CN107514517B - 一种低应力低流阻旁通直管压力平衡型膨胀节 - Google Patents
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Abstract
一种低应力低流阻旁通直管压力平衡型膨胀节，将一级环板改进为封头结构，二级环板改进为锥段结构，所述的一级环板与一级外管对接焊接，所述的二级环板的一端与一级外管对接焊接，二级环板的另一端与二级外管对接焊接，与进口管组件相连接的接管组件的盲板端上设有一个向进口管组件进口侧凸起的导流板，与出口管组件相连接的接管组件的盲板端上设有一个向出口管组件出口侧凸起的导流板该结构既能保证旁通直管压力平衡型膨胀节的补偿能力，又能提高膨胀节承压结构件和焊缝的承压能力，同时还降低了膨胀节的材料成本和制造成本，降低膨胀节的安全风险，提高膨胀节的安全可靠性。
Description
技术领域
本发明属于石油化工和城镇供热膨胀节低应力结构技术领域，特别涉及一种低应力低流阻旁通直管压力平衡型膨胀节。
背景技术
现有旁通直管压力平衡型膨胀节主要有进口管组件、一级环板、接管、一级外管、工作波纹管、二级环板、平衡波纹管、二级外管、出口端环组件、出口管组件和调整杆组成，主要用来吸收管道轴向位移，同时平衡波纹管产生的的压力推力，降低管线受力。在旁通直管压力平衡型膨胀节工作过程中，膨胀节的一级环板、二级环板、一级外管、二级外管和出口端环及它们之间的连接焊缝均承受内压，为保证环板、外管及连接焊缝的承压强度，一、二环板通过外部设置加强筋板的型式增加环板强度，而承压部件的连接焊缝主要是搭接焊缝和T型焊缝，以上结构均属于高应力结构，增大了膨胀节的运行风险，损害管线的安全运行。现有旁通直管压力平衡型膨胀节通过改变介质流向，波纹管受外压实现轴向大位移补偿，但是增加了流阻。为了减小流阻，旁通直管压力平衡型膨胀节将进口面积、开口面积和流通面积大致相等。而流向依旧是4个90度转弯，在这些部位介质容易产生涡流，增大流阻。随着石油化工和城镇集中供热技术的发展，膨胀节的安全运行直接影响管道的安全性。因此需要设计一种低应力、低流阻结构，安全性能较高的膨胀节产品，该产品不但能满足膨胀节的补偿热位移能力，而且各个承压结构件处于低应力状态且流阻小，提高膨胀节产品的安全性和实用性，结构简单的新型膨胀节。
图1为现有旁通直管压力平衡型膨胀节示意图，该型式膨胀节的承压结构件采用环板，而焊缝主要是搭接焊缝Ⅰ和T型焊缝Ⅱ，该结构和焊缝类型属于高应力结构，增大了膨胀节的运行风险，直接损害管线的安全运行。进口面积A、开口面积A1 A3、流通面积A2大致相等，且流向改变4次，流阻较大，导致旁通直管压力平衡型膨胀节实际应用不高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种低应力低流阻旁通直管压力平衡型膨胀节，将一级环板改进为封头结构，二级环板改进为锥段结构，增加导流板，该结构既能保证旁通直管压力平衡型膨胀节的补偿能力，又能提高膨胀节承压结构件和焊缝的承压能力，同时还降低了膨胀节的材料成本和制造成本，降低膨胀节的安全风险，提高膨胀节的安全可靠性。
为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种低应力低流阻旁通直管压力平衡型膨胀节，膨胀节包括进口管组件、一级环板、外管、工作波纹管、平衡波纹管、出口端环组件、出口管组件、以及接管，工作波纹管的两端通过接管分别与进口管组件和出口管组件连接，在出口管组件上套设有平衡波纹管，在工作波纹管和平衡波纹管的外部套设有外管，所述的外管由一级外管、二级环板和二级外管组成，一级外管的内径大于二级外管的内径，一级外管套设在工作波纹管外侧，二级外管套设在平衡波纹管外侧，一级外管的一端与一级环板的一端连接，一级环板的另一端与进口管组件的外壁连接，一级外管的另一端与二级环板的一端连接，二级环板的另一端与二级外管的一端连接，二级外管的另一端与出口端环组件的一端连接，出口端环组件的另一端与出口管组件的外壁之间设有间隙，在进口管组件和出口管组件上设有介质流通口，进口管组件和出口管组件与外管的内腔连通，一级环板为封头结构，二级环板为锥段结构，所述的一级环板与一级外管对接焊接，所述的二级环板的一端与一级外管对接焊接，二级环板的另一端与二级外管对接焊接，与进口管组件相连接的接管组件的盲板端上设有一个向进口管组件进口侧凸起的导流板，与出口管组件相连接的接管组件的盲板端上设有一个向出口管组件出口侧凸起的导流板。
本发明所述的介质流通口为四角为圆倒角的长条形口，介质流通口的中心线与膨胀节的轴线平行。
本发明所述的导流板为封头结构。
本发明有益效果是：为了提高旁通直管压力平衡型膨胀节的安全性和实用性，保证膨胀节波纹管的稳定运行，降低管道流动阻力，本发明提供了一种低应力、低流阻旁通直管压力平衡型膨胀节，将一级环板改进为封头结构，二级环板改进为锥段结构，搭接焊缝Ⅰ和T型焊缝Ⅱ均改进为对接焊缝Ⅰ’和Ⅱ’。首先，封头和锥段的承压能力均高于环板，其次，对接焊缝的承压能力也高于搭接焊缝和T型焊缝，且焊接难度低。通过以上结构改进，不但有效提高膨胀节承压结构件和焊缝的承压能力，降低了膨胀节的材料成本和制造成本，有效降低膨胀节的安全风险。
在膨胀节进出口盲板处设置导流板，同时膨胀节所有开口面积和流通面积的尺寸设计，避免介质产生涡流，有效降低流阻，提高了旁通直管压力平衡型膨胀节的安全实用性，降低管系运行的成本。
附图说明
图1为现有技术旁通直管压力平衡型膨胀节的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图中：1、进口管组件，2、一级环板，3、接管，4、一级外管，5、工作波纹管，6、二级环板，7、平衡波纹管，8、二级外管、9、出口端环组件、10、出口管组件，11、调整杆，12、导流板，Ⅰ、搭接焊缝，Ⅱ、T型焊缝，Ⅰ’、对接焊缝，Ⅱ’、对接焊缝。
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。
一种低应力低流阻旁通直管压力平衡型膨胀节，膨胀节包括进口管组件1、一级环板2、外管、工作波纹管5、平衡波纹管7、出口端环组件9、出口管组件10、以及接管3，工作波纹管5的两端通过接管3分别与进口管组件1和出口管组件10连接，在出口管组件10上套设有平衡波纹管7，在工作波纹管5和平衡波纹管7的外部套设有外管，所述的外管由一级外管4、二级环板6和二级外管8组成，一级外管4的内径大于二级外管8的内径，一级外管4套设在工作波纹管5外侧，二级外管8套设在平衡波纹管7外侧，一级外管4的一端与一级环板2的一端连接，一级环板2的另一端与进口管组件1的外壁连接，一级外管4的另一端与二级环板6的一端连接，二级环板6的另一端与二级外管8的一端连接，二级外管8的另一端与出口端环组件9的一端连接，出口端环组件9的另一端与出口管组件10的外壁之间设有间隙，在进口管组件1和出口管组件10上设有介质流通口，进口管组件1和出口管组件10与外管的内腔连通，介质通过进口管组件1进入膨胀节，通过进口管组件1上的介质流通口进入外管内对工作波纹管和平衡波纹管产生外压，再通过出口管组件10的介质流通口流入出口管组件10，再从出口管组件10流出，一级环板2为封头结构，二级环板6为锥段结构，所述的一级环板2与一级外管4对接焊接，所述的二级环板6的一端与一级外管4对接焊接，二级环板6的另一端与二级外管8对接焊接。对接焊接是指两个直段对着焊接，因此，一级环板2与一级外管4的焊接处的一段为直段，其余段为平滑过渡的弧段，而二级环板6的首端与尾端分别为直管段、中间段为锥段。与进口管组件1相连接的接管组件3的盲板端上设有一个向进口管组件1进口侧凸起的导流板12，接管组件3由接管和接管相连接的盲板组成，接管接在工作波纹管的两端，盲板的轴线与管道的轴线重合，与出口管组件10相连接的接管组件3的盲板端上设有一个向出口管组件10出口侧凸起的导流板12，工作波纹管出口改为锥段结构，可以有效将介质进行导流，可以有效降低流阻，导流板的结构可按封头形状进行设置。
在管线面积设计方面，在保证管线安装空间的前提下，将介质流向的下游方向的管线面积稍大于上有方向，也有助于降低流阻。
管线面积：A＜A1=A3≤A2 A＜A1=A3≤A4
由流阻公式：Δpf=(ξρu^2)/2,可知
流阻与速度的平方成正比，流速越低，流阻就越低。
通过以上设计改进，有效降低了膨胀节的流动阻力，提高了膨胀节的安全实用性。
介质流通口为四角为圆倒角的长条形口，介质流通口的中心线与膨胀节的轴线平行，从介质流通口流出的介质，防止在介质流通口四周产生涡流，进一步降低流阻。
一种低应力低流阻旁通直管压力平衡型膨胀节主要由进口管组件、封头、接管、一级外管、工作波纹管、锥段、平衡波纹管、二级外管、出口端环组件、出口管组件和调整杆组成。通过将承压环板改进为封头和锥段，连接焊缝改进为对接焊缝，有效提高膨胀节承压结构件和焊缝的承压能力，同时还降低了膨胀节的材料成本和制造成本，有效降低膨胀节的安全风险，提高了膨胀节的安全可靠性，保证管系的正常运行。
如图2所示，膨胀节承压结构件改进为封头，锥段，焊缝类型改进为对接焊缝Ⅰ’、对接焊缝Ⅱ’，管线面积（A1 A3 A2 A4）的尺寸设计，提高膨胀节承压结构件和焊缝的承压能力，降低了膨胀节的材料成本和制造成本，降低膨胀节的安全风险，提高膨胀节的安全可靠性。
Claims (2)
1.一种低应力低流阻旁通直管压力平衡型膨胀节，膨胀节包括进口管组件（1）、一级环板（2）、外管、工作波纹管（5）、平衡波纹管（7）、出口端环组件（9）、出口管组件（10）、以及接管组件（3），工作波纹管（5）的两端通过接管组件（3）分别与进口管组件（1）和出口管组件（10）连接，在出口管组件（10）上套设有平衡波纹管（7），在工作波纹管（5）和平衡波纹管（7）的外部套设有外管，所述的外管由一级外管（4）、二级环板（6）和二级外管（8）组成，一级外管（4）的内径大于二级外管（8）的内径，一级外管（4）套设在工作波纹管（5）外侧，二级外管（8）套设在平衡波纹管（7）外侧，一级外管（4）的一端与一级环板（2）的一端连接，一级环板（2）的另一端与进口管组件（1）的外壁连接，一级外管（4）的另一端与二级环板（6）的一端连接，二级环板（6）的另一端与二级外管（8）的一端连接，二级外管（8）的另一端与出口端环组件（9）的一端连接，出口端环组件（9）的另一端与出口管组件（10）的外壁之间设有间隙，在进口管组件（1）和出口管组件（10）上设有介质流通口，进口管组件（1）和出口管组件（10）与外管的内腔连通；
其特征在于：
一级环板（2）为封头结构，二级环板（6）为锥段结构，一级外管（4）和二级外管（8）为直管结构，所述的一级环板（2）与一级外管（4）对接焊接，所述的二级环板（6）的一端与一级外管（4）对接焊接，二级环板（6）的另一端与二级外管（8）对接焊接；
与进口管组件（1）相连接的接管组件（3）的盲板端上设有一个向进口管组件（1）进口侧凸起的导流板（12），与出口管组件（10）相连接的接管组件（3）的盲板端上设有一个向出口管组件（10）出口侧凸起的导流板（12），导流板（12）为封头结构。
2.如权利要求1所述的一种低应力低流阻旁通直管压力平衡型膨胀节，其特征在于：所述的介质流通口为四角为圆倒角的长条形口，介质流通口的中心线与膨胀节的轴线平行。
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