CN104006256B - 新型高压管道旋转补偿器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型高压管道旋转补偿器，属于管道配套管件、特别是用于热力管道补偿装置结构的技术领域。包括互插的外连接管B和外连接管A，该外连接管A上设置有凸外环，该外连接管B上设置有内承台和过桥，该过桥上设置有过桥内凸台，沿该外连接管A外环依次设置有密封件B，密封件A和密封座；采用本发明的技术方案具有精度高，压损小，抗弯能力和承压能力更强，介质流向不受限，密封性能优良，管道长期运行更安全可靠，维护方便的优点。

Description

新型高压管道旋转补偿器

技术领域

本发明涉及一种新型高压管道旋转补偿器，属于管道配套管件、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。

但在实际工程应用中发现还是存在不足：

一.现有旋转补偿器结构中的内管与变径管段设置的限位块很有可能会形成直接接触，这样就会使所述的内管与变径管在相对旋转运行时摩阻过大，造成固定点钢梁变形，或是出现管道拱起及固定管托打掉的现象，甚至造成整个管网无法正常运行。

二.现有旋转补偿器在与管道焊接连接后，补偿器与管道两者之间必然会存在一条环向焊缝，如遇合金管材质时，该条环向焊缝需要进行热处理时，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，便会造成密封填料性能失效；在出现这种状况时，唯一的解决方案就是更换密封填料。但由于现有旋转补偿器采用的都是整体单片填料压盖法兰，该旋转补偿器与管道焊接连接的这条凸起的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。

三.现有旋转补偿器结构中的外套管与变径管在加工制造时都是分为二个件，到最后组装时通过焊接连接方式使外套管与变径管焊接连接成一体，由此从结构形式中可以看出，现有旋转补偿器的本体外部都存在一条环形焊缝，之所以从现有旋转补偿器的承压强度以及管道长期运行的安全可靠性等方面都存在着较大风险。

发明内容

本发明提供了一种新型高压管道旋转补偿器。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以及承压强度和管道长期安全可靠性方面问题的目的。

为达到上述目的本发明的技术方案是：

一种新型高压管道旋转补偿器，包括外连接管B，外连接管A，过桥，钢球A，过桥内凸台，钢球B，密封套管内承台，螺母A，密封套管，螺母B，密封套管法兰，蝶簧A，双头螺栓，蝶簧B，密封压紧法兰，密封件A，外压盖法兰，密封件B，密封座，外连接管A凸外环，其中：

所述的外连接管A从所述的密封套管的一端同轴顺直插入该外连接管B内；该外连接管A整体为管结构，插入端的端头沿外表面设置有呈环状凸起的外连接管A凸外环；

所述的外连接管B整体为成阶梯状的阶梯状管结构，该阶梯状管结构由一体成型的所述过桥和同轴环套在该外连接管A外环的所述密封套管互成直角连接构成；该阶梯状管结构的一端一体连接该密封套管法兰，另一端与一直管成直角连接；该直管与该外连接管A同轴设置，该直管的内径与该外连接管A的内径相同；

所述的密封套管的一端连接该密封套管法兰，另一端端头的内环一体设置所述的密封套管内承台，该密封套管内承台为环形直角凸台结构，该环形直角凸台结构与该过桥的一端一体连接；该过桥的另一端一体连接所述的直管；

所述过桥内凸台整体成凸环状结构，该凸环状结构的截面为半圆型或矩形；该过桥内凸台设置在所述的过桥的内侧表面；

所述的密封座、密封件A和密封件B环套在该外连接管A的外环表面，并位于该外连接管A外环与该密封套管内表面之间；该密封件A位于该密封座和该密封件B之间，且三者成相互顶抵状；

所述的密封座为截面为矩形的环形结构，一端顶抵该密封件A，另一端顶抵该密封套管内承台；

所述的钢球A位于该密封座，该密封套管内承台和该外连接管A凸外环的内止点围成的空间内；

所述的密封压紧法兰和外压盖法兰环套在该外连接管A的外环；该密封压紧法兰位于该外压盖法兰和该密封套管法兰之间，三者通过螺母A，螺母B和双头螺栓紧固连接；螺母A连接处设置有该蝶簧A，螺母B连接处设置有该蝶簧B；

所述的外压盖法兰为截面为矩形的法兰盘结构，内环表面设置一环形凹槽，该钢球B位于该凹槽中并与该外连接管A外环表面成滚动顶抵结构；

所述的密封压紧法兰为截面成L形的环形结构，L形长端表面沿圆周均匀分布有复数个供该双头螺栓穿入的通孔；L形短端端头插入该外连接管A外环与该密封套管内表面之间并顶抵该密封件B。

该密封套管法兰、该密封套管、该过桥和该直管为一体成型的结构。

该过桥内凸台为直径范围在Φ10毫米-20毫米的1/2圆凸台。

该密封压紧法兰L形短端端头为弧面或球面。

该密封压紧法兰L形短端沿内外环分别设置向内的环形凹部。

该密封件A的结构为添加了钛纤维或不锈钢金属丝，包括耐高温的镍金属丝的金属骨架材料的金属缠绕挡压圈。

该密封件A的轴向厚度为10毫米-20毫米之间。

该外压盖法兰为由两个正半圆对接成圆环的法兰盘结构，该密封压紧法兰为由两个正半圆对接成圆环的环形结构；该外压盖法兰和该密封压紧法兰以十字交叉或十字重叠形式设置在该外连接管A外环表面。

采用本发明的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，密封性能优良，管道长期运行更安全可靠，维护方便的优点。

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；

图3为本发明密封压紧法兰和外压盖法兰安装结构示意图。

附图标记说明：

1.外连接管B

2.外连接管A

3.过桥

4.钢球A

5.过桥内凸台

6.钢球B

7.密封套管内承台

8.螺母A

9.密封套管

10.螺母B

11.密封套管法兰

12.蝶簧A

13.双头螺栓

14.蝶簧B

15.密封压紧法兰

16.密封件A

17.外压盖法兰

18.密封件B

19.密封座

20.外连接管A凸外环。

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；

一种新型高压管道旋转补偿器，包括外连接管B1，外连接管A2，过桥3，钢球A4，过桥内凸台5，钢球B6，密封套管内承台7，螺母A8，密封套管9，螺母B10，密封套管法兰11，蝶簧A12，双头螺栓13，蝶簧B14，密封压紧法兰15，密封件A16，外压盖法兰17，密封件B18，密封座19，外连接管A凸外环20，其中：

所述的外连接管A2从所述的密封套管9的一端同轴顺直插入该外连接管B1内；由于本发明公开的是一种应用于热力管道长距离输送的连接接口部分，由于热力管道长距离输送必须采用分段输送，以减少由于热膨胀力带给管道的破坏性因素；因此要求管道必须具有沿轴向相对位移的功能；通过管道在连接接口部分的轴向移动来消解管道热膨胀力的挤推，以达到管道补偿的目的；一般对管道补偿器的要求首先是同步同轴定位，其次是能实现双向相对移动以缓解来自不同方向的热膨胀挤推力；同时也要考虑管道补偿过程中管道的密封问题；由于是双管(外连接管A与外连接管B)相对插入，为保证外连接管A与外连接管B对来自不同方向的热膨胀挤推力具有沿轴向相对位移的功能，要求外连接管A与外连接管B无角度对插和同步同轴，这里的“顺直”可理解为无角度对插为顺，同步同轴为直；

该外连接管A2整体为管结构，插入端的端头沿外表面设置有呈环状凸起的外连接管A凸外环20；也就是说外连接管A2插入端的端头是平的，从端头沿外表面或外侧表面向内有一个台阶状的凸起，台阶状凸起的截面可以是直角，也就是在端头部分凸起一块，凸起的高度为该外连接管A2壁厚的2/3，凸起的宽度为该外连接管A2壁厚的3倍；这样该外连接管A2加上外连接管A凸外环20部分后整体截面向一个横放(或躺下)的L形，L形长短边交接的弯处称为内止点，实际上内止点就是由该外连接管A2外表面和该外连接管A凸外环20凸起的内侧形成的一个凹槽；

所述的外连接管B1整体为成阶梯状的阶梯状管结构，该阶梯状管结构由一体成型的所述过桥3和同轴环套在该外连接管A2外环的所述密封套管9互成直角连接构成(截面形成一个趴着的L形)；该阶梯状管结构的一端一体连接该密封套管法兰11，另一端与一直管成直角连接；该直管与该外连接管A2同轴设置，该直管的内径与该外连接管A2的内径相同；实际上该密封套管法兰11、该密封套管9、该过桥3和该直管为一体成型的结构，共同组成的截面向一个之字形。

也可以理解为所述的外连接管B1由该密封套管9、该过桥3和该直管一体成型构成；同时也可以理解为所述的外连接管B1由该密封套管法兰11、该密封套管9、该过桥3和该直管一体成型构成；

该密封套管法兰11为法兰盘(或圆环)结构，圆环表面沿圆周均匀分布有复数个供该双头螺栓13穿入的通孔；

所述的密封套管9的一端连接该密封套管法兰11，另一端端头的内环一体设置所述的密封套管内承台7，该密封套管内承台7为环形直角凸台结构，但是环形直角凸台结构不会顶抵外连接管A2的外表面，该环形直角凸台结构的下端面顶抵住或小缝隙接触该外连接管A凸外环20的上表面(或称外环表面)；该环形直角凸台结构与该过桥3的一端一体连接；该过桥3的另一端一体连接所述的直管；

所述过桥内凸台5整体成凸环状结构，该凸环状结构的截面为半圆型或矩形；该过桥内凸台5设置在所述的过桥3的内侧表面；即该过桥内凸台5正对着该外连接管A2插入端的端头；该过桥内凸台5为直径范围在Φ10毫米-20毫米的1/2圆凸台，其较佳的直径尺寸为16毫米的1/2圆凸台。

设置过桥内凸台5作用在于：当由于特殊工况或外来因素造成使外连接管A和B任何一端往相对的方向轴向位移，或者说外连接管B的内端面顶抵到了过桥内凸台，那是线形接触，外连接管A端和B端在进行相对的方向旋转运动时摩擦系数仍然较小；如果过桥内端没有设置过桥内凸台，那么过桥内端是个平面，如果遇到由于特殊工况或外来因素造成使外连接管B的内端面顶抵到了过桥的内端，那么他们是两个面的接触，这样就会使外连接管A端和B端在进行相对的方向旋转运动时摩阻过大，甚至外连接管A端和B端无法进行相对的方向旋转，后果是补偿器失效，造成整个管道应力过大，出现管道拱起，管托崩裂，管架推倒，甚至出现管道爆裂。

过桥内端凸台的最佳尺寸，直径为10～20mm的1/2圆凸台。

综上所述，筒状的密封套管9一端通过一体带有过桥内端凸台5的过桥3进行变径延伸设置了外连接管B1，密封套管9另外靠着密封件压紧法兰15一端的外环设置了密封套管法兰11；

换言之，筒状的密封套管9、密封套管内承台7、过桥内端凸台5、过桥3、外连接管B1和密封套管法兰11是一个整体件；这样的结构进一步提高了结构的整体性，特别是承压能力和安全可靠性得到了进一步提高；

再换言之，筒状的密封套管9通过过桥3变径延伸设置的外连接管B1，从外侧看是一个带有密封套管法兰11的变径筒体；从内侧看是一个带有密封套管内承台7和过桥3二个阶梯的变径筒体；

所述的密封座19、密封件A16和密封件B18环套在该外连接管A2的外环表面，并位于该外连接管A2外环与该密封套管9内表面之间；由于该密封套管内承台7和该外连接管A2凸外环的设置使得该外连接管A2外环与该密封套管9内表面之间形成一个环形空间；该密封座19、密封件A16和密封件B18就位于此环形空间内；

该密封件A16位于该密封座19和该密封件B18之间，且三者成相互顶抵状；三者的厚度(径向高度)基本相同或三者中该密封座19可略薄些，该密封座19的宽度(轴向宽度)为其厚度的1.65倍，即该密封座19的宽度为该外连接管A2外环与该密封套管9内表面之间形成一个环形空间高度的1.65倍。

该密封件A16的结构为添加了钛纤维或不锈钢金属丝，包括耐高温的镍金属丝的金属骨架材料的金属缠绕挡压圈。该密封件A(16)的轴向厚度(或轴向宽度)为10毫米-20毫米之间，较佳的尺寸为12毫米。

密封件B与密封座两者端面间设置了抗压能力更强的密封件A，该密封件A是在密封件B材质基础上，其中又添加了钛纤维或不锈钢金属丝，包括耐高温的镍金属丝，也可以讲在密封件B材质基础上，其中又添加了金属骨架，或者说密封件A为金属缠绕挡压圈。密封件A的最佳尺寸，根据压力等级区别，厚度可以设定为10～20mm之间。

所述的密封座19为截面为矩形的环形结构，一端顶抵该密封件A16，另一端顶抵该密封套管内承台7；

所述的钢球A4位于该密封座19，该密封套管内承台7和该外连接管A凸外环20的内止点围成的空间内；该钢球A4滚动顶抵该外连接管A2的外环；

所述的密封压紧法兰15和外压盖法兰17环套在该外连接管A2的外环；该密封压紧法兰15位于该外压盖法兰17和该密封套管法兰11之间，三者通过螺母A8，螺母B10和双头螺栓13紧固连接；螺母A8连接处设置有该蝶簧A12，螺母B10连接处设置有该蝶簧B14；

所述的外压盖法兰17为截面为矩形的法兰盘结构，内环表面设置一环形凹槽，该钢球B6位于该凹槽中并与该外连接管A2外环表面成滚动顶抵结构；

所述的密封压紧法兰15为截面成L形的环形结构，L形长端表面沿圆周均匀分布有复数个供该双头螺栓13穿入的通孔；L形短端端头插入该外连接管A2外环与该密封套管9内表面之间并顶抵该密封件B18。

如图3所示，该外压盖法兰17为由两个正半圆对接成圆环的法兰盘结构，例如图3中的左图(为两个1/2圆合成的法兰结构设置)；该密封压紧法兰15为由两个正半圆对接成圆环的环形结构，例如图3中的右图(为两个1/2圆合成的圆环法兰结构设置)；注意：图3中左图和右图如果分别代表外压盖法兰17和密封压紧法兰15的话，他们之间的对接缝相互垂直设置，即相对位置成十字交叉设置或十字重叠设置安装；该外压盖法兰17(图3中的左图)和该密封压紧法兰15(图3中的右图)以十字交叉形式设置在该外连接管A2外环表面，即该外压盖法兰17(图3中的左图)和该密封压紧法兰15(图3中的右图)以对接缝相互垂直设置(成十字交叉形式设置)在该外连接管A2外环表面。当该外压盖法兰17和该密封压紧法兰15重叠安装(在该外连接管A2外环表面)时，形成了十字重叠，这样的安装结构既能满足整体平面钢性；同时又能达到拆卸自如，更换密封件方便的目的。

该密封压紧法兰15L形短端端头为弧面或球面。

该密封压紧法兰15L形短端沿内外环分别设置向内的环形凹部。使得该密封压紧法兰15L形短端端头部分向一个锤头状。

本发明新型高压管道旋转补偿器组装时：

第一步：把内端带着外连接管A凸外环20的外连接管A2插入密封套管9筒体内，并使外连接管A凸外环20的端头距离过桥内凸台5的端头4～6毫米，同时使外连接管A2靠近外连接管A凸外环20的外环和外连接管A凸外环20的端面与密封套管内承台7处的密封套管9内壁共同围成了置放钢球A4直角U型槽，接着把不少于20个钢球A4置放到该直角U型槽中；

第二步：把直角圆环状的密封座19嵌入外连接管A2外环与密封套管9内壁形成的槽内，并使密封座19的内端面搁置(或顶置)在密封套管内承台7上；注：该外连接管A凸外环20与密封座19两者相对应的端面间置有钢球A4，这样就呈现了外连接管A2外环与密封套管内承台7内壁和外连接管A凸外环20与密封座19四者端面和环外面均为滚动接触，这样的结构既起到了限位作用又减小了摩擦阻力；

第三步：把环状的密封件A16和密封件B18依次嵌入外连接管A2外环与密封套管9内壁形成的槽内，并使密封件A16紧抵密封座19的端面，然后将密封压紧法兰15套扣到外连接管A2外环，并使密封压紧法兰15的L型压件端顶住密封件B18；接着把内环带着钢球B6的外压盖法兰17套扣到密封压紧法兰15的外端，然后通过双头螺栓13和螺母A8，螺母B10将外压盖法兰17，密封压紧法兰15和密封套管法兰11固定在一起。接着去除表面多余的垢质、锈污，并进行表面喷砂和防腐层工序；然后进行检验、气密试验、水压试验直至合格入库。

Claims (7)

1.一种新型高压管道旋转补偿器，包括外连接管B(1)，外连接管A(2)，过桥(3)，钢球A(4)，过桥内凸台(5)，钢球B(6)，密封套管内承台(7)，螺母A(8)，密封套管(9)，螺母B(10)，密封套管法兰(11)，蝶簧A(12)，双头螺栓(13)，蝶簧B(14)，密封压紧法兰(15)，密封件A(16)，外压盖法兰(17)，密封件B(18)，密封座(19)，外连接管A凸外环(20)，

其特征在于：

所述的外连接管A(2)从所述的密封套管(9)的一端同轴顺直插入该外连接管B(1)内；该外连接管A(2)整体为管结构，插入端的端头沿外表面设置有呈环状凸起的外连接管A凸外环(20)；该凸起的高度为该外连接管A(2)壁厚的2/3，凸起的宽度为该外连接管A(2)壁厚的3倍；

所述的外连接管B(1)整体为成阶梯状的阶梯状管结构，该阶梯状管结构由一体成型的所述过桥(3)和同轴环套在该外连接管A(2)外环的所述密封套管(9)互成直角连接构成；该阶梯状管结构的一端一体连接该密封套管法兰(11)，另一端与一直管成直角连接；该直管与该外连接管A(2)同轴设置，该直管的内径与该外连接管A(2)的内径相同；

所述的密封套管(9)的一端连接该密封套管法兰(11)，另一端端头的内环一体设置所述的密封套管内承台(7)，该密封套管内承台(7)为环形直角凸台结构，该环形直角凸台结构与该过桥(3)的一端一体连接；该过桥(3)的另一端一体连接所述的直管；

所述过桥内凸台(5)整体成凸环状结构，该凸环状结构的截面为半圆型或矩形；该过桥内凸台(5)设置在所述的过桥(3)的内侧表面；

所述的密封座(19)、密封件A(16)和密封件B(18)环套在该外连接管A(2)的外环表面，并位于该外连接管A(2)外环与该密封套管(9)内表面之间；该密封件A(16)位于该密封座(19)和该密封件B(18)之间，且三者成相互顶抵状；

所述的密封座(19)为截面为矩形的环形结构，一端顶抵该密封件A(16)，另一端顶抵该密封套管内承台(7)；

所述的钢球A(4)位于该密封座(19)，该密封套管内承台(7)和该外连接管A凸外环(20)的内止点围成的空间内；

所述的密封压紧法兰(15)和外压盖法兰(17)环套在该外连接管A(2)的外环；该密封压紧法兰(15)位于该外压盖法兰(17)和该密封套管法兰(11)之间，三者通过螺母A(8)，螺母B(10)和双头螺栓(13)紧固连接；螺母A(8)连接处设置有该蝶簧A(12)，螺母B(10)连接处设置有该蝶簧B(14)；

所述的外压盖法兰(17)为截面为矩形的法兰盘结构，内环表面设置一环形凹槽，该钢球B(6)位于该凹槽中并与该外连接管A(2)外环表面成滚动顶抵结构；

所述的密封压紧法兰(15)为截面成L形的环形结构，L形长端表面沿圆周均匀分布有复数个供该双头螺栓(13)穿入的通孔；L形短端端头插入该外连接管A(2)外环与该密封套管(9)内表面之间并顶抵该密封件B(18)；

该密封套管法兰(11)、该密封套管(9)、该过桥(3)和该直管为一体成型的结构。

2.如权利要求1所述的新型高压管道旋转补偿器，其特征在于该过桥内凸台(5)为直径范围在Φ10毫米-20毫米的1/2圆凸台。

3.如权利要求1所述的新型高压管道旋转补偿器，其特征在于该密封压紧法兰(15)L形短端端头为弧面或球面。

4.如权利要求1或3所述的新型高压管道旋转补偿器，其特征在于该密封压紧法兰(15)L形短端沿内外环分别设置向内的环形凹部。

5.如权利要求1所述的新型高压管道旋转补偿器，其特征在于该密封件A(16)的结构为添加了钛纤维或不锈钢金属丝，包括耐高温的镍金属丝的金属骨架材料的金属缠绕挡压圈。

6.如权利要求1或5所述的新型高压管道旋转补偿器，其特征在于该密封件A(16)的轴向厚度为10毫米-20毫米之间。

7.如权利要求1所述的新型高压管道旋转补偿器，其特征在于该外压盖法兰(17)为由两个正半圆对接成圆环的法兰盘结构，该密封压紧法兰(15)为由两个正半圆对接成圆环的环形结构；该外压盖法兰(17)和该密封压紧法兰(15)以十字交叉或十字重叠形式设置在该外连接管A(2)外环表面。