A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。

5.所述的管子A的大、小变径形体既能满足波纹管内侧的导流作用；又能满足与管道同径焊接连接的要求。

6.所述的外套管端头一体设有的防拉脱止位环起到了管子A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)

1.一种新型复合式管道补偿器，其特征在于：包括管子B(1)、防拉脱止位环(2)、沉头螺栓(3)、密封件(4)、密封座(5)、波纹管(6)、防腐内衬(7)、管子A(8)、螺母(9)、钢球A(10)、密封件压盖法兰(11)、密封件架构(12)、钢球B(13)、外套管(14)、外套管封头(15)与压环(16)；

所述的管子A(8)和所述的管子B(1)两者成该管子A(8)同轴插入该管子B(1)的结构；

所述的管子A(8)为圆柱状一体式的变径管结构，该管子A(8)变径端的内径大于非变径端的内径；该管子A(8)的非变径端插入该管子B(1)的内端；

所述的外套管封头(15)为圆形蝶状结构，其蝶状中心设有直径大于管子A(8)变径端外径的圆孔，并一体套扣设置或紧固设置在该管子A(8)变径端的外环表面，该外套管封头(15)的内环与该管子A(8)变径端的外环紧固连接；

所述的管子B(1)为柱状圆管结构，该管子B(1)的内端同轴环套在管子A(8)非变径端的外环；该管子B(1)的外环表面同轴环套有该密封件压盖法兰(11)、该密封件架构(12)和该压环(16)；该密封件架构(12)位于该密封件压盖法兰(11)和该压环(16)之间并与该管子B(1)外环表面紧固连接；

所述的压环(16)整体为截面为矩形的圆环结构，位于该管子B(1)的内端端头处的外环并与该管子B(1)内端端头处的外环表面紧固连接；

所述的密封件架构(12)外环上凸设置有一体结构的该密封座(5)；该密封件(4)为截面为矩形的环形结构，环套在该密封件架构(12)的外环，两端分别与该密封件压盖法兰(11)和该密封座(5)顶抵；

所述的密封件压盖法兰(11)通过该沉头螺栓(3)和螺母(9)与该密封件架构(12)紧固连接为一体；

所述的外套管(14)为管结构，同轴环套在该密封件压盖法兰(11)、该密封件架构(12)和波纹管(6)的外环，一端与该外套管封头(15)紧固连接，另一端端头处一体设置有钩状结构的防拉脱止位环(2)；该密封座(5)外环设有一环形凹槽，复数个所述的钢球B(13)位于凹槽内并顶抵该外套管(14)的内壁；该外套管(14)的内壁设置有该防腐内衬(7)；

所述的密封件压盖法兰(11)的外环设有一环形凹槽，复数个所述的钢球A(10)位于该环形凹槽内并顶抵该外套管(14)的内壁；

所述的波纹管(6)环套在该管子A(8)的外环；并位于该管子A(8)与该外套管(14)之间，该波纹管(6)一端与该外套管封头(15)圆形蝶状中心的圆孔内环紧固连接固定；另一端与该压环(16)的内环一并紧固连接固定在管子B(1)的外环；

形成所述的管子B(1)包括其外环连接固定的该密封件压盖法兰(11)、该密封件架构(12)及该压环(16)和所述的管子A(8)包括其外环连接固定的该外套管封头(15)以及该外套管(14)在受到轴向热膨胀力挤推时可随该波纹管(6)的柔性变形沿轴向同轴同步整体相对移动的结构。

2.根据权利要求1所述的新型复合式管道补偿器，其特征在于该外套管封头(15)圆形蝶状中心的圆孔内环与该波纹管(6)的一端一同通过焊接方式紧固连接在该管子A(8)的外环。

3.根据权利要求1或2所述的新型复合式管道补偿器，其特征在于该外套管封头(15)设置于该管子A(8)变径端与变径过渡弧部交接处的60-80毫米处。

4.根据权利要求1所述的新型复合式管道补偿器，其特征在于该密封件压盖法兰(11)整体为圆环状的槽结构，截面为L形；该L形短边的端头顶抵该密封件(4)的一端，该L形长边端面沿圆周均匀分布复数个供该沉头螺栓(3)穿入的通孔；该密封件压盖法兰(11)L形长边沿外环设有一环形凹槽，复数个所述的钢球A(10)位于该环形凹槽内并顶抵该外套管(14)的内壁。

5.根据权利要求1所述的新型复合式管道补偿器，其特征在于该防拉脱止位环(2)整体为截面形状为矩形的环形结构，一体设置在该外套管(14)的端头，该防拉脱止位环(2)内环直径小于该密封件压盖法兰(11)外环直径。

6.根据权利要求1所述的新型复合式管道补偿器，其特征在于该密封件架构(12)整体为截面呈之字形的圆环状的槽结构；该之字形径向短边为所述的密封座(5)；该之字形径向长边的端面沿圆周均匀分布复数个供该沉头螺栓(3)插入或旋入的凹部，该沉头螺栓(3)与该凹部固定连接成一体；该密封件架构(12)之字形径向长边的内环通过焊接紧固连接在该管子B(1)的外环表面；

所述的密封件(4)位于该密封件压盖法兰(11)、该外套管(14)内壁、该密封座(5)侧壁与该密封件架构(12)之字形轴向边外环围成的空间内并分别与各边成顶抵状态。

7.根据权利要求6所述的新型复合式管道补偿器，其特征在于该沉头螺栓(3)与该凹部通过焊接固定连接成一体。

8.根据权利要求1所述的新型复合式管道补偿器，其特征在于该防腐内衬(7)为不锈钢或聚四氟乙烯材质。