技术领域
[0001] 本
发明涉及一种双向多功能位移吸收补偿器，属于热
力管道补偿装置的技术领域，具体说属于石油、化工、轻工、热力、
冶金等行业中使用的热力管道补偿装置结构的技术领域。
背景技术
[0002] 热力管道因传输的介质具有很大的
温度变化，必然引起管道的热胀冷缩，管道伸缩
变形是以不利于管道安全运行的轴向推力或轴向位移形式出现。常规情况下，热力管道中都设有管道补偿装置以吸收或补偿管道变形。
现有技术的管道补偿器有多种结构形式，都含有吸收或补偿管道变形的能力。目前市场上常见的有以下几种补偿器：1.球形补偿器、2.波纹补偿器、3.套筒式补偿器、4.旋转补偿器。其中：
[0003] 《球形补偿器》，应用范围很局限，特别是压力损失比较大。
[0004] 《波纹补偿器》，在实际应用中由于管道
应力较大，运行时始终处在受力状态，易爆裂；且与采用原始∏形自然补偿方式一样投资及压力损失都比较大。
[0005] 《套筒补偿器》，由于结构老式且老式的结构与
密封性能欠佳，
泄漏现象较普遍，在防腐环节方面也较薄弱。
[0006] 《旋转补偿器》，性能良好；具有补偿量大、布置灵活、特别是在长输架空管道中应用优势化较明显；但也存在不足：其一是内管与变径管的接合部位两者间隙过大，
流体介质在运动中该部位会产生
涡流，这样就增加了流体介质的压力损失。其二是旋转补偿器由于是径向工作原理，在管道中应用布置时必须占用一定空间；且每组补偿器安装点都必须加设疏
水阀；这样又增加了管网的造价和压损；特别是在埋地管道上根本无法得到普遍应用。
发明内容
[0007] 本发明针对现有技术的不足提供了一种双向多功能位移吸收补偿器。可有效解决现有技术中由于管道应力过大容易发生爆裂；密封性能不稳定，易泄漏，防腐欠缺；且必须占用较大空间，在埋地管道上根本无法普遍应用等等缺点；实现消除管道应力，增强密封
稳定性，提高防腐性能，扩大适用范围和多功能的特点，节省投资和运行成本；真正使管网运行安全、可靠、节能的目的。
[0008] 为达到上述目的本发明的技术方案是：
[0009] 一种双向多功能位移吸收补偿器，包括：内管和外管，还包括防腐内管、防腐外管、内管、外
套管、内管封头、密封填料、内管凸外环、
钢球、外套管内承台、密封填料、外套管钢球、
弹簧压盖
法兰、防腐外管固定梁、绝热垫、
螺栓螺母A、螺栓螺母B、弹簧及弹簧导杆、压料法兰、外套管法兰、钢球、滑动组件、密封填料、组合骨架和保温填料组件；
[0010] 所述的外套管外环的两端分别依次一体同时设有外套管法兰和组合骨架，该外套管法兰上环设有外环设有凹槽的滑动组件，所述的凹槽内设置有至少一个钢球；外套管内侧的两端分别一体设有横截面为矩形的外套管内承台；该组合骨架截面为L型，该L型一侧与所述的外套管法兰的一侧面形成一空间部分，该L型另一侧环设有与滑动组件一侧顶抵的密封填料，该外套管法兰上均匀分布复数通孔；
[0011] 所述的内管中心对称设置在该外套管两端，该内管外环依次设有防腐外管固定梁、内管凸外环和内管封头，所述的密封填料设置于该内管封头与内管凸外环之间，该内管凸外环外环面设有凹槽，凹槽内置有至少一个钢球；所述的压料法兰与弹簧压盖法兰环设于所述的内管外环面并位于该防腐外管固定梁和内管凸外环之间，该压料法兰、弹簧压盖法兰端面均匀分布有通孔，至少一个所述的弹簧及弹簧导杆位于两者之间并穿过所述的通孔，一端沉头嵌于所述的空间部分中，另一端通过螺栓螺母B紧扣连接固定；
[0012] 所述的密封填料设置于外套管内承台、压料法兰、内管外环面和外套管法兰内侧围成的空间内；弹簧压盖法兰的内环面设有凹槽，凹槽内置有复数钢球；
[0013] 所述的防腐内管套设于外套管的外环面，两端与所述的组合骨架搭接并与所述的密封填料呈顶抵状态，与所述的组合骨架搭接形成的空间内设置保温填料组件；
[0014] 所述的防腐外管套设在所述的防腐内管外环面两端，该防腐外管轴向截面呈L型，一端与该防腐外管固定梁紧固连接，该防腐外管固定梁和防腐外管
接触端面之间设有绝热垫。
[0015] 该防腐外管一侧端面上均匀分布至少一个通孔，所述的螺栓螺母A通过所述的通孔及对应设置在所述防腐外管固定梁端面上均匀分布的对应通孔与该防腐外管固定梁紧扣连接固定。
[0016] 该滑动组件外环凹槽内设置的钢球的尺寸为R＝6mm～8mm，且该钢球顶抵防腐外管内壁。
[0017] 该外套管内承台位于所述的密封填料与内管凸外环之间。
[0018] 所述的外套管呈圆柱型管状，其组合骨架凸设于该圆柱型管状两端的外环面并进一步延伸凸设有外套管法兰。
[0019] 该组合骨架外环套设有的密封填料外环表面顶抵防腐外管内壁。
[0020] 该防腐外管固定梁位于远离内管凸外环端的内管端口外环处并紧固结合于其外环表面上。
[0021] 该防腐外管套压在滑动组件、钢球、密封填料和防腐内管端口的外环表面上。
[0022] 该防腐内管、防腐外管材质为玻璃钢聚脂、合成耐腐材料或钢材包覆耐腐材料。
[0023] 该内管封头固设于内管端口处使内管端口处呈钩状，内管封头截面的外观呈斜边为弧形状的三
角形状，一侧直角端面与所述的密封填料顶抵；该密封填料内壁紧扣内管外环，外环顶抵外套管内壁。
[0024] 该内管凸外环外环面凹槽内置钢球顶抵外套管内壁，其钢球尺寸为R＝6mm～8mm。
[0025] 该密封填料设于内管外环与外套管端口内侧之间围成的腔内；一端紧压在外套管内承台的一侧端面，另一端顶抵压料法兰的压料端面。
[0026] 该弹簧及弹簧导杆中的弹簧为
碟形弹簧或盘式弹簧。
[0027] 该弹簧压盖法兰凹槽内置钢球顶抵内管的外环，其钢球尺寸为R＝6mm～8mm。
[0028] 该密封填料、密封填料、密封填料为高纯度油浸柔性
石墨，耐温性能：液
氧为-180℃、液氮为-190℃，高温在氧化性气氛中为500℃，在非氧化性介质中为1600℃，
摩擦系数小于0.5，产品组装时其肖氏硬度在45～55之间，
抗拉强度：≥4.0MPa，抗压强度：≥80.MPa，。
[0029] 该内管对称设置于外套管内壁两端，其对称端口近端距离为160mm～640mm之间；其对称端口远端距离为1330mm～1500mm之间。
[0030] 采用本发明的技术方案由于外套管整体同轴套在两个内管上，与两个内管的一端分别搭接上，使两个内管与外套管相对于外套管中心对称，即两边搭接部分(长度)相同；同时防腐内管又同轴套在内管上，两个防腐外管套在防腐内管的两端，使两个防腐外管与防腐内管相对于防腐内管中心对称，即两边搭接部分(长度)相同；两个防腐外管同时分别与对应侧的内管通过设置在内管上的防腐外管固定梁利用螺栓螺母固定；这样的结构实际上将吸收补偿器分成A、B两组，A、B两组分别由固定成一体的内管和与其对应的防腐外管组成，由于他们是分别同轴套在对应的外套管和防腐内管的两端，因此在吸收热的过程中会产生从外套管和防腐内管的两端分别同轴地向其中心方向的相对位移，轴向移动，以减缓
热压力对管道的破坏。内管封头、密封填料、内管凸外环、钢球和内管以及防腐外管固定梁和防腐外管和相对应的A、B组部件均可同步进行右左、左右位移。采用这样的结构具有无内压推力、摩阻小，密封性能稳定，热损小、耐
腐蚀，无方向约束，吸收位移量大，管道运行安全可靠；既可作为轴向运行吸收位移使用，又可作为径向旋转运行吸收位移使用的多功能特点。
附图说明
[0031] 图1为本发明在吸收热位移前的结构示意图；
[0032] 图2为本发明在吸收热位移后的结构示意图。
[0033] 附图中标记说明：
[0034] 1.防腐内管
[0035] 2.防腐外管
[0036] 3.内管
[0037] 4.外套管
[0038] 5.内管封头
[0039] 6.密封填料
[0040] 7.内管凸外环
[0041] 8.钢球
[0042] 9.外套管内承台
[0043] 10.密封填料
[0044] 11.外套管钢球
[0045] 12.弹簧压盖法兰
[0046] 13.防腐外管固定梁
[0047] 14.绝热垫
[0048] 15.螺栓螺母A
[0049] 16.螺栓螺母B
[0050] 17.弹簧及弹簧导杆
[0051] 18.压料法兰
[0052] 19.外套管法兰
[0053] 20.钢球
[0054] 21.滑动组件
[0055] 22.密封填料
[0056] 23.组合骨架
[0057] 24.保温填料组件
具体实施方式
[0058] 下面结合附图对本发明的技术方案详细描述如下。
[0059] 如图1、图2所示为本发明在吸收热位移前的结构示意图和在吸收热位移后的结构示意图。从图中可看出本发明包括防腐内管1、防腐外管2、内管3、外套管4、内管封头5、密封填料6、内管凸外环7、钢球8、外套管内承台9、密封填料10、外套管钢球11、弹簧压盖法兰12、防腐外管固定梁13、绝热垫14、螺栓螺母A15、螺栓螺母B16、弹簧及弹簧导杆17、压料法兰18、外套管法兰19、钢球20、滑动组件21、密封填料22、组合骨架23、和保温填料组件24；
[0060] 所述的外套管4为管状结构，外环的两端分别依次一体同时设有外套管法兰19和组合骨架23，即外套管4的管状结构两端分别由外向内依此设置外套管法兰19和组合骨架23，形成两外套管法兰19在外，两组合骨架23在内的结构；该外套管法兰19上环设有外环设有凹槽的滑动组件21，所述的凹槽内设置有至少一个钢球20；该滑动组件21固定在外套管法兰19外环上，固定的方式可采用套压合或套接后
点焊接固定，钢球20在凹槽内顺序排列如
轴承状；外套管4内侧的两端靠近端口处分别一体凸设有横截面为矩形的外套管内承台9；该组合骨架23截面为L型(L型开口朝外)，该L型一侧与所述的外套管法兰19的一侧面围合形成一空间部分，空间部分的横截面为长方型(如图1)，该L型另一侧(外环表面)环设有与滑动组件21一侧顶抵的密封填料22，该外套管法兰19上均匀分布复数通孔；
[0061] 所述的内管3中心对称设置在该外套管4两端，即该外套管4的两端内侧分别套接两个相同尺寸和同轴内管3(如图1)，该内管3外环依次设有防腐外管固定梁13、内管凸外环7和内管封头5，所述的密封填料6设置于该内管封头5与内管凸外环7之间，该内管凸外环7外环面设有凹槽，凹槽内置有至少一个钢球8(复数钢球8环绕该凹槽形成如轴承状)；所述的压料法兰18与弹簧压盖法兰12环设于所述的内管3外环面并位于该防腐外管固定梁13和内管凸外环7之间，压料法兰18呈L形状，L型短端顶抵住密封填料10一侧，该压料法兰18、弹簧压盖法兰12环套在内管3上，其端面均匀分布有通孔，至少一个所述的弹簧及弹簧导杆17位于两者之间并穿过所述的通孔，一端沉头嵌于所述的空间部分中或与外套管4一端固定，另一端通过螺栓螺母B16紧扣连接固定；
[0062] 所述的密封填料10设置于外套管内承台9、压料法兰18、内管3外环面和外套管法兰19内侧围成的空间内；弹簧压盖法兰12的内环面设有凹槽，凹槽内置有复数钢球11以形成轴承状；
[0063] 所述的防腐内管1套设于外套管4的外环面，两端与所述的组合骨架23搭接并与所述的密封填料22呈两端顶抵状态(如图1)，由于组合骨架23凸设于外套管4外环表面，防腐内管1与所述的组合骨架23搭接形成的空间内设置保温填料组件24；
[0064] 所述的防腐外管2套设在所述的防腐内管1外环面两端，防腐内管1两端分别套设有防腐外管2，该防腐外管2轴向截面呈L型，一端与该防腐外管固定梁13紧固连接，该防腐外管固定梁13和防腐外管2接触端面之间设有绝热垫14。
[0065] 该防腐外管2一侧端面(L型短端)上均匀分布至少一个通孔，所述的螺栓螺母A15通过所述的通孔及对应设置在所述防腐外管固定梁13端面上均匀分布的对应通孔与该防腐外管固定梁13紧扣连接固定，使防腐外管2与对应的内管3固定结合形成一体。
[0066] 该滑动组件21外环凹槽内设置的钢球20的尺寸为R(半径)＝6mm～8mm(mm＝毫米)，且该钢球20顶抵防腐外管2内壁。
[0067] 该外套管内承台9截面为矩形，位于所述的密封填料10与内管凸外环7之间。
[0068] 所述的外套管4呈圆柱型管状，其组合骨架23凸设于该圆柱型管状两端的外环面并进一步延伸凸设有外套管法兰19，即从外套管4外环表面中心向两端依次为组合骨架23和外套管法兰19。
[0069] 该组合骨架23外环套设有的密封填料22外环表面顶抵防腐外管2内壁。
[0070] 该防腐外管固定梁13位于远离内管凸外环7端的内管3端口外环处并紧固结合于其外环表面上(例如
焊接在内管3外环表面)。
[0071] 该防腐外管2套压在滑动组件21、钢球20、密封填料22和防腐内管1端口的外环表面上。
[0072] 该防腐内管1、防腐外管2材质为玻璃钢聚脂、合成耐腐材料或钢材包覆耐腐材料。
[0073] 该内管封头5固设于内管3端口处使内管3端口处呈钩状，内管封头5截面的外观呈斜边为弧形状的三角形状，一侧直角端面与所述的密封填料6顶抵；该密封填料6内壁紧扣内管3外环，外环顶抵外套管4内壁。
[0074] 该内管凸外环7外环面凹槽内置至少一个钢球8(可形成如轴承环状)顶抵外套管4内壁，其钢球8尺寸为R＝6mm～8mm。
[0075] 该密封填料10设于内管3外环与外套管4端口内侧之间围成的腔内；一端紧压在外套管内承台9的一侧端面，另一端顶抵压料法兰18的压料端面。
[0076] 该弹簧及弹簧导杆17中的弹簧为碟形弹簧或盘式弹簧。
[0077] 该弹簧压盖法兰12凹槽内置钢球11顶抵内管3的外环，其钢球8尺寸为R＝6mm～8mm。
[0078] 该密封填料6、密封填料10、密封填料22为高纯度油浸柔性石墨，耐温性能：液氧(-180℃)、液氮(-190℃)，高温在氧化性气氛中为500℃，在非氧化性介质中为1600℃，摩擦系数小于0.5，产品组装时其肖氏硬度在45～55之间，抗拉强度：≥4.0MPa，抗压强度：≥80MPa。
[0079] 该内管3对称设置于外套管4内壁两端，其对称端口近端距离为160mm～640mm之间；其对称端口远端距离为1330mm～1500mm之间。
[0080] 从整体结构上来说，外套管4整体同轴套在两个内管3上，与两个内管3的一端分别搭接上，使两个内管3与外套管4相对于外套管4中心对称，即两边搭接部分(长度)相同；同时防腐内管1又同轴套在内管1上，两个防腐外管2套在防腐内管1的两端，使两个防腐外管2与防腐内管1相对于防腐内管1中心对称，即两边搭接部分(长度)相同；两个防腐外管2同时分别与对应侧的内管3通过设置在内管3上的防腐外管固定梁13利用螺栓螺母固定；这样的结构实际上将吸收补偿器分成了如图1或图2所示的A、B两组，A、B两组分别由固定成一体的内管3和与其对应的防腐外管2组成，由于他们是分别同轴套在对应的外套管4和防腐内管1的两端，因此在吸收热的过程中会产生从外套管4和防腐内管1的两端分别同轴地向其中心方向的相对位移，轴向移动(如图2所示)，以减缓热压力对管道的破坏。
[0081] 沿内管3外环面通过螺栓螺母B16固定设置的弹簧压盖法兰12和压料法兰18夹持的弹簧及弹簧导杆17的结构在A、B组的位移中由于其弹簧及弹簧导杆17的沉头沉入外套管法兰19与组合骨架23形成的空间中，实际是与其固定成一体，因此在内管3和防腐外管2沿外套管4和防腐内管1的一端向其中心位移移动时可充分保证移动过程同步且同轴；同时利用钢球8、钢球11和密封填料6、密封填料11辅助内管3的位移；利用钢球20、滑动组件21和密封填料22辅助防腐外管2的位移，以确保整个位移的过程是同轴同步的。
[0082] 本发明的技术方案在实施时由于外套管4、外套管法兰19、外套管内承台9为一体结构；内管3靠近内端外环设有内管凸外环7，内管凸外环7外环面设有凹槽，凹槽内置有钢球8顶抵外套管4内壁；
[0083] 第一步：将加工好的半成品内管3内带着内管凸外环7、钢球8一起插入加工好的半成品外套管4筒体内，并在内管3与外套管4两者间的槽内嵌入密封填料6，再将加工好的半成品内管封头5压抵至外套管4筒体顶抵密封填料6端面及内管3的端面，使密封填料6的内环紧扣内管3外环，密封填料6的外环顶抵外套管4内壁；同时将内管封头5与内管3进行焊接固定，使内管封头5与内管3成为一体；接着将内管封头5、内管凸外环7与内管3带着密封填料6及钢球8进一步推入外套管4筒体，使内管凸外环7端面靠近外套管内承台9的端面。
[0084] 第二步：将密封填料10嵌入外套管4靠外端与内管3之间的槽内，使密封填料10内端面紧抵外套管内承台9的端面，再将加工好的压料法兰18套至内管3外环，使压料法兰18的压料端紧抵密封填料10，然后再将加工好的弹簧压盖法兰12带着钢球11套至内管3的外环，同时在压料法兰18与弹簧压盖法兰12端面之间安置弹簧及弹簧导杆17，并采用油压机顶至弹簧压盖法兰12，经过适当加压使弹簧压盖法兰12顶压弹簧及弹簧导杆17并使压料法兰18的端面紧压密封填料10的端面，同时使密封填料10的内壁紧扣内管3的外环，密封填料10的外环顶抵外套管4的内壁；然后由螺栓螺母B16中的螺栓依次穿过弹簧压盖法兰12、压料法兰18及外套管法兰19的端面设有相对应的数孔内，然后通过螺栓螺母B16中的螺母紧扣连接固定牢固。
[0085] 第三步：加工好的组合骨架23固定(可焊接)在内管3外环的
指定部位；接着密封填料22套扣在组合骨架23外环的环面，使密封填料22的端面紧抵组合骨架23外环的端面，(包括相对应的B组工序同A组)。然后将组装好的A、B组主结构部份进行外套管4同轴拼装焊接，使A组、B组组成为一整体。然后接着进行保温填料24的填充同时套装防腐内管1，并使防腐内管1的一端内环扣压在组合骨架23外环外端环面，内管1的端头顶抵组合骨架23外环的端面；防腐内管1的另一端内环扣压在与组合骨架23相对应的B组部件外环外端环面，内管1的另一端头顶抵与组合骨架23相对应的B组部件外环端面。
[0086] 第四步：将加工好的带着螺栓螺母A15中的螺栓防腐外管固定梁13焊接在内管3外环的指定部位；并在螺栓螺母A15中螺栓上套上绝热垫14；然后将加工好的防腐外管2套附至滑动组件21、钢球20、密封填料22及防腐内管1的外环，并使防腐外管2L形短端的端面设有的与防腐管固定圈梁13上带着有螺栓螺母A15中螺栓相对应的数孔套附在螺栓螺母A15中螺栓上再由螺栓螺母A15中的螺母紧扣连接固定；(第四步B组工序同A组)。
[0087] 最后进行防腐外管2L形长端外环面与防腐外管2L形短端的外端面、包括内管3靠外端的外环面外露的两端面在内的耐腐包覆层；(包括玻璃布聚脂缠绕，
喷涂、涂涮耐腐材料)。
[0088] 这种工艺与结构使：
[0089] 1、所述的外套管4、外套管法兰19、外套管内承台9、组合骨架23与(B组)相对应的部件最终成为一整体结构；为内管封头5、密封填料6、内管凸外环7、钢球8、内管3及防腐外管固定梁13和防腐外管2和相对应的B组部件进行同步右左、左右位移提供了必要的条件。
[0090] 2、所述的弹簧压盖法兰12、压料法兰18及外套管法兰19通过螺栓螺母16B紧扣连接固定为一整体结构；防腐外管2通过螺栓螺母15A与内管3外环上的腐外管固定梁13紧扣连接固定，使内管3与防腐外管2成为一体结构；这二个整体结构件与相对应的B组二个整体结构部件为内管封头5、密封填料6、内管凸外环7、钢球8、内管3及防腐外管2和相对应的B组部件进行同步右左、左右位移提供了足够的同轴扶正强度。
[0091] 3、所述的钢球8、钢球11及钢球20和相对应的B组部件在内管3等件与相对应的B组部件进行同步右左、左右位移时起到了重要的同轴导向、扶正、减小摩阻的功效。
[0092] 4、所述的密封填料6和相对应的B组部件；简称为：(移动
密封件)，它具有在位移时的润滑性及位移前、位移时、位移后的可靠密封性能。
[0093] 5、所述的密封填料10和密封填料22与相对应的B组件；简称为：(固定密封件)，它更具备了环面与端面的双重密封效功。进一步确保了可靠的密封性能。
[0094] 6、所述的保温填料24与、绝热垫14；具备了
隔热、保温和节能的功效。
[0095] 7、所述的防腐内管2与防腐外管2充分起到了主结构件的防腐功效。
[0096] 8、所述的内管封头5的弧形外端与相对应的B组部位的弧形外端消除了由于管道安装时留在管道内的残渣卡夹在吸收位移量空间中的可能性。
[0097] 9、本发明具有无内压推力、摩阻小，密封性能稳定，热损小、耐腐蚀，无方向约束，吸收位移量大，管道运行安全可靠；既可作为轴向运行吸收位移使用，又可作为径向旋转运行吸收位移使用的多功能特点。
