CN114017571B - 适用于高频振动的组合型管道补偿器及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了适用于高频振动的组合型管道补偿器及安装方法：包括依次相连的端部法兰一、金属波纹管、橡胶波纹管、端部法兰二，端部法兰二的内表面设有至少三根垂直于端部法兰二且均匀分布的空心管，空心管内设有空腔，空腔内设有可轴向伸缩的螺杆，螺杆一端连接于金属波纹管，另一端设有处于空心管内部空腔的螺纹套管，所示螺纹套管两端分别设有套接于螺杆的弹簧一、弹簧二；当管道补偿器安装于两根管道时，弹簧一、弹簧二及橡胶波纹管均处于自由状态。本发明更加适合于高频振动的使用场景。当小幅轴向振动时，橡胶波纹管发生伸缩，当大幅度轴向振动时，橡胶波纹管与金属波纹管共同伸缩，其中弹簧一、弹簧二能够起到保护橡胶波纹管的作用。

Description

适用于高频振动的组合型管道补偿器及安装方法

技术领域

本发明涉及管道补偿器技术领域，具体涉及一种适用于高频振动的组合型管道补偿器及安装方法。

背景技术

管道补偿器又称为伸缩器或伸缩节、 膨胀节，主要用于补偿管道受温度变化而产生的热胀冷缩。如果温度变化时管道不能完全自由地膨胀或收缩,管道中将产生热应力。在管道设计中必须考虑这种应力，否则它可能导致管道的破裂，影响正常生产的进行。作为管道工程的一个重要组成部分，补偿器在保证管道长期正常运行方面发挥着重要的作用。

管道补偿器在使用过程中需要抵消两端管道的径向及轴向位移差，而在实际应用中，当管道补偿器安装在振动环境中使用时，例如空压机管道，那么管道补偿器也会跟随空压机高频地伸缩。

由于管道补偿器通常采用波纹管作为可伸缩材料，波纹管包括金属波纹管和橡胶波纹管。金属波纹管的强度高，韧性好，但长时间使用抗疲劳性能较差；而橡胶波纹管尽管抗疲劳性能较好，但自身能够抵抗的外界拉力或推力较小，当受到的外力较大时，容易发生损坏，鉴于上述原因，现有技术中需要一种耐压性能好、且能够满足高频振动的管道补偿器。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种适用于高频振动的组合型管道补偿器，解决了现有技术中管道补偿器使用寿命较差的技术问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

适用于高频振动的组合型管道补偿器：包括依次相连的端部法兰一、金属波纹管、橡胶波纹管、端部法兰二，

端部法兰二的内表面设有至少三根垂直于端部法兰二且均匀分布的空心管，空心管内设有空腔，空腔内设有可轴向伸缩的螺杆，螺杆一端连接于金属波纹管，另一端设有处于空心管内部空腔的螺纹套管，所示螺纹套管两端分别设有套接于螺杆的弹簧一、弹簧二；

当管道补偿器安装于两根管道时，弹簧一、弹簧二及橡胶波纹管均处于自由状态。

优选，前述的适用于高频振动的组合型管道补偿器：空心管的侧部还设有导通于空心管内部空腔、且轴向分布的长孔，螺纹套管的侧部设有延伸至长孔的定位销，当管道补偿器安装于两根管道时，定位销处于长孔的中间位置。

优选，前述的适用于高频振动的组合型管道补偿器：金属波纹管的一端设有若干圆形骨架，橡胶波纹管套接于圆形骨架，且相邻圆形骨架之间橡胶波纹管的外表面环槽处还设有至少两个环形拉簧一。

优选，前述的适用于高频振动的组合型管道补偿器：端部法兰二的一端设有安装管，橡胶波纹管的一端套接于安装管，且橡胶波纹管外表面环槽处还设有环形拉簧二。

优选，前述的适用于高频振动的组合型管道补偿器：螺杆通过连接环连接于金属波纹管的环槽处，连接环的厚度小于金属波纹管环槽的轴向间隙，连接环包括两个半环，两个半环的一端通过连接环铰接轴铰接，另一端通过连接环螺钉连接；螺杆穿过连接环。

优选，前述的适用于高频振动的组合型管道补偿器：连接环至少有三个，螺杆穿过所有连接环，相邻连接环之间通过套接于螺杆的橡胶垫连接，连接环的两侧还分别设有螺母一、螺母二。

优选，前述的适用于高频振动的组合型管道补偿器：金属波纹管的一端通过连接段一套接于径向调节管，径向调节管通过调节管法兰连接端部法兰一，且调节管法兰与端部法兰一之间设有密封圈；

端部法兰一中心孔的直径大于径向调节管内孔的直径，且调节管法兰可相对于端部法兰一中心径向调节并密封固定；

密封圈固定连接于调节管法兰的端部；

连接段一通过卡箍组件紧固于径向调节管；

端部法兰一设有螺杆一，调节管法兰通过压盖连接于螺杆一。

优选，前述的适用于高频振动的组合型管道补偿器：卡箍组件包括外卡箍、设置于外卡箍内部的内卡箍，外卡箍的内孔是锥形孔，内卡箍设有若干阵列分布的切槽；

外卡箍的外沿设有连接耳板一，内卡箍的外沿设有连接耳板二；连接耳板一、连接耳板二之间通过螺栓连接。

优选，前述的适用于高频振动的组合型管道补偿器：弹簧一、弹簧二的弹性系数相同，所有弹簧一的弹性系数等于所有弹簧二的弹性系数，也等于金属波纹管的弹性系数。

高频振动的组合型管道补偿器的安装方法：包含以下步骤：

测量安装处两管道端部之间的轴向距离L、径向距离D；

将径向调节管调节至相对于端部法兰一的径向距离D；

调节金属波纹管相对于径向调节管的轴向位置，并调节螺杆相对于螺纹套管、连接环之间的轴向位置，使定位销处于长孔中心位置时，橡胶波纹管处于自然伸缩状态，且端部法兰一、端部法兰二安装面的长度等于轴向距离L；

旋紧螺母一、螺母二；

将端部法兰一、端部法兰二以相应的角度分别安装于两根管道。

本发明所达到的有益效果：

本发明更加适合于高频振动的使用场景。本发明在安装时，能够通过调整整体的径向偏移量底线所安装管路的径向偏移量，消除径向应力。同时通过调整其整体长度使橡胶波纹管、金属波纹管在自然状态下均处于自然伸缩状态，降低轴向应力。当小幅轴向振动时，橡胶波纹管发生伸缩，当大幅度轴向振动时，橡胶波纹管与金属波纹管共同伸缩，其中弹簧一、弹簧二能够起到保护橡胶波纹管的作用。

附图说明

图1是本发明整体结构的轴向剖视图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是本发明端部法兰一、径向调节管、金属波纹管、卡箍组件的爆炸图；

图4是本发明卡箍组件结构图；

图5是本发明连接环的主视图；

附图标记的含义：1-端部法兰一；2-径向调节管；3-金属波纹管；4-卡箍组件；5-端部法兰二；6-橡胶波纹管；7-空心管；8-连接环；9-螺杆；11-螺杆一；12-压盖；21-调节管法兰；22-密封圈；31-连接段一；32-翻边；33-圆形骨架；34-环形拉簧一；41-外卡箍；42-内卡箍；411-锥形孔；412-连接耳板一；421-切槽；422-连接耳板二；51-安装管；52-环形拉簧二；53-导向管；531-长孔；81-连接环螺钉；82-连接环铰接轴；91-螺母一；92-螺母二；93-橡胶垫；94-螺纹套管；95-弹簧一；96-弹簧二；941-定位销。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1至图5所示：本实施例公开了一种适用于高频振动的组合型管道补偿器：包括依次相连的端部法兰一1、金属波纹管3、橡胶波纹管6、端部法兰二5。

端部法兰二5的内表面设有至少三根垂直于端部法兰二5且均匀分布的空心管7，空心管7内设有空腔，空腔内设有可轴向伸缩的螺杆9，螺杆9一端连接于金属波纹管3，另一端设有处于空心管7内部空腔的螺纹套管94，螺纹套管94两端分别设有套接于螺杆9的弹簧一95、弹簧二96。

当管道补偿器安装于两根管道时，这里的安装状态表示两根管道处于常温且自然状态，弹簧一95、弹簧二96及橡胶波纹管6均处于自由状态，本处记载的“自由状态”是指弹簧没有被压缩，具体包括两种情况，一是弹簧处于被压缩的临界值，即弹簧的长度等于螺纹套管94一端到空腔相应端部的距离；二是弹簧的长度小于螺纹套管94一端到空腔相应端部的距离。橡胶波纹管6的自由状态是指在常温状态下没有被压缩或拉伸。

空心管7的侧部还设有导通于空心管7内部空腔、且轴向分布的长孔531，螺纹套管94的侧部设有延伸至长孔531的定位销941，当管道补偿器安装于两根管道时，定位销941处于长孔531的中间位置。定位销941的作用有两个，一是避免螺杆9相对于空心管7旋转；二是用于表示螺杆9相对于于空心管7的轴向位置，这是主要作用。

金属波纹管3的一端设有若干用于避免金属波纹管3发生变形的圆形骨架33，使金属波纹管3的外表面产生环槽，同时也便于橡胶波纹管6的安装。

橡胶波纹管6套接于圆形骨架33，且相邻圆形骨架33之间橡胶波纹管6的外表面环槽（橡胶波纹管6的较小直径处）处还设有至少两个环形拉簧一34，环形拉簧一34勒紧橡胶波纹管6的直径较小处，用于将橡胶波纹管6紧固于相邻圆形骨架33之间。

端部法兰二5的一端设有安装管51，橡胶波纹管6的一端套接于安装管51，且橡胶波纹管6外表面环槽处还设有环形拉簧二52。环形拉簧二52的作用可参考环形拉簧一34。

螺杆9通过连接环8连接于金属波纹管3的环槽处，为了不影响金属波纹管3的收缩，本实施例连接环8的厚度小于金属波纹管3环槽的轴向间隙。如图5所示：连接环8包括两个半环，两个半环的一端通过连接环铰接轴82铰接，另一端通过连接环螺钉81连接。

螺杆9穿过连接环8，其中连接环8至少有三个，螺杆9穿过所有连接环8，相邻连接环8之间通过套接于螺杆9的橡胶垫93连接，连接环8的两侧还分别设有螺母一91、螺母二92。两个螺母均通过螺纹连接螺杆9，通过旋转两个螺母可实现螺杆9相对于金属波纹管3轴向位置的调整，并且能够保证螺纹连接螺杆9可靠连接于连接环8。

金属波纹管3的一端通过连接段一31套接于径向调节管2，径向调节管2通过调节管法兰21连接端部法兰一1，且调节管法兰21与端部法兰一1之间设有密封圈22。密封圈22固定连接于调节管法兰21的端部，密封圈22最好是金属密封圈，能够承受的压力较大，并且密封圈22最好采用嵌入式的安装方式，保证密封圈22始终固定于调节管法兰21的端部。

端部法兰一1中心孔的直径大于径向调节管2内孔的直径，且调节管法兰21可相对于端部法兰一1中心径向调节并密封固定，通过调节径向调节管2相对于端部法兰一1中心孔的位置可实现两个端部法兰之间轴心距离的调整。

具体的，端部法兰一1设有螺杆一11，调节管法兰21通过压盖12连接于螺杆一11。压盖12的中心孔比径向调节管2的外径大，能够保证径向调节管2在压盖12中心孔的内部移动。

连接段一31通过卡箍组件4紧固于径向调节管2。具体的，卡箍组件4包括外卡箍41、设置于外卡箍41内部的内卡箍42，外卡箍41的内孔是锥形孔411，内卡箍42设有若干阵列分布的切槽421，用于使内卡箍42向内收缩。外卡箍41的外沿设有连接耳板一412，内卡箍42的外沿设有连接耳板二422；连接耳板一412、连接耳板二422之间通过螺栓连接，当该螺栓紧固时，通过锥形孔411的挤压，能够使内卡箍42向内收缩，继而挤压连接段一31。连接段一31的端部有翻边32，用于避免卡箍组件4从连接段一31脱离。

本实施例的弹簧一95、弹簧二96的弹性系数相同，所有弹簧一95的弹性系数等于所有弹簧二96的弹性系数，也等于金属波纹管3的弹性系数，弹簧一95、弹簧二96仅仅是安装位置的不同，其物理参数均相同。

使用时，首先测量安装处两管道端部之间的轴向距离L、径向距离D；

将径向调节管2调节至相对于端部法兰一1的径向距离D；

调节金属波纹管3相对于径向调节管2的轴向位置，并调节螺杆9相对于螺纹套管94、连接环8之间的轴向位置，使定位销941处于长孔531中心位置时，橡胶波纹管6处于自然伸缩状态，且端部法兰一1、端部法兰二5安装面的长度等于轴向距离L，在该状态下，金属波纹管3同样处于自然状态，旋紧螺母一91、螺母二92，使橡胶垫93处于适当的压缩状态。

将端部法兰一1、端部法兰二5以相应的角度分别安装于两根管道。相应的角度是指端部法兰一1、端部法兰二5之间径向偏离的角度等于所安装两根管道之间的偏离角度。

使用时，当端部法兰一1、端部法兰二5之间发生轴向窜动，且振动幅度没有达到一定程度时，金属波纹管3不发生伸缩或伸缩极小，弹簧一95、弹簧二96也不被压缩或被压缩的很小。该状态下，橡胶波纹管6跟随所连接的管道轴向振动。由于橡胶波纹管6在安装之前就已经调节到不受轴向力的状态，并且自身的抗疲劳性能较好，因此小幅度的轴向振动对于整个管道补偿器的损害程度非常小，有利于提升使用寿命。

当振幅进一步增加时，弹簧一95、弹簧二96其中一个或两个被挤压，橡胶波纹管6与金属波纹管3同时伸缩，但此时仍然是橡胶波纹管6的伸缩幅度大于金属波纹管3的伸缩幅度，但弹簧一95、弹簧二96能够对橡胶波纹管6进行保护，避免其内过度拉伸或挤压而发生损坏。在金属波纹管3伸缩的过程中，处于连接环8之间的橡胶垫93也跟随其小幅度伸缩。

相对于现有技术，本实施例更加适合于高频振动的使用场景。本实施例在安装时，能够通过调整整体的径向偏移量底线所安装管路的径向偏移量，消除径向应力。同时通过调整其整体长度使橡胶波纹管6、金属波纹管3在自然状态下均处于自然伸缩状态，降低轴向应力。当小幅轴向振动时，橡胶波纹管6发生伸缩，当大幅度轴向振动时，橡胶波纹管6与金属波纹管3共同伸缩，其中弹簧一95、弹簧二96能够起到保护橡胶波纹管6的作用。

需要说明的是：本发明适合安装于不存在径向振动或径向振动非常小的应用场景。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.适用于高频振动的组合型管道补偿器，其特征在于：包括依次相连的端部法兰一（1）、金属波纹管（3）、橡胶波纹管（6）、端部法兰二（5），

所述端部法兰二（5）的内表面设有至少三根垂直于端部法兰二（5）且均匀分布的空心管（7），所述空心管（7）内设有空腔，所述空腔内设有可轴向伸缩的螺杆（9），所述螺杆（9）一端连接于金属波纹管（3），另一端设有处于空心管（7）内部空腔的螺纹套管（94），所示螺纹套管（94）两端分别设有套接于螺杆（9）的弹簧一（95）、弹簧二（96）；

当管道补偿器安装于两根管道时，所述弹簧一（95）、弹簧二（96）及橡胶波纹管（6）均处于自由状态；

所述空心管（7）的侧部还设有导通于空心管（7）内部空腔、且轴向分布的长孔（531），所述螺纹套管（94）的侧部设有延伸至长孔（531）的定位销（941），当管道补偿器安装于两根管道时，所述定位销（941）处于长孔（531）的中间位置。

2.根据权利要求1所述的适用于高频振动的组合型管道补偿器，其特征在于：所述金属波纹管（3）的一端设有若干圆形骨架（33），所述橡胶波纹管（6）套接于圆形骨架（33），且相邻圆形骨架（33）之间橡胶波纹管（6）的外表面环槽处还设有至少两个环形拉簧一（34）。

3.根据权利要求2所述的适用于高频振动的组合型管道补偿器，其特征在于：所述端部法兰二（5）的一端设有安装管（51），所述橡胶波纹管（6）的一端套接于安装管（51），且橡胶波纹管（6）外表面环槽处还设有环形拉簧二（52）。

4.根据权利要求1所述的适用于高频振动的组合型管道补偿器，其特征在于：所述螺杆（9）通过连接环（8）连接于金属波纹管（3）的环槽处，所述连接环（8）的厚度小于金属波纹管（3）环槽的轴向间隙，所述连接环（8）包括两个半环，两个半环的一端通过连接环铰接轴（82）铰接，另一端通过连接环螺钉（81）连接；

所述螺杆（9）穿过连接环（8）。

5.根据权利要求4所述的适用于高频振动的组合型管道补偿器，其特征在于：所述连接环（8）至少有三个，所述螺杆（9）穿过所有连接环（8），相邻连接环（8）之间通过套接于螺杆（9）的橡胶垫（93）连接，所述连接环（8）的两侧还分别设有螺母一（91）、螺母二（92）。

6.根据权利要求1所述的适用于高频振动的组合型管道补偿器，其特征在于：所述金属波纹管（3）的一端通过连接段一（31）套接于径向调节管（2），所述径向调节管（2）通过调节管法兰（21）连接端部法兰一（1），且调节管法兰（21）与端部法兰一（1）之间设有密封圈（22）；

所述端部法兰一（1）中心孔的直径大于径向调节管（2）内孔的直径，且调节管法兰（21）可相对于端部法兰一（1）中心径向调节并密封固定；

所述密封圈（22）固定连接于调节管法兰（21）的端部；

所述连接段一（31）通过卡箍组件（4）紧固于径向调节管（2）；

所述端部法兰一（1）设有螺杆一（11），所述调节管法兰（21）通过压盖（12）连接于螺杆一（11）。

7.根据权利要求6所述的适用于高频振动的组合型管道补偿器，其特征在于：所述卡箍组件（4）包括外卡箍（41）、设置于外卡箍（41）内部的内卡箍（42），所述外卡箍（41）的内孔是锥形孔（411），所述内卡箍（42）设有若干阵列分布的切槽（421）；

所述外卡箍（41）的外沿设有连接耳板一（412），所述内卡箍（42）的外沿设有连接耳板二（422）；所述连接耳板一（412）、连接耳板二（422）之间通过螺栓连接。

8.根据权利要求1所述的适用于高频振动的组合型管道补偿器，其特征在于：所述弹簧一（95）、弹簧二（96）的弹性系数相同，所有弹簧一（95）的弹性系数等于所有弹簧二（96）的弹性系数，也等于金属波纹管（3）的弹性系数。

9.根据权利要求5所述的适用于高频振动的组合型管道补偿器的安装方法，其特征在于：包含以下步骤：

测量安装处两管道端部之间的轴向距离L、径向距离D；

将径向调节管（2）调节至相对于端部法兰一（1）的径向距离D；

调节金属波纹管（3）相对于径向调节管（2）的轴向位置，并调节螺杆（9）相对于螺纹套管（94）、连接环（8）之间的轴向位置，使定位销（941）处于长孔（531）中心位置时，橡胶波纹管（6）处于自然伸缩状态，且端部法兰一（1）、端部法兰二（5）安装面的长度等于轴向距离L；

旋紧螺母一（91）、螺母二（92）；

将端部法兰一（1）、端部法兰二（5）以相应的角度分别安装于两根管道。

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