CN104848003B - 一种真空管结构及采用该真空管结构的低温管道 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空管结构及采用该真空管结构的低温管道，该真空管结构中，通过设置特定形式的内管与波纹补偿器结构特点，使得真空管结构中波纹补偿器能够发挥良好的内管轴向上的变形补偿、保持真空管良好的绝热性能、还使得流体能够由本结构中平稳流过和使得真空管具有良好的使用寿命和安全性能，本发明公开的低温管道采用以上真空管结构，并在相邻的真空管结构之间设置特定形式的管道连接件，该管道连接件中通过在第二波纹补偿器中设置导流筒，使得该管道连接件同样具有优异的使用寿命，有利于从整体上增加低温管道的使用年限、安全系数和降低故障率。

Description

一种真空管结构及采用该真空管结构的低温管道

技术领域

本发明涉及低温流体输送管道领域，特别是涉及一种真空管结构及采用该真空管结构的低温管道。

背景技术

真空管由内管、外管、波纹补偿器、多层绝热材料、外管防爆装置组成，内管与外管之间形成夹层，夹层内复合有多层绝热材料，以减少辐射传热；并将夹层抽成高真空状态，以降低对流传热；内外管之间用低导热系数材料隔离，以减少固体传热，从而把内管冷量损失控制到最低限度，充分满足低温液体（LOX、LIN、LAr、LNG）等长距离输送。

真空管主要材料为不锈钢（S30408），在零下－196℃的低温下会产生3‰的收缩，设计时会根据管段长度来设置补偿器，补偿内管在低温下的收缩量。因此补偿器本身比较薄，在真空管收缩的情况下实现拉伸补偿。传统真空管的补偿器直接和内管焊接（如图1所示）。当液体高速通过管道时会对管道内壁和补偿器产生摩擦、碰撞，加上本身在焊接过程中对真空管材质的热影响，补偿器会因为长期的摩擦而损坏，导致真空失效，特别容易发生在连接的焊点位置。随后低温液体还会进入到夹层，受热迅速膨胀，最后从抽空防爆口喷出。如果管内介质是惰性气体，会使得周边的人窒息；如果管内是可燃易爆气体这容易发生燃烧和爆炸等险情。

发明内容

针对上述现有技术中传统的真空管在使用过程中，当液体高速通过管道时会对管道内壁和补偿器产生摩擦、碰撞，加上本身在焊接过程中对真空管材质的热影响，补偿器会因为长期的摩擦而损坏，以上损坏导致泄露的流体迅速膨胀，后续可能产生各种险情的问题，本发明提供了一种真空管结构及采用该真空管结构的低温管道。

针对上述问题，本发明提供的一种真空管结构及采用该真空管结构的低温管道通过以下技术要点来达到目的：一种真空管结构及采用该真空管结构的低温管道，包括外管和穿设于外管中的内管，外管的两端还分别设置有第一盲板法兰和第二盲板法兰，所述第一盲板法兰和第二盲板法兰上均设置有用于内管穿过的通孔，还包括波纹补偿器，所述波纹补偿器套设于内管外，且波纹补偿器位于外管中，所述第一盲板法兰与内管的外壁固定连接，波纹补偿器靠近第一盲板法兰的一端与内管的外壁固定连接，波纹补偿器的另一端固定连接在第二盲板法兰上。

具体的，设置的内管作为冷流体的流道，外管与内管之间的空间用于设置隔热层和波纹补偿器，以上结构中，由于波纹补偿器不再作为两段内管的连接段，这样的内管即为同等壁厚的无缝管，消除了现有真空管存在的液体通过内管时，内管与波纹补偿器连接点处存在的摩擦、碰撞等情况，特别是在流体高速流动时，本发明提供的结构任然能够使得流体平稳通过；在流体流经内管内管发生收缩变形时，由于内管与第一盲板法兰固定连接，波纹补偿器的两端分别固定于内管和第二盲板法兰上，波纹补偿器任然能够弹性变形补偿内管的收缩，避免内管和外管的连接失效而影响两者之间夹层的真空状态；本结构中，便于采用传统实施方便且密封可靠的焊接连接固定方式，用于固定波纹补偿器与内管和第二盲板法兰、第一盲板法兰和外管，以实现夹层绝佳的真空度保持，以上焊接连接的熔池由于位于内管的外壁，故焊接连接对内管材料的热影响小，保证了内管材料性能和内管内壁的平整性，进一步的延长了内管的使用寿命。

更进一步的技术方案为：

为保持内管相对于外管位置的稳定性、减小内管与第一盲板法兰连接点，波纹补偿器与内管和第二盲板法兰连接点在流体流动过程中的受力大小，以利于本结构的使用寿命，波纹补偿器靠近第二盲板法兰的一端与内管的间隙之间还设置有滑套。以上滑套可采用如滑动轴承、轴瓦等形式。

作为一种取材方便、具有一定柔性以适应流体流动带来的震动、具有良好自润滑性能的滑套材料，所述滑套为聚四氟乙烯套环。

为减小滑套与内管之间接触面上的压强大小，通过将滑套与内管的接触面设置得较长的结构形式，设置为所述滑套的长度不小于5cm。

为利于保持波纹补偿器与内管的同轴度，利于波纹补偿器变形的均匀性以利于波纹补偿器的寿命，还包括长度不小于2cm的过渡环，所述过渡环固定在波纹补偿器靠近第一盲板法兰的一端，且过渡环与波纹补偿器两者的轴线共线，波纹补偿器通过过渡环与内管固定连接。作为一种实现方式，设置为过渡环与内管间隙配合，间隙不超过0.2mm，且两者焊接连接的结构形式。

为便于滑套相对于波纹补偿器位置的固定，所述波纹补偿器靠近第二盲板法兰的一端的内孔内还设置有卡簧，所述滑套通过卡簧限定其与波纹补偿器的相对位置。以上卡簧为孔用弹性挡圈，可设置为卡簧为两个，滑套固定于两个卡簧之间，或通过将波纹补偿器的内孔设置为台阶孔，通过一个卡簧将滑套固定于台阶孔中的结构形式加以实现。

同时，本发明还提供了一种低温管道，该低温管道由以上至少两个任意的真空管结构串联而成，且相邻的两个真空管结构的内管通过管道连接件相连，所述管道连接件包括第二波纹补偿器，还包括外径不大于第二波纹补偿器的内孔内径和相邻真空管结构的内管内径的导流筒，所述导流筒的一端固定在第二波纹补偿器的内孔内壁面上或任意一个相邻的真空管结构的内管内壁上，所述导流筒的另一端为自由端，且第二波纹补偿器的波纹补偿段位于导流筒的两端之间。

低温管道的结构中，由于其由以上真空管结构串联而成，故单个真空管结构均具有较长的使用寿命，同时对相邻真空管结构之间管道连接件的进一步限定，该管道连接件的结构特点中，设置的导流筒作为第二波纹补偿器波纹补偿段的流体流通通道，使得流体介质可部分或全部由该流体流通通道中流过第二波纹补偿器的波纹补偿段，该波纹补偿段即为第二波纹补偿器上用于变形补偿的波纹段，这样，导流筒可有效减小或杜绝流体对第二波纹补偿器中波纹补偿段的冲刷摩擦和发生在该波纹补偿段的流体流动搅动，而以上导流筒的一端为自由端的结构形式并不影响该波纹补偿段在管线轴向上的变形补偿，使得本结构在不影响变形补偿效果的前提下，达到延长第二波纹补偿器寿命的目的。故采用本结构形式的低温管道相较于现有低温管道，也具有优异的长使用寿命特性。

该低温管道更进一步的结构特征为：

为利于流体在低温管道中流动的均匀性，利于减小管道的震动和均匀第二波纹补偿器各点的受力，所述导流筒的轴线与第二波纹补偿器的轴线共线。

作为一种便于实现法兰连接相邻真空管结构的结构形式，和便于将第二波纹补偿器与导流筒设置为一个整体的结构形式，使得第二波纹补偿器与导流筒作为一个整体结构的管道连接件，以利于使用者的安装和更换，所述第二波纹补偿器两端用于分别与两端真空管结构连接的连接结构均为补偿器法兰，所述导流筒的任意一端固定于任意一个补偿器法兰的中心孔内壁面上，导流筒的另一端位于另一个补偿器法兰的两端之间。

为使得导流筒外侧与第二波纹补偿器的内孔能够实现良好的密封，以减小流体对第二波纹补偿器波纹补偿段的作用，和利于保持导流筒与第二波纹补偿器的同心度，以利于流体在流动过程中的平稳性，利于减小管线震动，所述导流筒的固定端设置有圆形喇叭口，所述圆形喇叭口的外径与补偿器法兰的中心孔内径相等，导流筒其余部分的外径小于第二波纹补偿器的内孔内径；所述圆形喇叭口与对应补偿器法兰通过环焊缝焊接连接。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的真空管结构中，设置的内管作为冷流体的流道，外管与内管之间的空间用于设置隔热层和波纹补偿器，以上结构中，由于波纹补偿器不再作为两段内管的连接段，这样的内管即为同等壁厚的无缝管，消除了现有真空管存在的液体通过内管时，内管与波纹补偿器连接点处存在的摩擦、碰撞等情况，特别是在流体高速流动时，该真空管结构任然能够使得流体平稳通过；在流体流经内管内管发生收缩变形时，由于内管与第一盲板法兰固定连接，波纹补偿器的两端分别固定于内管和第二盲板法兰上，波纹补偿器任然能够弹性变形补偿内管的收缩，避免内管和外管的连接失效而影响两者之间夹层的真空状态；本结构中，便于采用传统实施方便且密封可靠的焊接连接固定方式，用于固定波纹补偿器与内管和第二盲板法兰、第一盲板法兰和外管，以实现夹层绝佳的真空度保持，以上焊接连接的熔池由于位于内管的外壁，故焊接连接对内管材料的热影响小，保证了内管材料性能和内管内壁的平整性，进一步的延长了内管的使用寿命。

即本真空管结构不仅使得真空管结构中波纹补偿器能够发挥良好的内管轴向上的变形补偿、保持真空管良好的绝热性能、还使得流体能够由本结构中平稳流过和使得真空管具有良好的使用寿命和安全性能。

本发明提供的低温管道中，不仅继承了以上真空管结构的优异性能，同时通过对相邻真空管结构之间管道连接件的进一步限定，该管道连接件的结构特点中，设置的导流筒作为第二波纹补偿器波纹补偿段的流体流通通道，使得流体介质可部分或全部由该流体流通通道中流过第二波纹补偿器的波纹补偿段，该波纹补偿段即为第二波纹补偿器上用于变形补偿的波纹段，这样，导流筒可有效减小或杜绝流体对第二波纹补偿器中波纹补偿段的冲刷摩擦和发生在该波纹补偿段的流体流动搅动，而以上导流筒的一端为自由端的结构形式并不影响该波纹补偿段在管线轴向上的变形补偿，使得本结构在不影响变形补偿效果的前提下，达到延长第二波纹补偿器寿命的目的。故采用本结构形式的低温管道相较于现有低温管道，也具有优异的长使用寿命特性。

附图说明

图1是现有技术中真空管的结构示意图；

图2是本发明所述的一种真空管结构一个具体实施例的结构示意图；

图3是本发明所述的一种低温管道一个具体实施例的结构示意图。

图中的编号依次为：1、内管，2、第一盲板法兰，3、外管，4、过渡环，5、波纹补偿器，6、第二盲板法兰，7、滑套，8、卡簧，9、补偿器法兰，10、第二波纹补偿器，11、内管法兰，12、导流筒。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明的结构不仅限于以下实施例。

实施例1：

如图2，一种真空管结构，包括外管3和穿设于外管3中的内管1，外管3的两端还分别设置有第一盲板法兰2和第二盲板法兰6，所述第一盲板法兰2和第二盲板法兰6上均设置有用于内管1穿过的通孔，还包括波纹补偿器5，所述波纹补偿器5套设于内管1外，且波纹补偿器5位于外管3中，所述第一盲板法兰2与内管1的外壁固定连接，波纹补偿器5靠近第一盲板法兰2的一端与内管1的外壁固定连接，波纹补偿器5的另一端固定连接在第二盲板法兰6上。

本实施例中，设置的内管1作为冷流体的流道，外管3与内管1之间的空间用于设置隔热层和波纹补偿器5，以上结构中，由于波纹补偿器5不再作为两段内管1的连接段，这样的内管1即为同等壁厚的无缝管，消除了现有真空管存在的液体通过内管1时，内管1与波纹补偿器5连接点处存在的摩擦、碰撞等情况，特别是在流体高速流动时，本发明提供的结构任然能够使得流体平稳通过；在流体流经内管1时内管1发生收缩变形，由于内管1与第一盲板法兰2固定连接，波纹补偿器5的两端分别固定于内管1和第二盲板法兰6上，波纹补偿器5任然能够弹性变形补偿内管1的收缩，避免内管1和外管3的连接失效而影响两者之间夹层的真空状态；本结构中，便于采用传统实施方便且密封可靠的焊接连接固定方式，用于固定波纹补偿器5与内管1和第二盲板法兰6、第一盲板法兰2和外管3，以实现夹层绝佳的真空度保持，以上焊接连接的熔池由于位于内管1的外壁，故焊接连接对内管1材料的热影响小，保证了内管1材料性能和内管1内壁的平整性，进一步的延长了内管1的使用寿命。

实施例2：

如图2，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：为保持内管1相对于外管3位置的稳定性、减小内管1与第一盲板法兰2连接点，波纹补偿器5与内管1和第二盲板法兰6连接点在流体流动过程中的受力大小，以利于本结构的使用寿命，波纹补偿器5靠近第二盲板法兰6的一端与内管1的间隙之间还设置有滑套7。以上滑套7可采用如滑动轴承、轴瓦等形式。

作为一种取材方便、具有一定柔性以适应流体流动带来的震动、具有良好自润滑性能的滑套7材料，所述滑套7为聚四氟乙烯套环。

为减小滑套7与内管1之间接触面上的压强大小，通过将滑套7与内管1的接触面设置得较长的结构形式，设置为所述滑套7的长度不小于5cm。

实施例3：

如图2，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：为利于保持波纹补偿器5与内管1的同轴度，利于波纹补偿器5变形的均匀性以利于波纹补偿器5的寿命，还包括长度不小于2cm的过渡环4，所述过渡环4固定在波纹补偿器5靠近第一盲板法兰2的一端，且过渡环4与波纹补偿器5两者的轴线共线，波纹补偿器5通过过渡环4与内管1固定连接。作为一种实现方式，设置为过渡环4与内管1间隙配合，间隙不超过0.2mm，且两者焊接连接的结构形式。

为便于滑套7相对于波纹补偿器5位置的固定，所述波纹补偿器5靠近第二盲板法兰6的一端的内孔内还设置有卡簧8，所述滑套7通过卡簧8限定其与波纹补偿器5的相对位置。以上卡簧8为孔用弹性挡圈，可设置为卡簧8为两个，滑套7固定于两个卡簧8之间，或通过将波纹补偿器5的内孔设置为台阶孔，通过一个卡簧8将滑套7固定于台阶孔中的结构形式加以实现。

实施例4：

本实施例提供了一种采用以上任意一个实施例中真空管结构的低温管道，如图3，该低温管道由以上至少两个任意的真空管结构串联而成，且相邻的两个真空管结构的内管1通过管道连接件相连，所述管道连接件包括第二波纹补偿器10，还包括外径不大于第二波纹补偿器10的内孔内径和相邻真空管结构的内管1内径的导流筒12，所述导流筒12的一端固定在第二波纹补偿器10的内孔内壁面上或任意一个相邻的真空管结构的内管1内壁上，所述导流筒12的另一端为自由端，且第二波纹补偿器10的波纹补偿段位于导流筒12的两端之间。

低温管道的结构中，由于其由以上真空管结构串联而成，故单个真空管结构均具有较长的使用寿命，同时对相邻真空管结构之间管道连接件的进一步限定，该管道连接件的结构特点中，设置的导流筒12作为第二波纹补偿器10波纹补偿段的流体流通通道，使得流体介质可部分或全部由该流体流通通道中流过第二波纹补偿器10的波纹补偿段，该波纹补偿段即为第二波纹补偿器10上用于变形补偿的波纹段，这样，导流筒12可有效减小或杜绝流体对第二波纹补偿器10中波纹补偿段的冲刷摩擦和发生在该波纹补偿段的流体流动搅动，而以上导流筒12的一端为自由端的结构形式并不影响该波纹补偿段在管线轴向上的变形补偿，使得本结构在不影响变形补偿效果的前提下，达到延长第二波纹补偿器10寿命的目的。故采用本结构形式的低温管道相较于现有低温管道，也具有优异的长使用寿命特性。

实施例5：

本实施例在实施例4的基础上作进一步限定，如图3，为利于流体在低温管道中流动的均匀性，利于减小管道的震动和均匀第二波纹补偿器10各点的受力，所述导流筒12的轴线与第二波纹补偿器10的轴线共线。

作为一种便于实现法兰连接相邻真空管结构的结构形式，和便于将第二波纹补偿器10与导流筒12设置为一个整体的结构形式，使得第二波纹补偿器10与导流筒12作为一个整体结构的管道连接件，以利于使用者的安装和更换，所述第二波纹补偿器10两端用于分别与两端真空管结构连接的连接结构均为补偿器法兰9，所述导流筒12的任意一端固定于任意一个补偿器法兰9的中心孔内壁面上，导流筒12的另一端位于另一个补偿器法兰9的两端之间。本实施例中，在管道连接件两端的真空管结构的内管1上均设置内管法兰11，即通过对应的内管法兰11与补偿器法兰9螺栓连接的结构形式，实现真空管结构与管道连接件的固定连接。

为使得导流筒12外侧与第二波纹补偿器10的内孔能够实现良好的密封，以减小流体对第二波纹补偿器10波纹补偿段的作用，和利于保持导流筒12与第二波纹补偿器10的同心度，以利于流体在流动过程中的平稳性，利于减小管线震动，所述导流筒12的固定端设置有圆形喇叭口，所述圆形喇叭口的外径与补偿器法兰9的中心孔内径相等，导流筒12其余部分的外径小于第二波纹补偿器10的内孔内径；所述圆形喇叭口与对应补偿器法兰9通过环焊缝焊接连接。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种真空管结构，包括外管（3）和穿设于外管（3）中的内管（1），外管（3）的两端还分别设置有第一盲板法兰（2）和第二盲板法兰（6），所述第一盲板法兰（2）和第二盲板法兰（6）上均设置有用于内管（1）穿过的通孔，其特征在于，还包括波纹补偿器（5），所述波纹补偿器（5）套设于内管（1）外，且波纹补偿器（5）位于外管（3）中，所述第一盲板法兰（2）与内管（1）的外壁固定连接，波纹补偿器（5）靠近第一盲板法兰（2）的一端与内管（1）的外壁固定连接，波纹补偿器（5）的另一端固定连接在第二盲板法兰（6）上；所述波纹补偿器（5）与内管（1）及第二盲板法兰（6）均焊接连接，所述第一盲板法兰（2）与外管（3）焊接连接。

2.根据权利要求1所述的一种真空管结构，其特征在于，波纹补偿器（5）靠近第二盲板法兰（6）的一端与内管（1）的间隙之间还设置有滑套（7）。

3.根据权利要求2所述的一种真空管结构，其特征在于，所述滑套（7）为聚四氟乙烯套环。

4.根据权利要求2所述的一种真空管结构，其特征在于，所述波纹补偿器（5）靠近第二盲板法兰（6）的一端的内孔内还设置有卡簧（8），所述滑套（7）通过卡簧（8）限定其与波纹补偿器（5）的相对位置。

5.根据权利要求2至4中任意一个所述的一种真空管结构，其特征在于，所述滑套（7）的长度不小于5cm。

6.根据权利要求1所述的一种真空管结构，其特征在于，还包括长度不小于2cm的过渡环（4），所述过渡环（4）固定在波纹补偿器（5）靠近第一盲板法兰（2）的一端，且过渡环（4）与波纹补偿器（5）两者的轴线共线，波纹补偿器（5）通过过渡环（4）与内管（1）固定连接。

7.一种低温管道，其特征在于，该低温管道由至少两个如权利要求1至6中任意一个所述的一种真空管结构串联而成，且相邻的两个真空管结构的内管（1）通过管道连接件相连，所述管道连接件包括第二波纹补偿器（10），还包括外径不大于第二波纹补偿器（10）的内孔内径和相邻真空管结构的内管（1）内径的导流筒（12），所述导流筒（12）的一端固定在第二波纹补偿器（10）的内孔内壁面上或任意一个相邻的真空管结构的内管（1）内壁上，所述导流筒（12）的另一端为自由端，且第二波纹补偿器（10）的波纹补偿段位于导流筒（12）的两端之间。

8.根据权利要求7所述的一种低温管道，其特征在于，所述导流筒（12）的轴线与第二波纹补偿器（10）的轴线共线。

9.根据权利要求7所述的一种低温管道，其特征在于，所述第二波纹补偿器（10）两端用于分别与两端真空管结构连接的连接结构均为补偿器法兰（9），所述导流筒（12）的任意一端固定于任意一个补偿器法兰（9）的中心孔内壁面上，导流筒（12）的另一端位于另一个补偿器法兰（9）的两端之间。

10.根据权利要求9所述的一种低温管道，其特征在于，所述导流筒（12）的固定端设置有圆形喇叭口，所述圆形喇叭口的外径与补偿器法兰（9）的中心孔内径相等，导流筒（12）其余部分的外径小于第二波纹补偿器（10）的内孔内径；所述圆形喇叭口与对应补偿器法兰（9）通过环焊缝焊接连接。