CN104879597A - 自定位锥面密封式旋转补偿器 - Google Patents

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孙守龙
刘德华
黄玉兵
张敏剑
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    • F16L51/00—Expansion-compensation arrangements for pipe-lines

Abstract

本发明公开了一种自定位锥面密封式旋转补偿器，它包括与内管同轴套合的密封座。所述密封座为变径管，压盖套装在内管外壁上，压盖有轴向边的一端插入密封座内孔中。密封座和压盖配置的法兰用螺栓连接成可调式轴封结构。所述密封座内腔设有内凸台肩，内管外壁一端也设有外凸台肩，两者套合组成自定位锥面密封结构。本发明通过内置整体结构的密封座和锥面密封结构，一方面从结构中消除了焊缝和焊接热影响区可能产生的质量隐患，有利于做到安全运行。另一方面通过锥面密封结构减轻常规轴封结构的负担，在双重密封结构的作用下，使得旋转补偿器的密封性能显著提高，高可靠的密封结构可以做到旋转补偿器在线30年服役期内免维护目的。

Description

自定位锥面密封式旋转补偿器
技术领域
本发明涉及一种管道安全装置，具体地讲，本发明涉及一种用于吸收热力管道轴向推力和补偿位移的旋转补偿器。
背景技术
输送蒸汽的热力管道因内置介质温度高、压力大，故比常规工业管网产生的热变形及盲板推力大许多。从事热工的专业人员皆知，热力管道运行时产生的盲板推力有很强的破坏性，按照安全规程在热力管道相关节点处配置管道补偿装置和支架，以吸收或补偿热变形。现有技术条件下输送蒸汽的热力管道可配置管道补偿装置有多种结构型式，近几年市场销售业绩佐证综合性能最好的是旋转补偿器。旋转补偿器显明的结构特征是进出口管道为等径直通管，管壁厚按承压等级无障碍设定，两端管道可相对旋转，最重要的是可以根据热力管道走向配对组合成节联结构。旋转式节联结构比其它结构补偿器的自由度大、补偿量更大、位移更灵活。鉴于上述结构优点，旋转补偿器才在输送蒸汽的热力管道中得到大量应用。当今市售商品旋转补偿器尽管品牌不同、规格不等，但基本结构相同，都不同程度地满足热力管道的配套要求。可是，现有技术的旋转补偿器在应用中也暴露出两方面不足，一是传输介质温度大于150℃和设计压力大于6MPa时密封性能显著下降；二是通过焊接成形的密封座可能存在疵点，在高温高压工况下运行时存在安全隐患。中国专利号：ZL 02258709.8和ZL98227061.5公开的旋转补偿器，是现有技术中最具有代表性的产品，它在旋转结构中仅设一只轴密封结构，以及为了改善内管相对密封座的旋转灵活性，在内管与密封座结合处加设滚珠，利用滚珠的滚动来减小旋转阻力。事实上，该结构中的滚珠径向不可调节，滚珠与配合面磨损后便无法修复、补偿，直至失效。另外，内管与密封座的径向配合间隙较大，旋转时因位置不同使各部受力不等，易造成内管与密封座不同轴旋转，同时也使滚珠不均匀地接触配合面。持续不均匀的磨损必然恶化密封副，其结果是旋转补偿器的密封性能下降。中国专利号ZL200610041301.4公开的管道用耐高压旋转补偿器，它在现有单一轴封结构的基础上增加了端面密封结构，利用双密封结构提高旋转补偿器密封性能。该技术方案记载的端面密封结构特征“在密封座和内管之间形成有一个密封腔，密封腔中安装有端面密封件”。此技术方案虽然比前两项现有技术的密封结构上有了很大进步，但仍然属填料密封范筹，芯管与密封座间隙配合，不同轴旋转使得填料磨耗多，造成密封性能下降，不能满足在线运行30年免维护要求。另一方面制造商考虑到旋转补偿器在高温高压工况下运行，通常选用高强度合金钢制造内管和密封座。因密封座设有径向展开的法兰，其径向尺寸较大，显然不适合用棒料车削成形，目前本行业普遍采用焊接工艺生产密封座。焊接成形的密封座必然存在焊缝及热影响区，因高强度合金钢的可焊性相对较差，焊接工艺要求高，普通焊工无资质施焊承载高温高压的旋转补偿器密封座，制造商若不按规章制造，密封座的焊缝中易存在安全隐患。
发明内容
本发明主要针对现有技术的密封结构不能持久保持密封状态和密封座中有焊缝的不足，提出一种定位准确、密封可靠、旋转灵活，且密封座中无焊缝的自定位锥面密封式旋转补偿器。
本发明通过下述技术方案实现技术目标。
自定位锥面密封式旋转补偿器，它包括与内管同轴套合的密封座。所述密封座为一节口径不等的变径管，内孔中段设有限制内管轴向位移的内凸台肩，有法兰的一端内孔是供安置填料的内凹止口，另一端缩小的管口与内管口径相等。所述压盖套装在内管外壁上，压盖有轴向边的一端插入密封座有法兰一端的内孔中，密封座和压盖配置的法兰直径相等，在同一圆周上均布配对的通孔，螺栓贯穿通孔作连接，调节螺栓松紧构成压盖相对密封座移动的可调式轴封结构。其改进之处在于：所述密封座内腔中内凸台肩和内管外凸台肩相结合面为尺寸相同、方向相反的圆锥体，内管外凸台肩的圆锥体中段设有用于嵌装减磨材料的环形凹槽，减磨材料介于密封座和内管配对的圆锥体之中，构成对锥面密封的减磨结构。
上述结构中，密封座内腔中外凸台肩和内管外凸台肩相对面为圆锥角600～900的圆锥体。
上述结构中，减磨材料的材质是柔性石墨。
上述结构中，内管的外壁镀一层Cr，镀层厚0.020～0.040mm。
上述结构中，密封座为整体式的管件，结构中无焊缝。
本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：
1、密封座与内管相配合的端面是硬质锥面密封结构，该密封结构简单、制作容易；
2、锥面密封结构是一种相同锥度的锥度轴与锥度孔相配合结构，具有定心和自我补偿作用，密封副在稳定的环境下旋转，做到结合面无差别磨损，使得锥面密封结构具有免维护功能，再加上内管与密封座之间设有常规轴密封，此种锥面密封结构紧凑、合理，密封效果好，能够长期保持完好密封性能；
3、内管大端面处在密封座内腔之中，允许轴向窜动的内管可随介质压力产生的盲板推力而位移，盲板推力助内管与密封座的锥面贴合，贴合程度与承受的盲板推力成正比关系，此结构有助于提高锥面密封结构的可靠性；
4、密封座为整体式，结构中无焊缝，所以承压能力强，安全性好。
附图说明
图1是本发明结构剖面示意图。
图2是图1中A 处局部结构放大示意图。
具体实施方式
下面根据附图并结合实施例，对本发明作进一步说明。
图1所示的自定位锥面密封式旋转补偿器，它包括与内管1同轴套合的密封座6。所述密封座6为一节口径不等的变径管，坯件密封座6用模具压制成形，因结构中无焊缝，既不存在焊接热影响区的影响，也没有焊缝缺陷带来安全隐患。内管6中段设有内凸台肩，此内凸台肩一面用于限制内管1向右轴向位移兼锥面密封结构，另一面形成密封座6有法兰一端内孔的内凹止口，该内凹止口作为安置填料4的专用腔体。密封座6无法兰一端渐缩小管口是内管1插入密封座6之后经旋压成形的，该管口公称口径DN与内管1公称口径DN相等。所述压盖2直接套装在内管1外壁上，压盖2有轴向边的一端插入密封座6有法兰一端的内凹止口中，密封座6和压盖2配置的法兰直径相等，在同一圆周上均布配对的通孔，配套的螺栓3贯穿通孔作两者的连接，调节螺栓3松紧构成压盖2相对密封座6移动的可调式轴封结构。本发明用于输送蒸汽的热力管道，因介质温度高、压力大，除配置上述常规轴密封结构外，还增设锥面密封结构，以此来进一步强化密封座6与内管结合处的密封性能。锥面密封结构由密封座6内腔中内凸台肩与内管1外凸台肩的结合面组成，两者的结合面为尺寸相同、方向相反的圆锥体。锥面密封结构具有自定心和磨损后自我补偿作用，密封副在稳定的环境下旋转，做到结合面无差别磨损，使得锥面密封结构具有免维护功能。本发明中内管1与密封座6之间既设有常规的轴密封，又设有锥面密封，此种锥面密封结构合理、技术先进、密封效果好，能够长期保持完好的密封性能。本发明中因内管1大端面处在密封座6内腔之中，允许轴向窜动的内管1可以随介质压力产生的盲板推力成正比关系向右靠实，此结构有利于随介质压力增加来提高锥面密封的可靠性。
本实施例应用于设计温度为到500℃、设计压力为10MPa的蒸汽热力管道中，其公称口径DN=700mm。针对上述工况条件，本实施例密封座6内腔中内凸台肩和内管1外凸台肩是圆锥角900的圆锥体，并且在内管1外凸台的圆锥体中段设有如图2所示的环形凹槽，在环形凹槽中嵌装的减磨材料5材质为柔性石墨。旋转补偿的共有技术特征是内管1可相对于密封座6旋转，利用旋转来实现配套管道的补偿和吸收热变形。内管1是旋转补偿器中最薄壁的旋转部件，为了提高内管1耐磨性能，长期保持完好的密封性能，本实施例在内管1外壁上镀一层厚0.020mm的Cr，以减少磨损量，为配套的旋转补偿器在线无故障运行提供必要的保障。
本发明通过内置整体式的密封座6和锥面密封结构，一方面从结构中消除了焊缝和焊接热影响区的质量隐患，有利于做到安全运行，另一方面通过锥面密封减轻常规轴密封结构负担，在双重密封结构的作用下，使得旋转补偿器的密封性能显著提高，高可靠的密封结构可以达到旋转补偿器在线30年服役期内免维护目的。
上述实施例仅是本发明优选例之一，并非对本发明要求保护范围的限定，只要在旋转补偿器中应用整体式密封座6和锥面密封结构的技术方案，均落入本发明权利要求书要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种自定位锥面密封式旋转补偿器，它包括与内管（1）同轴套合的密封座（6）；所述密封座（6）为一节口径不等的变径管，内孔中段设有内凸台肩，有法兰的一端内孔是供安置填料（4）的内凹止口，另一端缩小的管口与内管（1）口径相等；所述压盖（2）套装在内管（1）外壁上，压盖（2）有轴向边的一端插入密封座（6）有法兰一端的内孔中，密封座（6）和压盖（2）配置的法兰直径相等，在同一圆周上均布配对的通孔，螺栓（3）贯穿通孔作连接，调节螺栓（3）松紧构成压盖（2）相对密封座（6）移动的可调式轴封结构；其特征在于：所述密封座（6）内腔中内凸台肩和内管（1）外凸台肩相结合面为尺寸相同、方向相反的圆锥体，内管（1）外凸台肩的圆锥体中段设有用于嵌装减磨材料（5）的环形凹槽，减磨材料（5）介于密封座（6）和内管（1）配对的圆锥体之中，构成对锥面密封的减磨结构。
2.根据权利要求1所述的自定位锥面密封式旋转补偿器，其特征在于：所述密封座（6）内腔中内凸台肩和内管（1）外凸台肩相结合面为圆锥角600～900的圆锥体。
3.根据权利要求1所述的自定位锥面密封式旋转补偿器，其特征在于：所述减磨材料（5）的材质是柔性石墨。
4.根据权利要求1所述的自定位锥面密封式旋转补偿器，其特征在于：所述内管（1）的外壁镀一层Cr，镀层厚0.020～0.040mm。
5.根据权利要求1所述的自定位锥面密封式旋转补偿器，其特征在于：所述密封座（6）为整体式管件，结构中无焊缝。
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