CN212510012U - 一种感知型柔性管道系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于智能工业管道技术领域，具体涉及一种感知型柔性管道系统，柔性管道系统中复式约束型膨胀节一端通过管法兰与设备口法兰连接，另一端连接弯头，弯头的另一端通过第一直管连接单式铰链型膨胀节，单式铰链型膨胀节的另一端连接第二直管，第二直管经管道固定点固定；管法兰与设备口法兰之间有两个连接螺栓为智能螺栓，连接位置在应力分析计算的特定螺栓孔。本实用新型在保证管道具有足够柔性吸收位移应变的前提下避免管道受扭，使管道安装长度尽可能短；智能螺栓既作为管道与设备口连接的螺栓，又作为设置在监测区域的无线传感器节点，通过无线传感器网络就可以实时感知管道与设备的法兰连接状态。

Description

一种感知型柔性管道系统

技术领域

本实用新型属于智能工业管道技术领域，具体涉及一种感知型柔性管道系统。

背景技术

工业管道布置既要满足工艺及管道和仪表流程图的要求，又要满足便于生产操作、安装及维修的要求。在车间内或装置内为了适应满足上述要求的特定空间，经常将连接设备且具有热胀冷缩的管道布置成直角或钝角走向。这种管道无法自然补偿管道本身的热胀冷缩位移叠加设备管口附加的平动线位移和转动角位移。而且在苛刻工况下，管道因柔性不足及变形受到约束产生过大的应力，会引起管道破坏或管法兰连接处泄漏；同时，管道过大的作用力和力矩会使设备承受超过许用范围的荷载而影响正常运行，还有可能导致支吊架破坏。所以为保障系统安全，需要设计一种自身具有充分柔性且能够实时感知管法兰连接状态的智能感知型柔性管道系统。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种感知型柔性管道系统，是一种以附加有线位移和角位移的设备管口为端点，整体走向为直角或钝角的管道系统。

本实用新型是这样实现的，提供一种感知型柔性管道系统，包括复式约束型膨胀节和单式铰链型膨胀节，复式约束型膨胀节一端通过管法兰与设备口法兰连接，另一端连接弯头，弯头的另一端通过第一直管连接单式铰链型膨胀节，单式铰链型膨胀节的销轴垂直于感知型柔性管道系统所在平面，单式铰链型膨胀节的另一端连接第二直管，第二直管经管道固定点固定；

管法兰与设备口法兰之间通过若干螺栓连接，其中有两个螺栓为智能螺栓，两个智能螺栓的连接位置在：管法兰承受的管道系统外部荷载的最大合弯矩所在平面，在法兰密封面的投影线，与法兰螺栓孔中心圆的两交点距离最近的2个螺栓孔。

进一步优选，所述弯头为直角弯头，感知型柔性管道系统整体在空间呈直角走向。

进一步优选，所述弯头为钝角弯头，感知型柔性管道系统整体在空间呈钝角走向。

进一步优选，所述复式约束型膨胀节垂直安装时，所述管法兰水平安装，两个所述智能螺栓安装在：管法兰承受的管道系统外部荷载的最大合弯矩所在平面，在法兰密封面的投影线，与法兰螺栓孔中心圆的两交点对应的2个螺栓孔。

进一步优选，所述复式约束型膨胀节非垂直安装时，所述管法兰非水平安装，两个所述智能螺栓安装在：管法兰承受的管道系统外部荷载的最大合弯矩所在平面，在法兰密封面的投影线，与法兰螺栓孔中心圆的两交点距离最近的2个螺栓孔。

进一步优选，在所述复式约束型膨胀节和所述单式铰链型膨胀节之间的管路上，安装有弹性管道支吊架。

进一步优选，还包括信号接收及发射装置和信号接收处理终端设备，两个所述智能螺栓将螺栓荷载信号传递给信号接收及发射装置，信号接收及发射装置将信号传递给信号接收处理终端设备进行处理。

进一步优选，所述复式约束型膨胀节为复式万向铰链型膨胀节或拉杆大于等于2根的复式拉杆型膨胀节。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

一方面，在保证管道具有足够柔性吸收位移应变的前提下，不但避免管道受扭，而且使管道安装长度尽可能短；另一方面，在管法兰的特定螺栓孔应用智能螺栓，既作为管道与设备口连接的螺栓，又作为设置在监测区域的无线传感器节点，继而通过无线传感器网络就可以实时感知管道与设备的法兰连接状态；第三点，通过本实用新型只需两个智能螺栓即可准确监测法兰连接状态，从而节约成本。

附图说明

图1为实施例1提供的感知型柔性管道系统结构图；

图2为实施例1中最大合弯矩平面投影线与管法兰的法兰螺栓孔中心圆相交示意图；

图3为实施例2提供的感知型柔性管道系统结构图；

图4为图3的左视图(不包括设备口法兰)；

图5为实施例3提供的感知型柔性管道系统结构图；

图6为实施例3中最大合弯矩平面投影线与管法兰的法兰螺栓孔中心圆相交示意图；

图7为智能螺栓、信号接收及发射装置和信号接收处理终端设备连接关系图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的具体实施例中，管道系统采用单线图画法，膨胀节的表示选择了常用图例，·表示管道相邻连接件的对焊焊缝，×表示管道固定点。

实施例1、

参考图1和图2，本实施例提供一种感知型柔性管道系统，在空间为直角走向，包括复式万向铰链型膨胀节1和单式铰链型膨胀节2，复式万向铰链型膨胀节1垂直安装(Y轴垂直)，一端通过密封面水平向上的管法兰3与设备口法兰4连接，其另一端连接直角弯头5，所述弯头5另一端通过第一直管6连接水平安装的单式铰链型膨胀节2，其销轴垂直于该管道系统所在平面(XY平面)，所述单式铰链型膨胀节2的另一端连接第二直管7，第二直管7固定于管道固定点8并在外侧预留有必要的接续长度。智能螺栓9共有2个，安装在所述管法兰3的特定螺栓孔，具体安装位置为：对一种感知型柔性管道系统进行管道应力分析，计算确认作用在管法兰3的管道系统外部荷载的最大合弯矩，该弯矩所在平面在法兰密封面的投影线与法兰螺栓孔中心圆的两交点对应的2个螺栓孔。本实施例中，投影线与法兰螺栓孔中心圆在水平的XZ平面与X轴成夹角α。

智能螺栓9为无线智能螺栓，集信息采集、处理、通信功能为一体，包括传感器模块、处理器模块、无线通信模块、电源模块，一个无线智能螺栓就是无线传感器网络的一个传感器节点，只要满足上述功能的智能螺栓均可以用到本实用新型中。智能螺栓9安装位置选择的理论依据为：管道系统的法兰连接为轴对称结构，系统在工作运行时除过流体压力，诸如管道的重量和热膨胀等外部荷载以轴向力和弯矩的形式作用在法兰连接上。在流体压力、轴向力和弯矩这三种荷载中，非轴对称的弯矩会导致法兰连接处最苛刻的荷载工况。其作用方式为：外部合弯矩所在平面与法兰密封面的交线也就是合弯矩在法兰面的投影线，考虑管道系统的压力以及温度，在法兰连接的全部螺栓中，投影线一端引起对应连接处螺栓附加的拉伸荷载，此处螺栓荷载为圆周均布的螺栓中最大或最小；投影线另一端引起对应连接处螺栓附加的压缩荷载，此处螺栓荷载为圆周均布的螺栓中最小或最大。这样，外部合弯矩在法兰面的投影线与法兰螺栓孔中心圆的两交点是螺栓荷载变化最敏感的两个点，所以将具有感知能力的两个智能螺栓9安装于此。

本实用新型的智能感知方式为：参考图7，给安装在管法兰3的2个智能螺栓9配备一个本地信号接收及发射装置11，该本地信号接收及发射装置11接收智能螺栓9的信号，并将信号远程传输至信号接收处理终端设备12，该信号接收处理终端设备12对收到信号进行最终处理，进而由观察者根据螺栓荷载对比安全阈值来判断法兰连接状态。

本实用新型的柔性工作过程为：当装置从安装或停运状态到启动运行时，管道及其相连接的设备都因温度变化而发生热胀冷缩，即管道自身的热胀冷缩再叠加设备管口附加的组合位移，需要在设备口法兰4至管道固定点之间被吸收。复式万向铰链型膨胀节1能吸收沿X轴和Z轴的线位移以及绕X轴和Z轴的角位移；此时单式铰链型膨胀节2因销轴垂直于管道系统所在的XY平面，使其能且只能吸收绕Z轴的角位移；这样，复式万向铰链型膨胀节1不能吸收的沿Y轴的线位移因两种膨胀节都可绕Z轴做角变形而被吸收。因此，本实用新型提供的感知型智能柔性管道系统，一方面完全避免了管道承受扭转荷载，另一方面管道系统具有的柔性使其通过变形完全吸收了组合位移。

所述设备口法兰4，是一种感知型柔性管道系统的一端位移边界，因设备自身的安装方位和实际的工况条件，而使与其连接的管道系统在工作时端点附加有沿X轴、Y轴和Z轴的线位移以及绕X轴和Z轴的角位移，形成该感知型智能柔性管道系统的组合式端点附加位移。

所述管道支吊架10是弹性支架，对管道的支点落在所述弯头5或所述第一直管6范围内，用于支承管道系统的垂直荷载以调整设备口法兰连接的受力和力矩，防止发生泄漏或损坏，同时又满足管道系统在支吊点可以自由位移的要求。

所述管道固定点8，是一种感知型柔性管道系统的另一端位移边界，负责吸收管道的荷载并控制位移的方向。

所述第二直管7，一端连接单式铰链型膨胀节2，另一端在管道固定点8外侧预留有一段自由长度，用于连接装置的其他管道。

所述复式万向铰链型膨胀节1和单式铰链型膨胀节2可依标准GB/T 12777进行选用。

实施例2、

如图3和图4，本实施例与实施例1的主要区别在于，本实施例中，所述一种感知型柔性管道系统所在平面与垂直的XY平面成夹角θ，因设备口法兰4附加有沿Y轴和Z轴的线位移以及绕Z轴的角位移，所述复式约束型膨胀节1具体选用仅带有2根拉杆的复式拉杆型膨胀节，且使该2根拉杆在XZ平面内相互平行，所述复式拉杆型膨胀节水平安装(Y轴垂直)，一端通过垂直安装的管法兰3与设备口法兰4连接。

所述智能螺栓9共有2个，安装在所述管法兰3的特定螺栓孔，具体位置为：对一种感知型柔性管道系统进行管道应力分析，计算确认作用在管法兰3的管道系统外部荷载的最大合弯矩，该弯矩所在平面在法兰密封面的投影线与法兰螺栓孔中心圆的两交点距离最近的2个螺栓孔。

当法兰非水平安装时螺栓孔有跨中要求，此时两交点不一定刚好落在螺栓孔里，本实施例中，选择投影线与法兰螺栓孔中心圆的两交点距离最近的2个螺栓孔，如图4所示，安装孔中心连线与水平成夹角β。

所述复式拉杆型膨胀节可依标准GB/T 12777进行选用。

实施例3、

如图5和图6所示，本实施例与实施例1的主要区别在于，本实施例中，所述一种感知型柔性管道系统在空间为钝角走向。

所述复式万向铰链型膨胀节1的下端通过密封面水平向下的管法兰3与设备口法兰4连接，自下而上垂直安装(Y轴垂直)，其另一端连接钝角弯头5，所述弯头5另一端通过第一直管6连接单式铰链型膨胀节2，因而单式铰链型膨胀节2与复式万向铰链型膨胀节1在垂直的XY平面内成钝角布置。

所述管道支吊架10是弹性吊架，对管道的吊点落在所述弯头5及所述第一直管6范围内，用于承担管道系统的垂直荷载以调整设备口法兰连接的受力和力矩，防止发生泄漏或损坏，同时又满足管道系统在支吊点可以自由位移的要求。

本实施例中，经管道应力分析计算确认作用在管法兰3的管道系统外部荷载的最大合弯矩的投影线与法兰螺栓孔中心圆有两个交点，即2个智能螺栓安装孔中心连线在水平的XZ平面与X轴成夹角γ。

Claims (8)

1.一种感知型柔性管道系统，其特征在于，包括复式约束型膨胀节(1)和单式铰链型膨胀节(2)，复式约束型膨胀节(1)一端通过管法兰(3)与设备口法兰(4)连接，另一端连接弯头(5)，弯头(5)的另一端通过第一直管(6)连接单式铰链型膨胀节(2)，单式铰链型膨胀节(2)的销轴垂直于感知型柔性管道系统所在平面，单式铰链型膨胀节(2)的另一端连接第二直管(7)，第二直管(7)经管道固定点(8)固定；

管法兰(3)与设备口法兰(4)之间通过若干螺栓连接，其中有两个螺栓为智能螺栓(9)，两个智能螺栓(9)的连接位置在：管法兰(3)承受的管道系统外部荷载的最大合弯矩所在平面，在法兰密封面的投影线，与法兰螺栓孔中心圆的两交点距离最近的2个螺栓孔。

2.如权利要求1所述的感知型柔性管道系统，其特征在于，所述弯头(5)为直角弯头，感知型柔性管道系统整体在空间呈直角走向。

3.如权利要求1所述的感知型柔性管道系统，其特征在于，所述弯头(5)为钝角弯头，感知型柔性管道系统整体在空间呈钝角走向。

4.如权利要求2或3所述的感知型柔性管道系统，其特征在于，所述复式约束型膨胀节(1)垂直安装时，所述管法兰(3)水平安装，两个所述智能螺栓(9)安装在：管法兰(3)承受的管道系统外部荷载的最大合弯矩所在平面，在法兰密封面的投影线，与法兰螺栓孔中心圆的两交点对应的2个螺栓孔。

5.如权利要求2或3所述的感知型柔性管道系统，其特征在于，所述复式约束型膨胀节(1)非垂直安装时，所述管法兰(3)非水平安装，两个所述智能螺栓(9)安装在：管法兰(3)承受的管道系统外部荷载的最大合弯矩所在平面，在法兰密封面的投影线，与法兰螺栓孔中心圆的两交点距离最近的2个螺栓孔。

6.如权利要求1所述的感知型柔性管道系统，其特征在于，在所述复式约束型膨胀节(1)和所述单式铰链型膨胀节(2)之间的管路上，安装有弹性管道支吊架(10)。

7.如权利要求1所述的感知型柔性管道系统，其特征在于，还包括信号接收及发射装置(11)和信号接收处理终端设备(12)，两个所述智能螺栓(9)将螺栓荷载信号传递给信号接收及发射装置(11)，信号接收及发射装置(11)将信号传递给信号接收处理终端设备(12)进行处理。

8.如权利要求1所述的感知型柔性管道系统，其特征在于，所述复式约束型膨胀节(1)为复式万向铰链型膨胀节或拉杆大于等于2根的复式拉杆型膨胀节。

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