专利名称：水电站超大口径引水压力钢管伸缩装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种管道伸缩装置，特别是一种水电站超大口径引水压力钢管伸缩装置。
背景技术：
众所周知，在长管道工程中，要考虑环境对管道的影响，尤其是温度影响管道热胀冷缩和支承构架的移位，使管道产生变形。对大容量水力发电装置来说，为适应厂、坝间不均勻变形，在各引水压力钢管上需要设置有伸缩装置，该伸缩装置必须满足强度、刚度、稳定性、变形疲劳寿命及密封性能的严格要求，这是显示工程中存在的一个难题。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提出一种水电站超大口径引水压力钢管伸缩装置，能满足大容量水力发电装置中坝间引水压力钢管的强度、刚度、稳定性、变形疲劳寿命及密封性的要求。为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案一种水电站超大口径引水压力钢管伸缩装置，包括一根中间管及其前后端的伸缩节，其特征在于所述的前后端的伸缩节结构相同，均为波纹管水封联橡胶填料水封双重结构的波纹伸缩节，该波纹管水封联橡胶填料水封双重结构的波纹伸缩节是不锈钢波纹管水封系统与橡胶填料水封系统构成双重水封的套筒式双向伸缩节。上管水封系统的结构是所述的中间管的两端分别连接两个波纹管的一端，两个波纹管的另一端分别连接两个端管，该两个端管为一个上游端管和一个下游端管。上述的波纹管为薄壁结构，由2 6层，壁厚为1 2mm的U形不锈钢薄板构成， 波高为90mm 110mm，波纹数为2 3个。上述的波纹管外侧两波纹间，设置一个波纹加强环，该波纹加强环的内孔边缘呈半圆形而与波纹管的波谷相接接触。上述的中间管两端部外侧各焊接一个加强环。上述的两个波纹管外侧各有一个保护外套管，该保护外套管是一个外套管的一端通过一个外侧端环和肋板分别与上游端管和下游端管焊接成一体，外套管的另一端焊接一个内侧端环，内侧端环的内孔与中间管滑配，两个保护外套管分别将两个波纹管、波纹加强环和加强环包容在其内腔中。上述的中间管的两端内壁与上、下游端管内壁之间各有一个导流筒，两导流筒的一端与中间管或上游端管焊接，另一端呈悬臂而分别中间管或下游端管内壁滑配。上述的导流筒与中间管或上、下游端管焊接的环焊缝上，沿圆周设置了 80 100 块阻裂板，该阻裂板厚度为8 12mm，呈椭圆形，其长轴为100 120mm，短轴为60 80mm。上述的橡胶填料水封系统的结构是一个与所述内侧端环固定连接成一体的填料套管组件通过螺栓螺母连接一个压圈组件，在中间管外壁、内侧端环外壁、填料套管组件内壁和压圈组件端壁间形成的环形腔中安置一个橡胶组件。上述的填料套管组件的结构是内侧端环(10)焊接一个填料套管，该填料套管上焊接一个法兰圈，该法兰圈通过周向均布的加强筋板与内侧端环焊接，法兰圈上周向均布螺栓穿孔；所述的压圈组件的结构是中间管外壁上滑配一个压圈，该压圈中部焊接一个连接环，该连接环上周向均布的螺栓穿孔与法兰圈上的螺栓穿孔项对应，通过螺栓和螺母实现连接环与法兰圈的可调连接；所述橡胶组件是由多个橡胶圈并列构成，即为普通橡胶圈遇水膨胀橡胶圈和普通橡胶圈三段并列组合构成；这些橡胶圈的内孔侧粘有聚四氟乙烯薄膜。上述的中间管前后端的伸缩节之间设置有双向限位装置，该双向限位装置的结构是在中间管两端的外套管上各周向均布多个推杆连接座，中间管中部周向均布安装两个相对的推杆支承板，推杆连接座与推杆支承板之间连接一根限位推杆，该限位推杆与推杆连接座之间通过限位调节螺母可调位连接，两个相对的推杆支承板之间安置一块限位挡块。本实用新型与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和优点本实用新型的伸缩节采用不锈钢波纹管水封系统与橡胶填料水封系统构成双重水封的套筒式双向伸缩节，该两个系统的结构均能满足强度、刚度、稳定性、变形疲劳寿命及密封性的要求。 其波纹管本身强度能承受引水管的内压，波纹管的特性能补偿伸缩节所在管道的轴向和横向的位移，解决了厂坝之间一次性地质变位及压力钢管因安装焊接应力、水头压力和四季水流温差产生的顺水流向和径向位移补偿问题。波纹管外侧设有保护外套管，确保波纹管的使用寿命。在波纹管内侧设有导流筒，减少流阻。橡胶填料水封系统构成第二道压力密封，其密封橡胶圈中有遇水膨胀橡胶圈，密封性能好。而且橡胶圈的内孔侧粘复聚四氟乙烯薄膜，以减少运动阻力。为防止因阻尼不同而引起单侧波纹管位移过大。伸缩节沿圆周方向上下游间设有双向限位装置。
图1是本实用新型一个实施例的外形示意图。图2是图1中A— A处的剖视图。图3为图2中波纹管处的三维局部结构图。图4为图2的三维局部剖视图。
具体实施方式
本实用新型的一个优选实施例结合附图详述如下实施例1 参见图1和图2，本水电站超大口径引水压力钢管伸缩装置，包括一根中间管2及其前后端的伸缩节5、4)，所述的前后端的伸缩节5、4结构相同，均为波纹管水封联橡胶填料水封双重结构的波纹伸缩节，该波纹管水封联橡胶填料水封双重结构的波纹伸缩节是不锈钢波纹管水封系统与橡胶填料水封系统构成双重水封的套筒式双向伸缩节。实施例2 本实施例与实施例1基本相同，特别之处如下所述的不锈钢波纹管水封系统的结构是所述的中间管2的两端分别连接两个波纹管19的一端，两个波纹管19的另一端分别连接两个端管，该两个端管为一个上游端管1和一个下游端管3。所述的波纹管19为薄壁结构，由2 6层，壁厚为1 2mm的U形不锈钢薄板构成，波高为90mm 110mm， 波纹数为2 3个。所述的波纹管19外侧两波纹间，设置一个波纹加强环18，该波纹加强环18的内孔边缘呈半圆形而与波纹管19的波谷相抵触。实施例3 参见图2和图3，本实施例与实施例2基本相同，特别之处如下所述的中间管2两端部外侧各焊接一个加强环9。所述的两个波纹管19外侧各有一个保护外套管，该保护外套管是一个外套管8的一端通过一个外侧端环7和肋板6分别与上游端管1 和下游端管3焊接成一体，外套管8的另一端焊接一个内侧端环10，内侧端环10的内孔与中间管2滑配，两个保护外套管分别将两个波纹管19、波纹加强环18和加强环9包容在其内腔中。所述的中间管2的两端内壁与上、下游端管1、3内壁之间各有一个导流筒20，两导流筒20的一端与中间管2或上游端管1焊接，另一端呈悬臂而分别与中间管2或下游端管3内壁滑配。所述的导流筒20与中间管2或上游端管1焊接的环焊缝上，沿圆周设置了 80 100块阻裂板21，该阻裂板21厚度为8 12mm，呈椭圆形，其长轴为100 120mm，短轴为60 80mm。实施例4 参见图2，本实施例与实施例3基本相同，特别之处如下所述的橡胶填料水封系统的结构是一个与所述内侧端环10固定连接成一体的填料套管组件通过螺栓螺母连接一个压圈组件，在中间管2外壁、内侧端环10外壁、填料套管组件内壁和压圈组件端壁间形成的环形腔中安置一个橡胶组件7。所述的填料套管组件的结构是内侧端环10 焊接一个填料套管12，该填料套管12上焊接一个法兰圈13，该法兰圈13通过周向均布的加强筋板11与内侧端环10焊接，法兰圈13上周向均布螺栓穿孔；所述的压圈组件的结构是中间管2外壁上滑配一个压圈14，该压圈14中部焊接一个连接环16，该连接环16上周向均布的螺栓穿孔与法兰圈13上的螺栓穿孔项对应，通过螺栓和螺母实现连接环16与法兰圈13的可调连接；所述橡胶组件17是由多个橡胶圈并列构成，即为普通橡胶圈遇水膨胀橡胶圈和普通橡胶圈三段并列组合构成；这些橡胶圈的内孔侧粘有聚四氟乙烯薄膜。实施例5 参见图4，本实施例与实施例3基本相同，特别之处如下所述的中间管 2前后端的伸缩节5、4之间设置有双向限位装置，该双向限位装置的结构是在中间管2两端的外套管8上各周向均布多个推杆连接座22，中间管2中部周向均布安装两个相对的推杆支承板23，推杆连接座22与推杆支承板23之间连接一根限位推杆M，该限位推杆M与推杆连接座22之间通过限位调节螺母25可调位连接，两个相对的推杆支承板23之间安置一块限位挡块26。实施例6 参见图1、图2、图3和图4，本本水电站超大口径引水压力钢管伸缩装置应用于向家坝水电站单机容量800MW，是目前国内最大容量的水力发电装置。为适应厂、 坝间不均勻变形，在各引水钢管末端、厂房上游边墙处设有Φ12200波纹伸缩节。设计内水压力1.5MPii，橡胶填料水封与波纹管之间的外水压力0.75 MPa，顺水流抽最大相对位移 y=20，径向最大相对位移y=13，最大位移循环次数大于1000次。伸缩节结构特点为保证水电站的安全可靠，本实用新型装置中的波纹伸缩节采用“波纹管水封+ 橡胶填料水封”双重结构方案，即结构型式为不锈钢波纹管水封+橡胶填料水封系统双重水封的套筒式双向伸缩节。要求伸缩节的波纹管系统和套筒填料部分均满足强度、刚度、稳定性、变形疲劳寿命及密封性能的设计条件。A.波纹管水封系统波纹管根据国际GB/T12777-2008和美国《EJMA》标准，设计为复式自由型(GB/ T12777-2008中4. 1. 2条)，即由中间管所连接的两个波纹管及端管组成。每个波纹管为薄壁(每层为1. 5m/m壁厚)，多层(实际为4层)，加强U型结构，波纹材料为SUS304不锈钢。波高为100m/m，波距为100m/m，波纹数为2个。波纹管本身强度能承受引水管的内压；同时由于波纹的特性，能补偿波纹伸缩节两端管道的轴向和横向的位移。这样解决厂和坝之间一次性地质变位及压力钢管因安装焊接应力，水头压力和四季水流温差产生的顺水流向和径向位移补偿问题。B.在波纹管外侧，上、下游各设置一个加强的保护外套管，这个外套管同时也是第二道水封(即橡胶填料水封)的压力边界和支承座。为了保护波纹管，并减少波纹管段内表面对水流流动的影响，在上、下游波纹管段的钢管内侧各设置一个与压力钢管内表面齐平的导流筒，减少流阻。橡胶填料水封是当波纹管水封一旦发生泄漏时，才作为第二道压力密封边界起作用的。密封垫料采用组合橡胶(即普通橡胶+遇水膨胀橡胶+普通橡胶等三段组合)，而且这些橡胶的内孔侧贴复聚四氟乙烯薄膜以减少运动阻力。C.为防止因阻尼不同而引起单侧波纹管位移过大，伸缩节沿园周围方向上、下游各设置双向限位装置。同时，为便于检测波纹管泄漏情况，外套管底部设信号孔。目前，该波纹管伸缩节已分别于2010年6月和10月通过设计审查和型式试验(含压力试验和带压疲劳试验)，最近将进入安装阶段。
权利要求1.一种水电站超大口径引水压力钢管伸缩装置，包括一根中间管(2)及其前后端的伸缩节(5、4)，其特征在于所述的前后端的伸缩节(5、4)结构相同，均为波纹管水封联橡胶填料水封双重结构的波纹伸缩节，该波纹管水封联橡胶填料水封双重结构的波纹伸缩节是不锈钢波纹管水封系统与橡胶填料水封系统构成双重水封的套筒式双向伸缩节。
2.根据权利要求1所述的水电站超大口径引水压力钢管伸缩装置，其特征在于所述的不锈钢波纹管水封系统的结构是所述的中间管(2)的两端分别连接两个波纹管(19)的一端，两个波纹管(19)的另一端分别连接两个端管，该两个端管为一个上游端管(1)和一个下游端管(3)。
3.根据权利要求2所述的水电站超大口径引水压力钢管伸缩装置，其特征在于所述的波纹管(19)为薄壁结构，由2 6层，壁厚为1 2mm的U形不锈钢薄板构成，波高为 90mm 110mm，波纹数为2 3个。
4.根据权利要求3所述的水电站超大口径引水压力钢管伸缩装置，其特征在于所述的波纹管(19)外侧两波纹间，设置一个波纹加强环(18)，该波纹加强环(18)的内孔边缘呈半圆形而与波纹管(19)的波谷相接触。
5.根据权利要求4所述的水电站超大口径引水压力钢管伸缩装置，其特征在于所述的中间管(2 )两端部外侧各焊接一个加强环(9 )。
6.根据权利要求5所述的水电站超大口径引水压力钢管伸缩装置，其特征在于所述的两个波纹管(19)外侧各有一个保护外套管，该保护外套管是一个外套管(8)的一端通过一个外侧端环(7)和筋板(6)分别与上游端管(1)和下游端管(3)焊接成一体，外套管(8)的另一端焊接一个内侧端环(10)，内侧端环(10)的内孔与中间管(2)滑配，两个保护外套管分别将两个波纹管(19)、波纹加强环(18)和加强环(9)包容在其内腔中。
7.根据权利要求2所述的水电站超大口径引水压力钢管伸缩装置，其特征在于所述的中间管(2)的两端内壁与上、下游端管(1、3)内壁之间各有一个导流筒(20)，两导流筒(20) 的一端与中间管(2 )或上游端管(1、3 )焊接，另一端呈悬臂而分别中间管(2 )或下游端管 (1、3)内壁滑配。
8.根据权利要求7所述的水电站超大口径引水压力钢管伸缩装置，其特征在于所述的导流筒(20)与中间管(2)或上、下游端管(1、3)焊接的环焊缝上，沿圆周设置了 80 100 块阻裂板(21)，该阻裂板(21)厚度为8 12mm，呈椭圆形，其长轴为100 120mm，短轴为 60 80mm。
9.根据权利要求1所述的水电站超大口径引水压力钢管伸缩装置，其特征在于所述的橡胶填料水封系统的结构是一个与所述内侧端环(10)固定连接成一体的填料套管组件通过螺栓螺母连接一个压圈组件，在中间管(2)外壁、内侧端环(10)外壁、填料套管组件内壁和压圈组件端壁间形成的环形腔中安置一个橡胶组件(7)。
10.根据权利要求9所述的水电站超大口径引水压力钢管伸缩装置，其特征在于所述的填料套管组件的结构是内侧端环(10)焊接一个填料套管(12)，该填料套管(12)上焊接一个法兰圈(13)，该法兰圈(13)通过周向均布的加强筋板(11)与内侧端环(10)焊接，法兰圈(13)上周向均布螺栓穿孔；所述的压圈组件的结构是中间管(2)外壁上滑配一个压圈 (14)，该压圈(14)中部焊接一个连接环(16)，该连接环(16)上周向均布的螺栓穿孔与法兰圈(13)上的螺栓穿孔项对应，通过螺栓和螺母实现连接环(16)与法兰圈(13)的可调连接；所述橡胶组件(17)是由多个橡胶圈并列构成，即为普通橡胶圈遇水膨胀橡胶圈和普通橡胶圈三段并列组合构成；这些橡胶圈的内孔侧粘有聚四氟乙烯薄膜。
11.根据权利要求1所述的水电站超大口径引水压力钢管伸缩装置，其特征在于所述的中间管(2)前后端的伸缩节(5、4)之间设置有双向限位装置，该双向限位装置的结构是 在中间管(2)两端的外套管(8)上各周向均布多个推杆连接座(22)，中间管((2)中部周向均布安装两个相对的推杆支承板(23)，推杆连接座(22)与推杆支承板(23)之间连接一根限位推杆(24)，该限位推杆(24)与推杆连接座(22)之间通过限位调节螺母(25)可调位连接，两个相对的推杆支承板(23)之间安置一块限位挡块(26)。
专利摘要本实用新型涉及一种水电站超大口径引水压力钢管伸缩装置。它包括一根中间管及其前后端的伸缩节，所述的前后端的伸缩节结构相同，均为波纹管水封联橡胶填料水封双重结构的波纹伸缩节，该波纹管水封联橡胶填料水封双重结构的波纹伸缩节是不锈钢波纹管水封系统与橡胶填料水封系统构成双重水封的套筒式双向伸缩节。本实用新型能满足大容量水力发电装置中坝间引水压力钢管的强度、刚度、稳定性、变形疲劳寿命及密封性的要求。
文档编号F16L51/03GK202182285SQ20112028338
公开日2012年4月4日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者娄一峰, 徐韦, 陆鸣, 陈叔刚, 马力维, 鲍乐 申请人:上海永鑫波纹管有限公司