CN109973762B - 一种热力管道保温强化结构及保温方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热力管道保温强化结构及保温方法，本装置包括逆变形装置、上半套管、软保温层、热力输运工作管道、下半套管、连接件；抗变形装置包括支撑板、触发弧片、顶筒、支撑筒、触发弹簧、触发顶珠、支撑弹簧。本发明通过支撑弹簧与支撑板对软保温层的支撑作用，防止了软保温层在长时间使用过程中发生的下沉镂空现象，减少了对流及辐射换热，提高了保温性能。同时通过触发顶珠与触发弹簧的使用使得支撑弹簧的压缩工作得以在工厂内进行。支撑板与下半套管通过触发顶珠扣紧为一体，使现场安装方便快捷。

Description

一种热力管道保温强化结构及保温方法

技术领域

本发明涉及一种热力管道保温强化结构及保温方法，属于管道保温技术领域。

背景技术

随着节能减排、集中供热趋势不断发展，热力输运管网的供热半径不断增大，管道保温散热损失日益成为制约供热管道经济性半径的关键因素。与此同时，作为热力系统的关键核心投资设备主体，如何提高热力管道的保温寿命，减小保温结构的性能衰减，对于热力系统的经济性至关重要。

现有热力管道保温体系中，根据温度的不同，选用的材料存在区别，对于低温管道，通常采用结构稳定，保温性能优异的聚氨酯发泡技术，可以满足大多数需求。对于中高温区间，则主要采用耐高温的高温玻璃棉等软质保温材料和硅酸钙等块状硬质保温材料。对于软质保温结构而言，是目前的主流保温结构，但这一保温结构存在诸多问题，主要是由于结构疏松，在重力作用下会出现结构位移导致偏心镂空，保温性能会明显下降，从而导致实际使用寿命要远低于设计使用寿命。块状硬质保温材料与软质保温材料相比，结构更稳定，但导热系数更高，保温性能略差，价格也较高，而且，由于块状之间的安装缝隙导致漏热也更加明显。为了解决硬保温结构的散热漏热问题，中国专利CN201410188319根据从工作管道外套管的不同温度区间特征，结合保温结构的强度要求，提出了一种复合型保温结构，可以很好解决软保温的结构问题和硬保温的漏热问题，但成本偏高，制作难度较繁琐，通常只能预制才能保证品质。

因此从经济的角度而言，如何解决软保温结构在重力作用下的偏心镂空问题，可以大大提高软保温结构的使用寿命、保温性能和经济性，具有广阔的市场前景。。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提出一种热力管道保温强化结构及保温方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种热力管道保温强化结构，其包括逆变形装置、上半套管、软保温层、工作管、下半套管和连接件；所述逆变形装置包括支撑板、触发弧片、顶筒、支撑筒、触发弹簧、触发顶珠、支撑弹簧和U型槽；

上半套管与下半套管通过连接件构成一个周向闭合的外套管；所述工作管嵌套于上半套管与下半套管构成的外套管内，且所述外套管与工作管之间填充有等厚度的软保温层；所述软保温层与下半套管内壁之间留有安装空间，且在该安装空间中于下半套管内壁底端与软保温层之间装有逆变形装置；

所述逆变形装置通过支撑圆筒焊接于下半套管上；支撑弹簧套于支撑圆筒外；触发弹簧两端分别焊接一个触发顶珠；支撑圆筒侧面开有两个通孔；压缩状态的触发弹簧横向布置于支撑圆筒内，将触发顶珠嵌入支撑圆筒的两个通孔内并部分伸出支撑圆筒外壁；支撑板贴近所述软保温层下方设置，软保温层下沉时推动支撑板向下移动；支撑板与顶筒通过焊接连接；顶筒的圆筒柱面上开有两条U型槽，顶筒底部为法兰结构，顶筒同轴套于支撑圆筒外侧并使用法兰部位压缩触发弹簧，且两个触发顶珠分别扣入顶筒圆筒侧的两条U型槽内并能够沿U型槽上下滑动；触发弹簧处于压缩状态，保证触发顶珠在不受三角形凸起触发点挤压的自然状态下，能够卡于U型槽的底部对顶筒形成上移限位；随着软保温层下沉，顶筒可沿U型槽向下压缩支撑弹簧；两片触发弧片分别固定于支撑板下方，每片触发弧片底部设有三角形凸起触发点，且两片触发弧片随支撑板下移的过程中，其三角形凸起触发点对两个触发顶珠形成挤压，使两个触发顶珠内缩并逐渐解除触发顶珠对顶筒形成的上移限位。

基于上述方案，本发明还可以进一步提供以下优选实现方式。

所述的支撑板的曲率半径应与上半套管的圆半径R2相同，支撑板的圆弧长应为上半套管的圆周长1/4～1/3。

所述的下半套管为半椭圆形，其半长轴长度LL5应为上半套管的圆半径R2的1.2～1.3倍，以保证逆变形装置有足够的安装空间。

所述的支撑圆筒的通孔与触发顶珠间处于间隙配合的状态，以保证触发顶珠能自由滑动。

所述的触发弧片的三角形凸起触发点决定的临界触发下沉长度Lc约为安装空间最厚处(LL5-R2)的0.1倍。

所述的触发弹簧的倔强系数应大于支撑弹簧的倔强系数，以保证当软保温层下沉长度大于临界下沉触发长度Lc且支撑弹簧的推力作用于触发顶珠的半球面上特定点处时，触发弹簧能够被压缩。

所述的支撑弹簧在压缩程度最大时的弹力除以支撑板面积所得的压强应使得软保温层的材料形变小于5％。

所述的触发弧片为1/4圆弧片，且底部的三角形凸起触发点贴近顶筒外壁。

所述的逆变形装置沿管道沿程间隔设置多个。

一种使用上述热力管道保温强化结构的保温方法，具体如下：所述的下半套管分段制造，在每段下半套管的最底部布置若干逆变形装置；逆变形装置通过支撑圆筒焊接于下半套管上，并压缩触发弹簧与支撑弹簧，将触发顶珠扣入顶筒的U型槽内，此时下半套管与逆变形装置已连为整体；安装时，先在工作管外铺设软保温层，随后利用外部支撑结构将上半套管安装固定于软保温层上部；下半套管与逆变形装置作为整体与上半套管利用连接件进行连接安装；在软保温层未变形的正常状态下运行使用时，由于与支撑板相连的顶筒被触发顶珠卡住且支撑板曲率与软保温层相同，支撑板与软保温层间无作用力；当软保温层出现轻微下沉趋势时，支撑弹簧提供一定的支撑力防止下沉，使其恢复至原始曲率；支撑板的下沉使得触发弧片和顶筒下移，推动触发顶珠内缩以及触发弹簧压缩；当软保温层底部的下沉位移长度超过临界下沉触发长度Lc时，触发弧片的三角形凸起触发点已推动触发顶珠的半球面部分进入顶筒的U型槽内；支撑弹簧的支撑力作用于顶筒进而作用于触发顶珠的半球面上，使得触发顶珠被完全挤入支撑筒，解除对顶筒向上移动的限位，支撑弹簧被完全释放，进一步推动支撑板托住软保温层底部使其与工作管壁面紧密接触，避免下沉导致的镂空，减少了自然对流与辐射换热，提高了保温性能。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

(1)本发明通过逆变形装置的设计，很好的解决了传统软保温结构在重力作用下的偏心镂空问题，解决了软保温结构不稳定性的问题，很好的提高了软保温结构的保温性能和使用寿命，管道的经济性。

(2)与现有预制保温管道和硬保温结构相比，本发明结构更简单，现场安装更方便，而且保证了软保温原有的保温性能不变。

附图说明

图1是本发明的一种热力管道保温强化结构的结构示意图；

图2是本发明的一种热力管道保温强化结构的逆变形装置的局部放大的正剖面与侧剖面视图；

图3是本发明的一种热力管道保温强化结构的侧剖面视图；

图中：逆变形装置1、上半套管2、软保温层3、工作管4、下半套管5、连接件6、支撑板7、触发弧片8、顶筒9、支撑筒10、触发弹簧11、触发顶珠12、支撑弹簧13、U型槽14。

具体实施方式

如图1～3所示，为本发明一个较佳实施例中的一种热力管道保温强化结构，它包括逆变形装置1、上半套管2、软保温层3、工作管4、下半套管5和连接件6。其中逆变形装置1包括支撑板7、触发弧片8、顶筒9、支撑筒10、触发弹簧11、触发顶珠12、支撑弹簧13和U型槽14。

参见图1，上半套管2与下半套管5通过连接件6构成一个周向闭合的外套管，连接件可以采用铆钉。输送工作介质的工作管4嵌套于上半套管2与下半套管5构成的外套管内，且所述外套管与工作管4之间填充有等厚度的软保温层3。上半套管2为半圆形，而下半套管5为半椭圆形，且长轴垂直，因此软保温层3与下半套管5内壁之间能够留出安装空间。在该安装空间中于下半套管5内壁底端与软保温层3之间装有用于防止软保温层3形变下沉的逆变形装置1。

参见图2，逆变形装置1通过支撑圆筒10焊接于下半套管5上；支撑弹簧13套于支撑圆筒10外；触发弹簧11两端分别焊接一个触发顶珠12。支撑圆筒10侧面开有两个通孔。触发弹簧11预先进行压缩，然后以压缩状态横向布置于支撑圆筒10内，将触发顶珠12嵌入支撑圆筒10的两个通孔内并部分伸出支撑圆筒10外壁。支撑板7紧贴软保温层3的下表面设置，软保温层3下沉时能够推动支撑板7随之向下移动。支撑板7与顶筒9通过焊接连接。顶筒9的圆筒柱面上开有两条U型槽14，顶筒9底部为法兰结构，顶筒9同轴套于支撑圆筒10外侧并使用法兰部位压缩触发弹簧11，且两个触发顶珠12分别扣入顶筒9圆筒侧的两条U型槽14内，当顶筒9随着支撑板7上下移动时，触发顶珠12也能够沿U型槽14上下滑动。安装完毕后，触发弹簧11处于压缩状态，保证触发顶珠12在不受三角形凸起触发点挤压的自然状态下，能够始终伸出支撑圆筒10侧面的通孔并卡于U型槽14的底部。此时顶筒9由于U型槽14底部被触发顶珠12卡住，而触发顶珠12又被支撑圆筒10上的通孔限制上下移动，因此即使顶筒9受到下方支撑弹簧13的弹力，也无法向上移动，由此触发顶珠12对顶筒9构成了上移限位。但是随着软保温层3下沉，顶筒9可沿U型槽14向下压缩支撑弹簧13。触发弧片8共两片，分别固定于支撑板7下方，每片触发弧片8底部设有三角形凸起触发点，且两片触发弧片8随支撑板7下移的过程中，其两个三角形凸起触发点能够分别对两个触发顶珠12形成挤压，使两个触发顶珠12内缩，触发弹簧11进一步压缩。当触发顶珠12内缩一定程度后，其顶部的半球面与U型槽14边缘接触，而顶筒9受到支撑弹簧13较大的的弹力，该力转而作用在触发顶珠12半球面上，形成对触发顶珠12的内压力，使触发顶珠12被完全压缩进顶筒9内的支撑筒10中，解除触发顶珠12对顶筒9形成的上移限位。此时，支撑弹簧13的弹力就可以完全通过支撑板7作用在下沉的软保温层3上，托住软保温层3底部使其与工作管4壁面紧密接触。

在本实施例中，支撑板7的曲率半径应与上半套管2的圆半径R2相同，支撑板7的圆弧长应为上半套管2的圆周长1/4～1/3。下半套管5为半椭圆形，其半短轴长度Ls5应当略大于上半套管2的圆半径R2，使两者能够通过铆钉刚好相连，其半长轴长度LL5应为上半套管2的圆半径R2的1.2～1.3倍，以保证逆变形装置1有足够的安装空间。支撑圆筒10的通孔与触发顶珠12间处于间隙配合的状态，以保证触发顶珠12能自由滑动。触发弧片8的三角形凸起触发点决定的临界触发下沉长度Lc约为安装空间最厚处厚度(LL5-R2)的0.1倍。触发弹簧11的倔强系数应大于支撑弹簧13的倔强系数，以保证当软保温层3下沉长度大于临界下沉触发长度Lc且支撑弹簧13的推力作用于触发顶珠12的半球面上特定点处时，触发弹簧11能够被压缩。支撑弹簧13在压缩程度最大时的弹力除以支撑板7面积所得的压强应使得软保温层3的材料形变小于5％。触发弧片8可以采用1/4圆弧片，且底部的三角形凸起触发点尽量贴近顶筒9外壁，保证触发点下移使触发顶珠12能够被尽量向内压进。

另外，参见图3，逆变形装置1可以沿管道沿程间隔设置多个。

基于上述热力管道保温强化结构的保温方法，具体做法如下：下半套管5是分段制造后拼接的，在每段下半套管5的最底部布置若干逆变形装置1；逆变形装置1通过支撑圆筒10焊接于下半套管5上，并压缩触发弹簧11与支撑弹簧13，将触发顶珠12扣入顶筒9的U型槽14内，此时下半套管5与逆变形装置1已连为整体。安装时，先在工作管4外铺设软保温层3，随后利用外部支撑结构将上半套管2安装固定于软保温层3上部；下半套管5与逆变形装置1作为整体与上半套管2利用连接件6进行连接安装；在软保温层3未变形的正常状态下运行使用时，由于与支撑板7相连的顶筒9被触发顶珠12卡住无法上移，而支撑板7曲率又与软保温层3相同，因此支撑板7与软保温层3间无作用力。但是当软保温层3出现轻微下沉趋势时，会带动顶筒9出现下沉趋势，支撑弹簧13将提供一定的支撑力防止下沉，使软保温层3恢复至原始曲率。当软保温层3出现真实下沉时，它将带动支撑板7下沉使得触发弧片8和顶筒9下移，推动触发顶珠12内缩以及触发弹簧11压缩；当软保温层3底部的下沉位移长度超过临界下沉触发长度Lc时，触发弧片8的三角形凸起触发点已推动触发顶珠12的半球面部分进入顶筒9的U型槽14内；支撑弹簧13的支撑力作用于顶筒9进而作用于触发顶珠12的半球面上，使得触发顶珠12被完全挤入支撑筒10，解除对顶筒9向上移动的限位，支撑弹簧13被完全释放，进一步推动支撑板7托住软保温层3底部使其与工作管4壁面紧密接触，避免下沉导致的镂空，减少了自然对流与辐射换热，提高了保温性能。

本发明通过逆变形装置的的设计，很好的解决了传统软保温结构在重力作用下的偏心镂空问题，解决了软保温结构不稳定性的问题，减少了因下沉镂空导致的对流及辐射换热，很好的提高了软保温结构的保温性能和使用寿命，管道的经济性。同时，支撑板在现场安装时与下半套管通过触发顶珠扣紧连为一体，在工厂内可对支撑弹簧进行压缩，无需现场压缩支撑弹簧。下半套管与逆变形装置可整体与上半套管进行安装，现场安装方便快捷。

Claims (10)

1.一种热力管道保温强化结构，其特征在于，包括逆变形装置（1）、上半套管（2）、软保温层（3）、工作管（4）、下半套管（5）和连接件（6）；所述逆变形装置（1）包括支撑板（7）、触发弧片（8）、顶筒（9）、支撑圆筒（10）、触发弹簧（11）、触发顶珠（12）、支撑弹簧（13）和U型槽（14）；

上半套管（2）与下半套管（5）通过连接件（6）构成一个周向闭合的外套管；所述工作管（4）嵌套于上半套管（2）与下半套管（5）构成的外套管内，且所述外套管与工作管（4）之间填充有等厚度的软保温层（3）；所述软保温层（3）与下半套管（5）内壁之间留有安装空间，且在该安装空间中于下半套管（5）内壁底端与软保温层（3）之间装有逆变形装置（1）；

所述逆变形装置（1）通过支撑圆筒（10）焊接于下半套管（5）上；支撑弹簧（13）套于支撑圆筒（10）外；触发弹簧（11）两端分别焊接一个触发顶珠（12）；支撑圆筒（10）侧面开有两个通孔；压缩状态的触发弹簧（11）横向布置于支撑圆筒（10）内，将触发顶珠（12）嵌入支撑圆筒（10）的两个通孔内并部分伸出支撑圆筒（10）外壁；支撑板（7）贴近所述软保温层（3）下方设置，软保温层（3）下沉时推动支撑板（7）向下移动；支撑板（7）与顶筒（9）通过焊接连接；顶筒（9）的圆筒柱面上开有两条U型槽（14），顶筒（9）底部为法兰结构，顶筒（9）同轴套于支撑圆筒（10）外侧并使用法兰部位压缩触发弹簧（11），且两个触发顶珠（12）分别扣入顶筒（9）圆筒侧的两条U型槽（14）内并能够沿U型槽（14）上下滑动；触发弹簧（11）处于压缩状态，保证触发顶珠（12）在不受三角形凸起触发点挤压的自然状态下，能够卡于U型槽（14）的底部对顶筒（9）形成上移限位；随着软保温层（3）下沉，顶筒（9）可沿U型槽（14）向下压缩支撑弹簧（13）；两片触发弧片（8）分别固定于支撑板（7）下方，每片触发弧片（8） 底部设有三角形凸起触发点，且两片触发弧片（8）随支撑板（7）下移的过程中，其三角形凸起触发点对两个触发顶珠（12）形成挤压，使两个触发顶珠（12）内缩并逐渐解除触发顶珠（12） 对顶筒（9）形成的上移限位。

2.根据权利要求1所述的一种热力管道保温强化结构，其特征在于所述的支撑板（7）的曲率半径应与上半套管（2）的圆半径R2相同，支撑板（7）的圆弧长应为上半套管（2）的圆周长1/4~1/3。

3.根据权利要求1所述的一种热力管道保温强化结构，其特征在于所述的下半套管（5）为半椭圆形，其半长轴长度LL5应为上半套管（2）的圆半径R2的1.2~1.3倍，以保证逆变形装置（1）有足够的安装空间。

4.根据权利要求1所述的一种热力管道保温强化结构，其特征在于所述的支撑圆筒（10）的通孔与触发顶珠（12）间处于间隙配合的状态，以保证触发顶珠（12）能自由滑动。

5.根据权利要求1所述的一种热力管道保温强化结构，其特征在于所述的触发弧片（8）的三角形凸起触发点决定的临界触发下沉长度Lc约为安装空间最厚处（LL5-R2）的0.1倍。

6.根据权利要求1所述的一种热力管道保温强化结构，其特征在于所述的触发弹簧（11）的倔强系数应大于支撑弹簧（13）的倔强系数，以保证当软保温层（3）下沉长度大于临界下沉触发长度Lc且支撑弹簧（13）的推力作用于触发顶珠（12）的半球面上特定点处时，触发弹簧（11）能够被压缩。

7.根据权利要求1所述的一种热力管道保温强化结构，其特征在于所述的支撑弹簧（13）在压缩程度最大时的弹力除以支撑板（7）面积所得的压强应使得软保温层（3）的材料形变小于5%。

8.根据权利要求1所述的一种热力管道保温强化结构，其特征在于所述的触发弧片（8）为1/4圆弧片，且底部的三角形凸起触发点贴近顶筒（9）外壁。

9.根据权利要求1所述的一种热力管道保温强化结构，其特征在于所述的逆变形装置（1）沿管道沿程间隔设置多个。

10.一种使用如权利要求1所述热力管道保温强化结构的保温方法，其特征在于：所述的下半套管（5）分段制造，在每段下半套管（5）的最底部布置若干逆变形装置（1）；逆变形装置（1）通过支撑圆筒（10）焊接于下半套管（5）上，并压缩触发弹簧（11）与支撑弹簧（13），将触发顶珠（12）扣入顶筒（9）的U型槽（14）内，此时下半套管（5）与逆变形装置（1）已连为整体；安装时，先在工作管（4）外铺设软保温层（3），随后利用外部支撑结构将上半套管（2）安装固定于软保温层（3）上部；下半套管（5）与逆变形装置（1）作为整体与上半套管（2）利用连接件（6）进行连接安装；在软保温层（3）未变形的正常状态下运行使用时，由于与支撑板（7）相连的顶筒（9）被触发顶珠（12）卡住且支撑板（7）曲率与软保温层（3）相同，支撑板（7）与软保温层（3）间无作用力；当软保温层（3）出现轻微下沉趋势时，支撑弹簧（13）提供一定的支撑力防止下沉，使其恢复至原始曲率；支撑板（7）的下沉使得触发弧片（8）和顶筒（9）下移，推动触发顶珠（12）内缩以及触发弹簧（11）压缩；当软保温层（3）底部的下沉位移长度超过临界下沉触发长度Lc时，触发弧片（8）的三角形凸起触发点已推动触发顶珠（12）的半球面部分进入顶筒（9）的U型槽（14）内；支撑弹簧（13）的支撑力作用于顶筒（9）进而作用于触发顶珠（12）的半球面上，使得触发顶珠（12）被完全挤入支撑圆筒（10），解除对顶筒（9）向上移动的限位，支撑弹簧（13）被完全释放，进一步推动支撑板（7）托住软保温层（3）底部使其与工作管（4）壁面紧密接触，避免下沉导致的镂空，减少了自然对流与辐射换热，提高了保温性能。

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