CN109707945A - 一种耐高温高压补偿器 - Google Patents
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Abstract
一种耐高温高压补偿器，包括套设在芯管外侧的外管，外管与芯管之间设有环形通道，补偿器还包括压盖、挡环、环型凸台、固定件、充气型金属O形密封圈、填充有陶瓷纤维的C形金属密封圈和金属丝网防尘密封圈，采用基于管道轴向型补偿器的运动特点和工作条件，首次采用耐高温的充气型O形密封圈与内部填充陶瓷纤维C形金属密封圈组合密封结构，加上防尘结构对密封界面的保护，替代传统的填料密封和非金属密封圈组合密封，不仅克服了传统补偿器的老化与需要定期维护难题，使用寿命长、可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及补偿器，具体说的是一种耐高温高压补偿器。
背景技术
管道补偿的目的是降低管道温度应力，保证管道安全。管道补偿用的补偿器主要有套筒补偿器和金属波纹管膨胀节两种，其中套筒补偿器是最传统的管道补偿器。套筒补偿器一般采用填料密封，一侧端管设计为带填料函，另一侧端管为芯管，通过压盖将填料在填料函中压实。工作时，芯管在填料函中滑动实现补偿。以盘根为密封材料的第一代套筒式补偿器在使用过程中由于密封层摩损而发生泄漏，存在必须停止使用更换填料的致命缺点，给管路的维护增加了很大的工作量。第二代套筒补偿器在第一代的基础上增加了可注入式填料装置，密封剂从注料口靠压力注入，并可在管网运行状态下补注，进行不停产维护。多年的使用表明，第二代套筒补偿器的密封性能有一定的改观，维护工作量有一定的减少，但是仍然存在需要经常维护的问题。第三代采用填料和密封圈结合的密封结构，补偿器密封效果得到提高，但由于现有的密封圈不耐高温，总体结构以填料为主，一直以来套筒补偿器的重要应用领域是城镇供热的热水管道，未能在350℃以上的高温管道上得以应用。
高温管道现有技术多采用金属波纹管膨胀节，用来补偿管道热膨胀，由于金属波纹管为薄壁结构，对使用的工作条件较为敏感，波纹管容易发生破裂失效，引起人们对安全的担忧。随着我国石油化工炼化一体化的发展，高温、高压化工装置以及连接这些化工装置的高温、高压管道数量逐步增加，急需发明一种新的补偿器，替代现有的套筒和金属波纹管膨胀节，保证高温高压管道补偿安全。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种耐高温高压补偿器，用于高温管道的组合密封结构的轴向补偿，满足高温、高压管道补偿安全，提高高温管网运行的可靠性。
为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种耐高温高压补偿器，包括套设在芯管外侧的外管，外管与芯管之间设有环形通道，补偿器还包括压盖、挡环、环型凸台、固定件、充气型金属O形密封圈、填充有陶瓷纤维的C形金属密封圈和金属丝网防尘密封圈，压盖套设在芯管的外侧并通过固定件固定在外管的端部，压盖的内径与芯管的内径相匹配，两道挡环设置在外管内壁上，并与芯管外壁间隙配合，环形通道由压盖和两道挡环分隔为环形密封腔A和环形密封腔B，位于内侧的环形密封腔A内设有与环形密封腔A的腔壁相贴合的C形金属密封圈，位于外侧的环形密封腔B内设有由压盖进行预压紧的充气型金属O形密封圈，在芯管端部固定设有对最内侧的挡环进行限位的环形凸台，在环形凸台的台面上固定设有金属丝网防尘密封圈。
本发明所述的充气型金属O形密封圈被预压为长宽比为2/3的椭圆形。
本发明的益效果是：
1.本发明采用基于管道轴向型补偿器的运动特点和工作条件，首次采用耐高温的充气型O形密封圈与内部填充陶瓷纤维C形金属密封圈组合密封结构，加上防尘结构对密封界面的保护，替代传统的填料密封和非金属密封圈组合密封，不仅克服了传统补偿器的老化与需要定期维护难题，使用寿命长、可靠性高。
2.采用耐高温的充气型O形密封圈与内部填充陶瓷纤维C形金属密封圈组合密封结构可将轴向补偿器适应温度范围提高到350~750℃，耐压能力最高可提高到7MPa以上，轴向补偿器的适用介质扩张到蒸汽等各类石油化工高温介质。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：1、芯管，2、压盖，3、压紧螺栓，4、充气型金属O形密封圈，5、C形金属密封圈，6、陶瓷纤维，7、外管，8、金属丝网防尘密封圈，9、防尘密封圆固定叉，10、环形通道，10-1、环形密封腔A，10-2、环形密封腔B，11、挡环，12、环形凸台。
具体实施方式
结合附图和具体实施例对本发明加以说明，但是，本发明并不局限于这些实施例。
如图1所示，一种耐高温高压补偿器，包括套设在芯管1外侧的外管7，外管7与芯管1之间设有环形通道10，外管7与芯管1可相对滑动，补偿器还包括压盖2、挡环11、环型凸台12、固定件、充气型金属O形密封圈4、填充有陶瓷纤维6的C形金属密封圈5和金属丝网防尘密封圈8，压盖2套设在芯管1的外侧并通过固定件固定在外管7的端部，压盖2的一端伸入至环形通道10内，固定件可采用焊接或者压紧螺栓的形式，采用压紧螺栓进行连接时，外管7的端部为法兰结构，并使压盖2的内径与芯管1的内径相匹配，防止外部污染进入补偿器，两道挡环11设置在外管7内壁上，并与芯管1的外壁间隙配合，间隙配合即不阻碍外管7和芯管1的相对滑动，又在一定程度上可以防止灰尘进入环形通道10内，环形通道10由压盖2和两道挡环11分隔为环形密封腔A10-1和环形密封腔B10-2，位于内侧的环形密封腔A10-1内设有与环形密封腔A10-1的腔壁相贴合的C形金属密封圈5，C形金属密封圈5作为第一道密封使用，位于外侧的环形密封腔B10-2内设有由压盖2进行预压紧的充气型金属O形密封圈4，O形密封圈4作为第二道密封使用，在芯管1端部固定设有对最内侧的挡环11进行限位的环形凸台12，即在外管7与芯管1受压力作用时，由环形凸台12对最外侧挡环11的限位，实现左右扣紧，环形凸台12与芯管1为一体成型或者或更换拆卸固定连接，拆卸式固定连接时，可采用螺栓固定，在环形凸台12的台面上固定设有金属丝网防尘密封圈8，金属丝网防尘密封圈8用于初步的防尘，但不影响压力的进入后续的腔室。
充气型金属O形密封圈4被预压为长宽比为2/3的椭圆形，即其内径紧贴芯管1、外径紧贴外管7，在低压与维修阶段也能起到密封作用。
如图1所示，本发明所选用的材料均为耐高温材料，当本发明连接于高温管路中时，内部填充陶瓷纤维6的C形金属密封圈5保持开口状态，C形金属密封圈5的内外径分别与芯管1和外管7贴合，随着管道内部介质压力的升高，压力通过金属丝网防尘密封圈8，进入到C形金属密封圈内，使其内径紧贴芯管1、外径紧贴外管7；所选用的充气型金属O形密封圈4内部充有压缩空气，安装时让圆形O型密封圈压成长宽比2/3的椭圆形，即其内径紧贴芯管1、外径紧贴外管7，在低压与维修阶段也能起到密封作用。管道运行时随着介质温度的升高，充气型金属O型密封圈4内的气体压力随之升高，金属O型密封圈与芯管1和外管7的贴合越紧密，密封效果越好。
本发明在高温、高压管道中，随着工作介质温度和压力的升高，充气型金属O形密封圈4与填充陶瓷纤维的C形金属密封圈5组合密封结构，分别与内外径的贴合越紧密，密封效果越好。
金属丝网防尘密封圈8为金属丝编织而成的环成金属密封圈，其金属网孔小，可采用固定叉9固定在芯管1尾部，安装时保证金属丝网防尘密封圈8一定的压扁量，主要用来防止介质中的灰尘颗粒物进入密封组合结构，保护密封界面，保证补偿器伸缩补偿自如。固定叉为细钢筋制成，一端插入金属丝网防尘密封圈8内，另一端焊接在环形凸台上。
本发明的组合密封结构也可用于双向轴向补偿器结构。
基于轴向补偿器工作中芯筒与外管相对滑动、补偿轴向位移的运动相对缓慢的运动模式，借鉴静密封的密封原理，采用耐高温的充气密封圈与C形金属密封圈两种不同类型的金属密封圈组合密封结构，同时为了保护密封面，保证密封与滑动自如，在组合密封结构前面增加金属丝网防尘密封，防止介质中的颗粒物、粉尘等进入密封界面。
管道开始运行输送高温介质时，压力、温度同时逐步升高，逐步达到设计的温度和压力条件，本发明结构首先保证介质经过防尘过滤，保护密封界面的洁净，只允许压力透过金属丝网密封圈传递到C形金属密封圈的内部，C形金属密封圈由专用的高性能合金材料制造，具有耐磨、耐高温等优良机械性能，且其内部填充耐高温的陶瓷纤维，保证C形金属密封圈初始状态与内外密封界面贴合，介质压力能够进入C形金属密封圈内部，压力越高C形金属密封圈内外密封界面贴合贴合越紧，且不会产生高温老化，密封可靠性高。
本发明第二道密封结构采用充气型O形金属密封圈，安装时使O形金属密封圈具有一定的压扁量，实现初始密封，该型密封结构设置在补偿器的最外面，能够防止管道运行检修吹扫形成负压时外部环境的进入，保护内部的C形密封结构，管道开始运行时，随着温度的升高O形金属密封圈内部的气体压力随之升高，O形金属密封圈与内外密封界面贴合越紧密，密封效果越好。
C形金属密封圈依靠压力实现自紧密封，充气型O形金属密封圈依靠安装压扁和温度升高实现双向密封，两种密封结构与其贴合的外筒和芯筒之间设置合里的贴合参数，在贴合的同时不影响滑动，两种密封结构的密封界面又通过防尘密封圈保护保持洁净，满足高温、高压工作条件下的可靠密封需求，且不用维护。
Claims (2)
1.一种耐高温高压补偿器，包括套设在芯管（1）外侧的外管（7），外管（7）与芯管（1）之间设有环形通道（10），其特征在于：补偿器还包括压盖（2）、挡环（11）、环型凸台（12）、固定件、充气型金属O形密封圈（4）、填充有陶瓷纤维（6）的C形金属密封圈（5）和金属丝网防尘密封圈（8），压盖（2）套设在芯管（1）的外侧并通过固定件固定在外管（7）的端部，压盖（2）的内径与芯管（1）的内径相匹配，两道挡环（11）设置在外管（7）内壁上，并与芯管（1）的外壁间隙配合，环形通道（10）由压盖（2）和两道挡环（11）分隔为环形密封腔A（10-1）和环形密封腔B（10-2），位于内侧的环形密封腔A（10-1）内设有与环形密封腔A（10-1）的腔壁相贴合的C形金属密封圈（5），位于外侧的环形密封腔B（10-2）内设有由压盖（2）进行预压紧的充气型金属O形密封圈（4），在芯管（1）端部固定设有对最内侧的挡环（11）进行限位的环形凸台（12），在环形凸台（12）的台面上固定设有金属丝网防尘密封圈（8）。
2.如权利要求1所述的一种耐高温高压补偿器，其特征在于：充气型金属O形密封圈（4）被预压为长宽比为2/3的椭圆形。
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