CN104061389B - 外置自平衡旋转管接头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种外置自平衡旋转管接头，包括外端轴向延伸出缩径异径管且内端径向延伸出法兰圈的外套管和内端插在外套管中的芯管，其改进之处在于：芯管外套有压盖法兰，压盖法兰与外套管之间设有平衡挡圈，平衡挡圈与滑移圈连接，外套管与芯管之间设有第一挡圈，第一挡圈和滑移圈之间形成密封腔，密封腔填充有密封填料，法兰圈、平衡挡圈和压盖法兰通过紧固件连接，紧固件在压盖法兰和平衡挡圈之间套有弹性件，芯管外设有支撑环，支撑环上套有轴承，支撑环设有支撑圈，法兰圈与包绕环连接，包绕环与轴承外端环连接，支撑圈与轴承内端环连接。本发明的一种外置自平衡旋转管接头，密封性能更好，可以自动的调整密封腔的大小，结构巧妙，使用方便。

Description

外置自平衡旋转管接头
技术领域
本发明涉及一种旋转管接头，尤其是一种用于高温高压蒸汽管道中的可吸收管道长度大位移补偿的外置自平衡旋转管接头。
背景技术
目前，在热源动力系统中，高温高压(≥4.0MPa,≥420℃)动力管道铺设的热补偿技术问题，成了一个技术瓶颈。市场上的多数耐高温高压的旋转补偿器，因其产品结构存在缺陷及密封填料材料跟不上市场(设计)要求，使密封的问题解决并未达到理想目的，同时，原有内置式滚珠的结构设计导致旋转部件容易受到高温蒸汽的汽水冲蚀而出现锈蚀导致接头旋转不灵活甚至提前失效。第一代旋转补偿器，在传输350℃高温介质时，钢珠易形成中温退火从而降低钢珠硬度，使钢珠发生挤压破损，破损部件划伤芯管表面，从而破坏旋转补偿器的摩擦副，增大摩擦力，降低补偿器旋转性能；密封填料装填不对中，会造成芯管与填料磨损严重，造成泄漏；现有填料式密封形式虽然一定程度上能解决磨损量的问题，但是在高压工况下，由于密封填料回弹性差，密封能力有限，磨损严重，无法长期良好运行，对此，目前尚无好的解决方法。检索发现，现有管道用耐高压旋转补偿器(专利号：ZL200610041301.4)采用石墨填料作为定位支撑部件，虽然能够实现定位支撑功能，但是在受到盲板力作用时，产生径向压力，增加了摩擦力，影响旋转效果。夹紧式双密封旋转补偿器(申请号：201010598173.X)采用双重V型石墨填料圈，密封效果良好，但是在高压情况下，填料圈过多，摩擦接触面积大，造成初始工作时静摩擦力大，管道运行起始阶段容易造成旋转不畅现象。因此，必须对其结构进行改进，以满足高温高压介质输送管道的使用需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种外置自平衡旋转管接头，密封性能更好，可以自动的调整密封腔的大小，结构巧妙，使用方便。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种外置自平衡旋转管接头，包括外端轴向延伸出缩径异径管且内端径向延伸出法兰圈的外套管和内端插在外套管中的芯管，所述芯管的插入端径向朝外延伸出第一挡圈，所述外套管径向朝内延伸出紧邻第一挡圈的第二挡圈，所述第一挡圈和第二挡圈的贴合面之间装有密封件；所述芯管外套有与之密封且与所述法兰圈相对的压盖法兰，所述压盖法兰的内侧装有同轴的平衡挡圈，所述平衡挡圈的内径处轴向延伸出插入外套管的滑移圈，所述滑移圈与所述第二挡圈之间的环状空腔内装有密封填料；所述压盖法兰、平衡挡圈以及法兰圈之间装有形成周向约束和轴向限位的紧固件，所述压盖法兰与所述平衡挡圈之间装有使所述滑移圈保持插入外套管内趋势的弹性件；所述法兰圈的外侧延伸出形成压盖法兰包容腔的包绕环，所述芯管的外端外圆固连有支撑环，所述支撑环由轴向向里延伸的圆筒和径向朝外延伸的支撑圈构成；所述包绕环远离外套管一侧的内径处与端面轴承外侧的外端环固连，所述支撑圈邻近外套管的一侧与所述端面轴承的内端环固连。
本发明进一步限定的技术方案是：所述压盖法兰与芯管之间设有聚四氟乙烯密封垫，所述密封件具有金属缠绕式密封环以及位于金属缠绕式密封环两侧的承压环，所述密封环为低摩擦系数的带有金属缠绕丝作为抗压支撑体的柔性石墨。
进一步的，所述密封填料为锥台状，密封填料外套有与密封填料配合的圆锥筒，密封填料与滑移圈之间设有推板，密封填料的长度比圆锥筒的高度长，当密封填料由于旋转磨损后，通过滑移圈推动推板，推板挤压密封填料，使得密封填料与芯管之间充分接触。
进一步的，所述紧固件包括螺栓和螺母，螺栓依次穿过压盖法兰、平衡挡圈和法兰圈，所述支撑环上设有两组第一限位板，每组第一限位板里安装有一个第一导向滚轮，第一导向滚轮的外表面与轴承的内表面贴合，所述包绕环上设有定位块，定位块上设有两组第二限位板，每组第二限位板上设有第二导向滚轮，第二导向滚轮的内表面与轴承的外表面贴合，当包绕环受到盲板力，由于两组第一导轮和第二导轮紧紧的箍抱着轴承的内表面和外表面，抵消了盲板力，轴承不会侧偏。
进一步的，所述支撑圈侧面设有圆柱状的凸台，轴承内端环设有圆柱状的凹槽，凸台位于凹槽内，凸台与凹槽之间填充有弹性密封圈，利用凸台与凹槽的间隙配合及弹性密封圈的可压缩性来吸收因为介质压力形成的推力经过传递作用在扣压件包绕环上造成的轴向微量位移，同时避免了以往内置式旋转部件受介质腐蚀作用，提高了使用寿命。
与现有技术相比，本发明的外置自平衡旋转管接头，具有以下优点：
1、选用具有能承受轴向力且旋转良好耐腐蚀的轴承，改变了以往旋转部件内置于芯管与外套管之间，旋转部件直接面对介质冲蚀，长时间工作旋转部件易锈蚀，造成再次开机运行时摩擦力增大的问题。采用轴承作为旋转部件，改变以往采用钢珠的点接触摩擦副方式为面接触摩擦副，将局部集中载荷变为周向均布载荷，不会出现以往因部分钢珠局部承压过大，工作时划伤芯管表面，产生局部集中载荷，增大摩擦力的问题。实际使用中承载能力增强，摩擦力减小，当介质压力发生时，产生盲板力，包绕环将方向相反的盲板拉力作用在轴承上，实现盲板拉力的抵消。
2、外置式旋转结构，从原理上改变了以往旋转补偿器中滚动件既承受盲板力又要承担旋转的功能，将承受盲板力与旋转功能有效分离，从布置方式上改变了传统旋转补偿器中旋转部件内置在芯管与外壳之间，直接面对介质冲蚀，由于旋转部件不再与内部介质接触，杜绝了内部介质对旋转部件材料的气水腐蚀作用，提高接头使用稳定性，延长了接头的使用寿命，更利于实际工作中进行维修。
3、采用不等径密封腔结构，利用非金属弹性体的回弹力作用于滑移圈，滑移圈对密封填料进行压紧，实现径向方向上的填料补偿，利用填料截面积的改变，实现每一段填料径向受到的挤压应力保持不变，改变了以往等径填料腔受到径向挤压应力不一致的问题。
4、采用内外两种不同材质的复合密封件，侧环密封材料应选用具有耐高压、耐高温，低摩擦系数的带有金属缠绕丝作为抗压支撑体的柔性石墨，承压环应选用具有高强度支撑能力的材料，在高温、高压介质作用下复合密封件能够实现旋转时两侧具有低摩擦功能，承压环具有承受盲板力作用的能力，两种材料之间不产生相对转动。
5、设置非金属弹性材质的填料腔自压紧结构，利用弹性件的回弹能力保证整个密封填料装置中填料因工作过久出现磨损、芯管与外套管不对中造成的填料磨损以及高温作用下石墨填料的热失重引起的填料损失的自我修复能力。
附图说明
图1为本发明的一种实施例结构示意图；
图2为图1中局部放大示意图；
图3为密封填料的结构示意图；
图4为密封件的结构示意图；
图5为本发明另一种实施例的结构示意图；
图6为图5中局部放大示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的外置自平衡旋转管接头，如图1至图4所示，包括外端轴向延伸出缩径异径管1且内端径向延伸出法兰圈7的外套管和内端插在外套管中的芯管13，法兰圈7焊接在外套管上，芯管13的插入端径向朝外延伸出第一挡圈2，外套管径向朝内延伸出紧邻第一挡圈2的第二挡圈4，第一挡圈2和第二挡圈4的贴合面之间装有密封件3；芯管13外套有与之密封且与所述法兰圈7相对的压盖法兰11，所述压盖法兰11的内侧装有同轴的平衡挡圈8，平衡挡圈8的内径处轴向延伸出插入外套管的滑移圈，滑移圈与所述第二挡圈4之间的环状空腔内装有密封填料5；所述压盖法兰11、平衡挡圈8以及法兰圈7之间装有形成周向约束和轴向限位的紧固件，压盖法兰11与所述平衡挡圈8之间装有使所述滑移圈保持插入外套管内趋势的弹性件9；法兰圈7的外侧焊接与压盖法兰11形成包容腔的包绕环12，芯管13的外端外圆焊接有支撑环15，支撑环15由轴向向里延伸的圆筒和径向朝外延伸的支撑圈构成；所述包绕环12远离外套管一侧的内径处与端面轴承14外侧的外端环焊接连接在一起，支撑圈邻近外套管的一侧与所述端面轴承14的内端环焊接连接在一起。
在本实施例中，压盖法兰11与芯管13之间设有聚四氟乙烯密封垫10，密封填料5和第一挡圈2之间设有第二挡圈4和密封件3，密封件3位于第一挡圈2和第二挡圈4之间，密封件3具有金属缠绕式密封环3-2以及位于金属缠绕式密封环3-2两侧的承压环3-1，密封环3-2为低摩擦系数的带有金属缠绕丝作为抗压支撑体的柔性石墨，紧固件包括螺栓和螺母6，螺栓依次穿过压盖法兰11、平衡挡圈8和法兰圈7，密封填料5为圆锥台状的石墨，密封填料5外套有与密封填料5配合的圆锥筒，密封填料5与滑移圈之间设有推板，密封填料5的长度比圆锥筒的高度长，通过滑移圈的移动带动推板的移动，从而压迫密封填料5，使得密封填料5紧紧的贴合在芯管13表面，减小芯管13旋转的摩擦力。
在本实施例中，支撑圈侧面设有圆柱状的凸台，轴承14内端环设有圆柱状的凹槽，凸台位于凹槽内，凸台与凹槽之间填充有弹性密封圈，利用凸台与凹槽的间隙配合及弹性密封圈的可压缩性来吸收因为介质压力形成的推力经过传递作用在扣压件包绕环上造成的轴向微量位移，同时避免了以往内置式旋转部件受介质腐蚀作用，提高了使用寿命。
实施例2
本实施例提供的外置自平衡旋转管接头，如图3至图6所示，包括外端轴向延伸出缩径异径管1且内端径向延伸出法兰圈7的外套管19和内端插在外套管19中的芯管13，法兰圈7焊接在外套管19上，芯管13的插入端径向朝外延伸出第一挡圈2，外套管19径向朝内延伸出紧邻第一挡圈2的第二挡圈4，第一挡圈2和第二挡圈4的贴合面之间装有密封件3；芯管13外套有与之密封且与所述法兰圈7相对的压盖法兰11，所述压盖法兰11的内侧装有同轴的平衡挡圈8，平衡挡圈8的内径处轴向延伸出插入外套管19的滑移圈18，滑移圈18与所述第二挡圈4之间的环状空腔内装有密封填料5；所述压盖法兰11、平衡挡圈8以及法兰圈7之间装有形成周向约束和轴向限位的紧固件，压盖法兰11与所述平衡挡圈8之间装有使所述滑移圈18保持插入外套管19内趋势的弹性件9；法兰圈7的外侧焊接与压盖法兰11形成包容腔的包绕环12，芯管13的外端外圆焊接有支撑环15，支撑环15由轴向向里延伸的圆筒和径向朝外延伸的支撑圈构成；所述包绕环12远离外套管19一侧的内径处与端面轴承14外侧的外端环焊接连接在一起，支撑圈邻近外套管19的一侧与所述端面轴承14的内端环焊接连接在一起。
在本实施例中，压盖法兰11与芯管13之间设有聚四氟乙烯密封垫10，密封填料5和第一挡圈2之间设有第二挡圈4和密封件3，密封件3位于第一挡圈2和第二挡圈4之间，密封件3具有金属缠绕式密封环3-2以及位于金属缠绕式密封环3-2两侧的承压环3-1，密封环3-2为低摩擦系数的带有金属缠绕丝作为抗压支撑体的柔性石墨，紧固件包括螺栓和螺母6，螺栓依次穿过压盖法兰11、平衡挡圈8和外套管197，密封填料5为锥台状的石墨，密封填料5外套有与密封填料5配合的圆锥筒，密封填料5与滑移圈之间设有推板，密封填料5的长度比圆锥筒的高度长，通过滑移圈的移动带动推板的移动，从而压迫密封填料5，使得密封填料5紧紧的贴合在芯管13表面，减小芯管13旋转的摩擦力。
在本实施例中，支撑环15上设有两组第一限位板，每组第一限位板里安装有一个第一导向滚轮16，第一导向滚轮16的外表面与轴承14的内表面贴合，包绕环12上设有定位块，定位块上设有两组第二限位板，每组第二限位板上设有第二导向滚轮17，第二导向滚轮17的内表面与轴承14的外表面贴合。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种外置自平衡旋转管接头，包括外端轴向延伸出缩径异径管(1)且内端径向延伸出法兰圈(7)的外套管(19)和内端插在外套管(19)中的芯管(13)，其特征在于：所述芯管(13)的插入端径向朝外延伸出第一挡圈(2)，所述外套管(19)径向朝内延伸出紧邻第一挡圈(2)的第二挡圈(4)，所述第一挡圈(2)和第二挡圈(4)的贴合面之间装有密封件(3)；所述芯管(13)外套有与之密封且与所述法兰圈(7)相对的压盖法兰(11)，所述压盖法兰(11)的内侧装有同轴的平衡挡圈(8)，所述平衡挡圈(8)的内径处轴向延伸出插入外套管(19)的滑移圈(18)，所述滑移圈(18)与所述第二挡圈(4)之间的环状空腔内装有密封填料(5)；所述压盖法兰(11)、平衡挡圈(8)以及法兰圈(7)之间装有形成周向约束和轴向限位的紧固件，所述压盖法兰(11)与所述平衡挡圈(8)之间装有使所述滑移圈(18)保持插入外套管(19)内趋势的弹性件(9)；所述法兰圈(7)的外侧延伸出形成压盖法兰(11)包容腔的包绕环(12)，所述芯管(13)的外端外圆固连有支撑环(15)，所述支撑环(15)由轴向向里延伸的圆筒和径向朝外延伸的支撑圈构成；所述包绕环(12)远离外套管(19)一侧的内径处与端面轴承(14)外侧的外端环固连，所述支撑圈邻近外套管(19)的一侧与所述端面轴承(14)的内端环固连。
2.根据权利要求1所述的外置自平衡旋转管接头，其特征在于：所述压盖法兰(11)与芯管(13)之间设有聚四氟乙烯密封垫(10)。
3.根据权利要求1所述的外置自平衡旋转管接头，其特征在于：所述密封件(3)具有金属缠绕式密封环(3-2)以及位于金属缠绕式密封环(3-2)两侧的承压环(3-1)。
4.根据权利要求3所述的外置自平衡旋转管接头，其特征在于：所述密封环(3-2)为低摩擦系数的带有金属缠绕丝作为抗压支撑体的柔性石墨。
5.根据权利要求1所述的外置自平衡旋转管接头，其特征在于：所述密封填料(5)为圆锥台状，密封填料(5)外套有与密封填料(5)配合的圆锥筒，密封填料(5)与滑移圈(18)之间设有推板，密封填料(5)的长度比圆锥筒的高度长。
6.根据权利要求1所述的外置自平衡旋转管接头，其特征在于：所述紧固件包括螺栓和螺母(6)，螺栓依次穿过压盖法兰(11)、平衡挡圈(8)和法兰圈(7)。
7.根据权利要求1所述的外置自平衡旋转管接头，其特征在于：所述支撑环(15)上设有两组第一限位板，每组第一限位板里安装有一个第一导向滚轮(16)，第一导向滚轮(16)的外表面与端面轴承(14)的内表面贴合。
8.根据权利要求7所述的外置自平衡旋转管接头，其特征在于：所述包绕环(12)连接有定位块，定位块上设有两组第二限位板，每组第二限位板上设有第二导向滚轮(17)，第二导向滚轮(17)的内表面与端面轴承(14)的外表面贴合。
9.根据权利要求1所述的外置自平衡旋转管接头，其特征在于：所述支撑圈侧面设有圆柱状的凸台，端面轴承(14)的内端环设有圆柱状的凹槽，凸台位于凹槽内，凸台与凹槽之间填充有弹性密封圈。
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