CN104847999A - 一种无阻力旁开式直管压力平衡波纹补偿器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无阻力旁开式直管压力平衡波纹补偿器，包括与主管道连接的工作波纹管；工作波纹管连接主管道和主传导法兰，在主管道上设有平衡管道，所述平衡管道与主管道不同轴，在平衡管道上设有平衡波纹管，平衡波纹管设有平衡传导法兰；在平衡传导法兰的两侧设有平衡拉杆，所述平衡拉杆从平衡传导法兰伸出到主管道两侧，在主传导法兰的两侧设有主拉杆，所述主拉杆在主管道的圆周方向的位置对应于平衡拉杆的位置；主拉杆与平衡拉杆的顶端通过三角形杠杆连接。本发明的有益效果是：简化了直通式波纹管补偿器的结构,降低了制造成本，提高了耐压能力；可有效避免柱状失稳现象的发生，没有流动阻力和噪音，外形结构有利于管线并排排列。

Description

一种无阻力旁开式直管压力平衡波纹补偿器

技术领域

本发明属于管道压力平衡补偿器，尤其涉及一种无阻力旁开式直管压力平衡波纹补偿器。

背景技术

两端有固定装置的压力管道，管道会因热胀冷缩产生变形，这就要求在管道中必须安装补偿器元件。当管道架空或者管道两端的设备不能承受比较大的推力时，就需要安装一个没有内压推力（即盲板力）的补偿器，这种补偿器就是轴向压力平衡波纹补偿器。轴向压力平衡波纹补偿器包括直通式和旁通式两种类型。直通式波纹管补偿器称为直管压力平衡式型波纹补偿器，是一种全内压补偿器；它的特点是平衡波纹管的有效面积是工作波纹管有效面积的两倍，工作时通过拉杆平衡掉了内压推力，补偿器在工作时不会因压力的升高对两端设备产生推力，补偿器本身可以被拉伸或者压缩；这种补偿器的缺点是补偿器变形时是三个波纹管同时变形，是并联管系，压力高时波纹管比较厚，刚度力（弹性力）很大，径向尺寸很大，在有并行多个管道时，布置不了；同时，内压波纹管因为波纹管受内压时有向外伸长的趋势，波纹管两端管道有一个反作用力，相当于波纹管处于受压状态，存在压杆稳定性问题，也就是有柱状失稳问题。在设计时，外压补偿器可以把波纹管的波数做多一些，补偿量可以做得很大，内压则不可以，因为波数多了以后存在柱失稳现象，为此有了旁通式波纹管补偿器。在GBT 12777-2008《金属波纹管膨胀节通用技术条件》关于旁通直管压力平衡型膨胀节的描述是：由两个相同的波纹管及端环、平衡管封头、外管等结构件组成，主要用于吸收轴向位移并能平衡波纹管压力推力的膨胀节；旁通直管压力平衡型膨胀节包括全外压式和内外压组合式两种。直通式波纹管补偿器和旁通式波纹管补偿器使用时共同特点是补偿管线的轴向位移并且没有压力推力，不同之处在于外压式波纹管补偿器没有柱状失稳现象；但旁通式波纹管补偿器存在的缺陷是介质流动时阻力很大，速度高时还有噪音问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种无阻力旁开式直管压力平衡波纹补偿器的技术方案，克服直通式波纹管补偿器径向尺寸大和刚度力大的缺陷，也避免了旁通式波纹管补偿器增加介质流动阻力和介质高速流动时产生噪音的缺陷。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种无阻力旁开式直管压力平衡波纹补偿器，包括两端与主管道连接的工作波纹管；其特征在于，工作波纹管的后端设有主传导法兰，在主传导法兰上设有沿主管道轴线向前伸出的主拉杆；在与工作波纹管前端连接的所述主管道上设有平衡管道，所述平衡管道从主管道的一侧伸出主管道，在平衡管道上设有平衡波纹管，所述平衡波纹管的一端通过平衡管道与主管道连通，平衡波纹管的另一端设有平衡传导法兰，所述平衡传导法兰连接一个平衡管封头；在平衡传导法兰上设有沿平衡管道轴线向主管道方向伸出的平衡拉杆，在平衡传导法兰相对主管道的两侧每侧至少设有一支平衡拉杆，所述主拉杆的数量与平衡拉杆的数量相同，每支主拉杆在主管道的圆周方向的位置对应于一支平衡拉杆；在主管道与平衡管道连接处的两侧设有拉杆转向装置，每支主拉杆和相对应的平衡拉杆通过一个所述拉杆转向装置连接；拉杆转向装置将拉力从平衡拉杆传递到主拉杆。

更进一步，所述拉杆转向装置是三角形杠杆，所述三角形杠杆的转轴设置在所述主管道与平衡管道连接处，三角形杠杆的两端分别设有与主拉杆连接的主杆销轴和与平衡拉杆连接的平衡杆销轴；平衡拉杆拉动三角形杠杆时，三角形杠杆拉动主拉杆；主拉杆拉动三角形杠杆时，三角形杠杆拉动平衡拉杆。

更进一步，所述平衡管道的管径与主管道的管径相同，所述工作波纹管与平衡波纹管是相同规格的波纹管。

更进一步，所述三角形杠杆转轴至主杆销轴的中心距等于三角形杠杆转轴至平衡杆销轴的中心距；主拉杆的轴线垂直于三角形杠杆转轴至主杆销轴中心的连线，平衡拉杆的轴线垂直于三角形杠杆转轴至平衡杆销轴中心的连线。

更进一步，在所述平衡传导法兰相对主管道的两侧每侧设有两支平衡拉杆，四支平衡拉杆相对于主管道对称分布；在主传导法兰上设有四支主拉杆，每支主拉杆的位置对应于一支平衡拉杆；在主管道与平衡管道连接处的两侧每侧各设有两个三角形杠杆，每支主拉杆和相对应的平衡拉杆通过一个所述三角形杠杆连接。

更进一步，两支远离所述工作波纹管的平衡拉杆分别通过一个内三角形杠杆连接一支靠近平衡波纹管的主拉杆，所述内三角形杠杆的转轴相对于平衡杆销轴向工作波纹管方向偏移，所述内三角形杠杆的转轴相对于主杆销轴向平衡波纹管方向偏移；

两支靠近工作波纹管的平衡拉杆分别通过一个外三角形杠杆连接一支远离平衡波纹管的主拉杆，所述外三角形杠杆的转轴相对于平衡杆销轴向工作波纹管的反方向偏移，所述外三角形杠杆的转轴相对于主杆销轴向平衡波纹管的反方向偏移；

在主拉杆上设有开槽，所述靠近工作波纹管的平衡拉杆穿过两支主拉杆上的所述开槽连接平衡传导法兰和外三角形杠杆。

更进一步，所述平衡管道垂直于主管道。

更进一步，所述平衡管道通过设置在主管道上的连通孔与主管道连通，有两个所述连通孔分别位于最靠近主管道与平衡管道接缝的两侧位置；当平衡管道向上伸出时，连通孔的位置对应于平衡管道的最低位置。

更进一步，当平衡管道向上伸出时，在所述平衡管封头的顶端设有放气嘴；当平衡管道向下伸出时，在所述平衡管封头的顶端设有排液口。

本发明的有益效果是：简化了直通式波纹管补偿器的结构,降低了制造成本，提高了耐压能力；可有效降低刚度力，显著缩小补偿器的径向尺寸，外形结构有利于管线并排排列；没有流动阻力和噪音，

下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。

附图说明

图1是本发明结构图，平衡管道垂直向上伸出；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图1的B-B剖视图；

图4是通常的直通式波纹管补偿器结构图；

图5是平衡管道垂直向下伸出的本发明结构图。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图5，一种无阻力旁开式直管压力平衡波纹补偿器，包括两端与主管道1连接的工作波纹管2；主管道是传输流动介质的压力管道。工作波纹管的后端设有主传导法兰3，在主传导法兰上设有沿主管道轴线向前伸出的主拉杆9；在与工作波纹管前端连接的所述主管道上设有平衡管道4，所述平衡管道从主管道的一侧伸出主管道，在平衡管道上设有平衡波纹管5，所述平衡波纹管的一端通过平衡管道与主管道连通，平衡波纹管的另一端设有平衡传导法兰6，所述平衡传导法兰连接一个平衡管封头7；在平衡传导法兰上设有沿平衡管道轴线向主管道方向伸出的平衡拉杆8（包括图中的8a和8b），在平衡传导法兰相对主管道的两侧每侧至少设有一支平衡拉杆，所述主拉杆的数量与平衡拉杆的数量相同，每支主拉杆在主管道的圆周方向的位置对应于一支平衡拉杆；在主管道与平衡管道连接处的两侧设有拉杆转向装置，每支主拉杆和相对应的平衡拉杆通过一个所述拉杆转向装置连接；拉杆转向装置将拉力从平衡拉杆传递到主拉杆。

所述拉杆转向装置是三角形杠杆10（包括图中的10a和10b），所述三角形杠杆的转轴14（包括图中的14a和14b）设置在所述主管道与平衡管道连接处，三角形杠杆的两端分别设有与主拉杆连接的主杆销轴16和与平衡拉杆连接的平衡杆销轴15；平衡拉杆拉动三角形杠杆时，三角形杠杆拉动主拉杆；主拉杆拉动三角形杠杆时，三角形杠杆拉动平衡拉杆。

为了有效平衡主管道的盲板力，所述平衡管道的管径与主管道的管径相同，所述工作波纹管与平衡波纹管是相同规格的波纹管。

所述三角形杠杆转轴至主杆销轴的中心距L1等于三角形杠杆转轴至平衡杆销轴的中心距L2；主拉杆的轴线垂直于三角形杠杆转轴至主杆销轴中心的连线，平衡拉杆的轴线垂直于三角形杠杆转轴至平衡杆销轴中心的连线。

在所述平衡传导法兰相对主管道的两侧每侧设有两支平衡拉杆，四支平衡拉杆相对于主管道对称分布；在主传导法兰上设有四支主拉杆，每支主拉杆的位置对应于一支平衡拉杆；在主管道与平衡管道连接处的两侧每侧各设有两个三角形杠杆，每支主拉杆和相对应的平衡拉杆通过一个所述三角形杠杆连接。

两支远离所述工作波纹管的平衡拉杆8a分别通过一个内三角形杠杆10a连接一支靠近平衡波纹管的主拉杆，所述内三角形杠杆的转轴相对于平衡杆销轴向工作波纹管方向偏移，所述内三角形杠杆的转轴相对于主杆销轴向平衡波纹管方向偏移；

两支靠近工作波纹管的平衡拉杆8b分别通过一个外三角形杠杆10b连接一支远离平衡波纹管的主拉杆，所述外三角形杠杆的转轴相对于平衡杆销轴向工作波纹管的反方向偏移，所述外三角形杠杆的转轴相对于主杆销轴向平衡波纹管的反方向偏移；

在主拉杆上设有开槽，所述靠近工作波纹管的平衡拉杆穿过两支主拉杆上的所述开槽连接平衡传导法兰和外三角形杠杆。

作为一种较佳方案，所述平衡管道垂直于主管道。

所述平衡管道通过设置在主管道上的连通孔12与主管道连通，有两个所述连通孔分别位于最靠近主管道与平衡管道接缝的两侧位置；当平衡管道向上伸出时，连通孔的位置对应于平衡管道的最低位置。

主管道用于输送液体介质时，为了排放积存在平衡管道内的气体，当平衡管道向上伸出时，在所述平衡管封头的顶端设有放气嘴11，如图2所示。

主管道用于输送气体体介质时，为了排放积存在平衡管道内的液体（如冷凝水），当平衡管道向下伸出时，在所述平衡管封头的顶端设有排液口13，如图5所示。

实施例一：

如图1、图2、图3，一种无阻力旁开式直管压力平衡波纹补偿器，包括两端与主管道1连接的工作波纹管2。主管道是传输流动介质的压力管道，在主管道上设有平衡管道4。

工作波纹管的后端设有主传导法兰3，在主传导法兰上设有四支沿主管道轴线向前伸出的主拉杆9。四支主拉杆在水平方向对称分布在主管道两侧。主拉杆通过螺栓9-1与主传导法兰连接。

所述平衡管道设置在与工作波纹管前端连接的主管道上，平衡管道从主管道的一侧向上伸出主管道，并垂直于主管道，平衡管道通过设置在主管道上的连通孔12与主管道连通，有两个所述连通孔分别位于最靠近主管道与平衡管道接缝的两侧位置，使连通孔的位置对应于平衡管道的最低位置。连通孔不但可以将平衡管道与主管道连通，如主管道用于输送气体介质，还可以将平衡管道内的液体（如冷凝水）排入主管道，并由主管道设置的排液装置排出。

在平衡管道上设有平衡波纹管5，平衡波纹管是与工作波纹管相同规格的波纹管。所述平衡波纹管的下端通过平衡管道与主管道连通，平衡波纹管的上端设有平衡传导法兰6，所述平衡传导法兰连接一个平衡管封头7。

如主管道用于输送液体介质，可能会有少量气体析出并积存在平衡管道中，影响补偿器的正常工作和介质的输送；因此，在所述平衡管封头上设有放气嘴11。如主管道用于输送气体介质，则不需要设置所述放气嘴。

在平衡传导法兰上设有四支沿平衡管道轴线向主管道方向伸出的平衡拉杆8（包括图中的8a和8b），在平衡传导法兰相对主管道的两侧每侧设有两支平衡拉杆，四支平衡拉杆相对于主管道对称分布。每支主拉杆在主管道的圆周方向的位置对应于一支平衡拉杆。平衡拉杆通过螺栓8-1与平衡传导法兰连接。

在主管道与平衡管道连接处的两侧每侧各设有两个三角形杠杆10（包括图中的10a和10b），每支主拉杆和相对应的平衡拉杆通过一个所述三角形杠杆连接。三角形杠杆的转动平面同时平行于主管道轴线和平衡管道轴线。三角形杠杆的转轴14（包括图中的14a和14b）设置在所述主管道与平衡管道连接处，每个三角形杠杆的两端分别设有与主拉杆连接的主杆销轴16和与平衡拉杆连接的平衡杆销轴15。

述三角形杠杆转轴至主杆销轴的中心距L1等于三角形杠杆转轴至平衡杆销轴的中心距L2。当工作波纹管处于平衡工作状态时，主拉杆的轴线垂直于三角形杠杆转轴至主杆销轴中心的连线，平衡拉杆的轴线垂直于三角形杠杆转轴至平衡杆销轴中心的连线。三角形杠杆转动时，主杆销轴与平衡杆销轴在三角形杠杆上转动的行程相同，转动方向互相垂直。

两支远离所述工作波纹管的平衡拉杆8a分别通过一个内三角形杠杆10a连接一支靠近平衡波纹管的主拉杆，所述内三角形杠杆的转轴14a相对于平衡杆销轴15向工作波纹管方向偏移，所述内三角形杠杆的转轴14a相对于主杆销轴16向平衡波纹管方向偏移；

两支靠近工作波纹管的平衡拉杆8b分别通过一个外三角形杠杆10b连接一支远离平衡波纹管的主拉杆，所述外三角形杠杆的转轴14b相对于平衡杆销轴15向工作波纹管的反方向偏移，所述外三角形杠杆的转轴14b相对于主杆销轴16向平衡波纹管的反方向偏移。平衡拉杆拉动三角形杠杆时，三角形杠杆拉动主拉杆；主拉杆拉动三角形杠杆时，三角形杠杆拉动平衡拉杆。三角形杠杆将拉力从平衡拉杆传递到主拉杆。

本实施例中，内三角形杠杆10a的杠杆转轴安装在平衡管道上。为方便结构制造，在主管道与平衡管道的连接部位的下端设置有一段下接管17，外三角形杠杆10b的杠杆转轴安装在所述下接管上。

主拉杆的顶端通过轴套9-2与主杆销轴转动连接，在主拉杆上设有拉杆套管9-3，在所述拉杆套管上设有开槽9-4，开槽的长度S大于主拉杆的轴向位移量。靠近工作波纹管的平衡拉杆8b穿过两支主拉杆上的所述开槽连接平衡传导法兰和外三角形杠杆。如图3所示。

在下接管的底端设有通气孔18，防止下接管内形成封闭空间。

无阻力旁开式直管压力平衡波纹补偿器在使用中，工作波纹管的内压推力通过主传导法兰传递到主拉杆，再通过三角形杠杆改变方向经过平衡拉杆传到平衡传导法兰上，平衡波纹管的内压推力也在用在平衡传导法兰上，拉动平衡拉杆，从而达到平衡工作波纹管内压推力的目的。

三角形杠杆的杠杆转轴固定在管道上，三角形杠杆的主杆连接轴和平衡杆连接轴将主拉杆和平衡拉杆连接在一起，三角形杠杆可以绕杠杆转轴转动，达到传递力和位移的效果。

主拉杆和平衡拉杆与三角形杠杆结构件前后对称，每侧两套使主拉杆和平衡拉杆的作用力平衡且平稳。四个主拉杆上开有长槽形通孔，在主拉杆和平衡拉杆交叉处使得平衡拉杆穿过主拉杆，长槽形孔的长度依据补偿器的压缩量和拉伸量来确定，宽度以能穿过平衡拉杆并且能够自由移动为依据。

连通口一是用来联通介质，平衡压力；另一个是用来疏水，防止停用时积水。

在平衡管封头顶端的的放气嘴工作时处于封闭状态；产品或者管道试压时用来排气。

波纹管在设计时要求大小尺寸完全一致，由于两个波纹管是同样大小，内压力相等且相互抵消，所以对管道两端不产生推力作用。管道伸长或缩短时波纹管还可以自由缩短或伸长。

如图4所示，通常的直通式波纹管补偿器需要两个工作波纹管21和一个平衡波纹管22，且平衡波纹管的有效面积是工作波纹管有效面积的两倍，本发明的直管压力平衡波纹补偿器只需要一个工作波纹管和一个平衡波纹管，且工作波纹管与平衡波纹管的有效面积相同，减少了波纹管的使用数量和结构尺寸，波纹管是高制造成本的部件，因此本发明可显著降低制造成本。

本发明中采用的波纹管的管径不大于主管道的管径，不需要大尺寸的平衡波纹管，较小管径的波纹管具有较高的耐压能力。

本发明沿主管道方向上只设有一个管径不大于主管道的波纹管，可有效防止柱状失稳的发生。

本发明中，平衡管道可以向上或向下设置，可以减小管线水平并排设置的间距，有利于管线的排布，节省占用空间。

本发明的无阻力旁开式直管压力平衡波纹补偿器也可有效避免旁通式波纹管补偿器存在的流动阻力和噪音问题。

实施例二：

如图5，本实施例是实施例一的无阻力旁开式直管压力平衡波纹补偿器的一种结构变换，包括两端与主管道1连接的工作波纹管2。

与实施例一的结构不同在于，在主管道上设有向下伸出的平衡管道4。在平衡管道的顶端设有平衡管封头7。

如主管道用于输气液体介质，为了排放积存在平衡管道内的液体（如冷凝水），在所述平衡管封头的顶端设有排液口13，如图5所示。如主管道用于输送液体介质，所述排液口用于定期排污，或者当主管道停用时排放积液。

在主管道与平衡管道的连接部位的上端设置有一段上接管17a，在上接管的侧臂设有通气孔18，防止上接管内形成封闭空间。

Claims (9)

1.一种无阻力旁开式直管压力平衡波纹补偿器，包括两端与主管道连接的工作波纹管；其特征在于，工作波纹管的后端设有主传导法兰，在主传导法兰上设有沿主管道轴线向前伸出的主拉杆；在与工作波纹管前端连接的所述主管道上设有平衡管道，所述平衡管道从主管道的一侧伸出主管道，在平衡管道上设有平衡波纹管，所述平衡波纹管的一端通过平衡管道与主管道连通，平衡波纹管的另一端设有平衡传导法兰，所述平衡传导法兰连接一个平衡管封头；在平衡传导法兰上设有沿平衡管道轴线向主管道方向伸出的平衡拉杆，在平衡传导法兰相对主管道的两侧每侧至少设有一支平衡拉杆，所述主拉杆的数量与平衡拉杆的数量相同，每支主拉杆在主管道的圆周方向的位置对应于一支平衡拉杆；在主管道与平衡管道连接处的两侧设有拉杆转向装置，每支主拉杆和相对应的平衡拉杆通过一个所述拉杆转向装置连接；拉杆转向装置将拉力从平衡拉杆传递到主拉杆。

2.根据权利要求1所述的一种无阻力旁开式直管压力平衡波纹补偿器，其特征在于，所述拉杆转向装置是三角形杠杆，所述三角形杠杆的转轴设置在所述主管道与平衡管道连接处，三角形杠杆的两端分别设有与主拉杆连接的主杆销轴和与平衡拉杆连接的平衡杆销轴；平衡拉杆拉动三角形杠杆时，三角形杠杆拉动主拉杆；主拉杆拉动三角形杠杆时，三角形杠杆拉动平衡拉杆。

3.根据权利要求1所述的一种无阻力旁开式直管压力平衡波纹补偿器，其特征在于，所述平衡管道的管径与主管道的管径相同，所述工作波纹管与平衡波纹管是相同规格的波纹管。

4.根据权利要求2或3所述的一种无阻力旁开式直管压力平衡波纹补偿器，其特征在于，所述三角形杠杆转轴至主杆销轴的中心距等于三角形杠杆转轴至平衡杆销轴的中心距；主拉杆的轴线垂直于三角形杠杆转轴至主杆销轴中心的连线，平衡拉杆的轴线垂直于三角形杠杆转轴至平衡杆销轴中心的连线。

5.根据权利要求2所述的一种无阻力旁开式直管压力平衡波纹补偿器，其特征在于，在所述平衡传导法兰相对主管道的两侧每侧设有两支平衡拉杆，四支平衡拉杆相对于主管道对称分布；在主传导法兰上设有四支主拉杆，每支主拉杆的位置对应于一支平衡拉杆；在主管道与平衡管道连接处的两侧每侧各设有两个三角形杠杆，每支主拉杆和相对应的平衡拉杆通过一个所述三角形杠杆连接。

6.根据权利要求5所述的一种无阻力旁开式直管压力平衡波纹补偿器，其特征在于，两支远离所述工作波纹管的平衡拉杆分别通过一个内三角形杠杆连接一支靠近平衡波纹管的主拉杆，所述内三角形杠杆的转轴相对于平衡杆销轴向工作波纹管方向偏移，所述内三角形杠杆的转轴相对于主杆销轴向平衡波纹管方向偏移；

两支靠近工作波纹管的平衡拉杆分别通过一个外三角形杠杆连接一支远离平衡波纹管的主拉杆，所述外三角形杠杆的转轴相对于平衡杆销轴向工作波纹管的反方向偏移，所述外三角形杠杆的转轴相对于主杆销轴向平衡波纹管的反方向偏移；

在主拉杆上设有开槽，所述靠近工作波纹管的平衡拉杆穿过两支主拉杆上的所述开槽连接平衡传导法兰和外三角形杠杆。

7.根据权利要求1所述的一种无阻力旁开式直管压力平衡波纹补偿器，其特征在于，所述平衡管道垂直于主管道。

8.根据权利要求1所述的一种无阻力旁开式直管压力平衡波纹补偿器，其特征在于，所述平衡管道通过设置在主管道上的连通孔与主管道连通，有两个所述连通孔分别位于最靠近主管道与平衡管道接缝的两侧位置；当平衡管道向上伸出时，连通孔的位置对应于平衡管道的最低位置。

9.根据权利要求1所述的一种无阻力旁开式直管压力平衡波纹补偿器，其特征在于，当平衡管道向上伸出时，在所述平衡管封头的顶端设有放气嘴；当平衡管道向下伸出时，在所述平衡管封头的顶端设有排液口。