一种空间管线的位移补偿装置的制作方法

本发明涉及一种管线连接装置，尤其是一种位移补偿装置，具体的说是一种空间管线的位移补偿装置。

背景技术：

进行管道设计时，在保证管道具有足够柔性来吸收位移应变的前提下，为了使管道的长度尽可能短或投资尽可能小，通过选用补偿器来增加管道柔性是达到上述效果的常用措施。目前在城镇供热管网和企事业单位所属的热力公用管道上，以及新型公共建筑内穿越隔震层或者进出共同沟的蒸汽或热水管道，类似管道出入热电厂或区域锅炉房以及沿市政道路进入热力站等，经常需要按道路走向布置管线，存在既要转角又要调整标高的特定空间位置。因此，所选的补偿器一方面要吸收所属膨胀段内百毫米量级大位移，另一方面要满足特定走向管线的布置空间限制。常规的布置方法是选用旋转补偿器或选用波纹管膨胀节。如选用旋转补偿器，则必须改造管路，占用更多空间，容易造成压力损失；如选用波纹管膨胀节，则因其本身成本高价格贵，造成总的位移补偿性价比降低。因此，需要设计一种全新的位移补偿装置，以便满足该类管线的安装需求。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种空间管线的位移补偿装置，可有效满足在大位移的管线转角且又改变标高的特定位置安装管线的需求，且补偿量大，结构紧凑，压力损失小，使总的位移补偿性价比最高。

本发明的技术方案是：

一种空间管线的位移补偿装置，包括旋转补偿器和单式铰链膨胀节，所述旋转补偿器的一端连接外管i，其另一端与弯头i的一端相连；该弯头i的另一端通过直管i与所述单式铰链膨胀节的一端相连；该单式铰链膨胀节的另一端与弯头ii的一端相连；该弯头ii的另一端通过直管ii与外管ii相连；所述旋转补偿器与所述弯头i所在平面和所述单式铰链膨胀节与所述弯头ii所在平面在空间相互垂直；所述单式铰链膨胀节的铰链销轴与所述旋转补偿器的旋转轴线在空间保持平行；所述旋转补偿器紧邻所述外管i的固定支架。

进一步的，所述弯头i为长半径弯头；所述单式铰链膨胀节的铰链销轴与所述旋转补偿器的旋转轴线之间的平行净距大于2dn。

进一步的，所述弯头i为短半径弯头；所述单式铰链膨胀节的铰链销轴与所述旋转补偿器的旋转轴线之间的平行净距大于1.5dn。

进一步的，还包括支承组件i，该支承组件i包括相互连接的滚动支座和fⅰ型可变弹簧支架；所述滚动支座位于所述fⅰ型可变弹簧支架的上方，且与所述直管ii相连；该连接处垂直中心线与弯头ii的两中心线交点之净距小于5dn。

进一步的，还包括支承组件ii，该支承组件ii包括相互连接的线接触弯头支座和fⅱ型可变弹簧支架；所述线接触弯头支座包括管状立柱和弧形板；该立柱的下端与所述弧形板上端面相连，且上端与所述弯头i相连；该弧形板的下端面与所述fⅱ型可变弹簧支架的滚轮保持线接触。

进一步的，所述弧形板的曲率半径与所述单式铰链膨胀节的铰链销轴至所述fⅱ型可变弹簧支架的滚轮顶部的距离相当。

进一步的，所述弯头i为90°弯头；所述弯头ii为任意角度弯头。

进一步的，所述旋转补偿器与所述弯头i的连接方向为使介质从所述旋转补偿器自身的芯管端流向其外套管端。

本发明的有益效果：

本发明设计合理，结构简单，使用方便，可有效满足在大位移管线转角且又改变标高的特定位置安装管线的需求，且补偿量大，结构紧凑，压力损失小，使总的位移补偿性价比最高。

附图说明

图1是本发明实施例一的正视图和左视图。

图2是本发明实施例一的动作原理示意图。

图3是本发明实施例二的正视图和左视图。

图4是图3中的a向视图。

图5是本发明实施例二的摆动示意图。

图6是本发明实施例三的正视图和左视图。

图7是本发明实施例三的摆动示意图。

其中：1-外管i；2-旋转补偿器；3-弯头i；4-直管i；5-单式铰链膨胀节；6-弯头ii；7-直管ii；8-外管ii；9-支承组件i；10-支承组件ii；101-立柱；102-弧形板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

如图1所示，一种空间管线的位移补偿装置，包括旋转补偿器2和单式铰链膨胀节5。所述旋转补偿器2的一端连接外管i1，其另一端与弯头i3的一端相连；该弯头i3的另一端通过直管i4与所述单式铰链膨胀节5的一端相连；该单式铰链膨胀节5的另一端与弯头ii6的一端相连；该弯头ii6的另一端通过直管ii7与外管ii8相连；所述旋转补偿器2与所述弯头i3所在平面和所述单式铰链膨胀节5与所述弯头ii6所在平面在空间相互垂直；所述旋转补偿器2紧邻所述外管i1的固定支架，具体为：当dn≤1000mm时，所述旋转补偿器2距固定支架的净距≤2dn；当dn＞1000mm时，所述旋转补偿器2距固定支架的净距≤1dn，且均保证环焊缝距固定支架的净距≥50mm。

所述旋转补偿器2与所述弯头i3连接后形成旋转臂，且连接方向为使介质从旋转补偿器2自身的芯管端流向其外套管端。

所述单式铰链膨胀节5与直管i4及弯头ii6相连，再连接直管ii7而形成摆动臂。

所述单式铰链膨胀节5的铰链销轴与旋转补偿器2旋转轴线在空间保持平行，且两轴线的平行净距为：弯头i3的半径+直管i4的长度+直管i4至单式铰链膨胀节5铰链销轴的长度，也就是摆动臂的摆动半径r。其中，直管i4的长度可用来调整摆动半径r。此处规定：当弯头i3为长半径弯头时，摆动半径r大于2dn；当弯头i3为短半径弯头时，摆动半径r大于1.5dn。

所述弯头i3为90°弯头；所述弯头ii6为任意角度弯头。

如图2所示，为本发明的动作演示，其中：a点为与旋转补偿器2紧邻的固定点；b点为弯头i3的两中心线交点；c点为单式铰链膨胀节5的铰链销轴投影点；d点为弯头ii6的两中心线交点；e点为直管ii7所属长直管线的远端固定点。当长直管段de在操作工况下因热胀冷缩产生轴向线位移时，推动弯头ii6沿ed方向移动，相应地带动单式铰链膨胀节5以波纹管自身角位移的方式，使铰链销轴以bc为摆动半径绕b点摆动。同时，旋转补偿器2与弯头i3连接端和旋转补偿器2与外管i1连接端，也就是旋转补偿器2自身的芯管与外套管，以ab为轴线发生相对旋转。同时，ab段的微量线膨胀因为弯头i3的存在而自然补偿，bd段的微量线膨胀在单式铰链膨胀节5发生角位移时同步释放。

实施例二。

如图3、图4和图5所示，本实施例与实施例一的结构基本相同，区别之处在于：在所述直管ii7上距离所述弯头ii6的两中心线交点净距小于5dn的范围内设置支承组件i9。所述支承组件i9的上部为滚动支座，下部为fⅰ型可变弹簧支架。在安装点可提供跟随所述弯头ii6上下位移的全程垂直弹性支承，且在支承点水平位移方向形成滚动摩擦，可满足管道较大或较重时，因位移补偿装置的上述动作导致相关刚性支架脱空而引起应力超标的需要。所述滚动支座选用gb/t17116.2-2018，型式185；所述fⅰ型可变弹簧支架选用nb/t47039-2013。

实施例三。

如图6和图7所示，本实施例与实施例一的结构基本相同，区别之处在于：在所述弯头i上设置支承组件ii，所述的支承组件ii包括线接触弯头支座和下部的fⅱ型可变弹簧支架。所述线接触弯头支座包括管状立柱101和弧形板102；该立柱101的下端焊接在所述弧形板102上端面上，其上端与所述弯头i3下部焊接连接，且立柱101的中心线与直管i4的中心线共线；该弧形板102的下端面与所述fⅱ型可变弹簧支架的滚轮保持线接触。所述弧形板102以铰链销轴至fⅱ型可变弹簧支架滚轮顶部的距离为曲率半径，与fⅱ型可变弹簧支架的滚轮构成全位移线接触的滚动摩擦副，在位移补偿动作全程提供垂直弹性支承。所述fⅱ型可变弹簧支架选用nb/t47039-2013。

如图2、图5和图7所示，当单式铰链膨胀节5发生角位移θ，旋转补偿器2同时发生旋转角θ。由角位移θ，可得到长直管段de的线位移△l：

△l＝r·sinθ——公式1，其中r为摆动半径bc的长度；

同时，长直管段de的线位移按线膨胀计算为：

△l＝α1(tmax－20)l－α2(tmin－20)l——公式2，

其中l为长直管段de的长度，

tmax为包括管道安装和所有工况的管道最高温度（℃），对应的平均线膨胀系数为α1（10^-6/℃），

tmin为包括管道安装和所有工况的管道最低温度（℃），对应的平均线膨胀系数为α2（10^-6/℃）；

进而，若已知单式铰链膨胀节在许用疲劳寿命下的额定角位移±θ，管道最高温度tmax和最低温度tmin，则位移补偿装置可补偿的长直管段de的最大长度lmax为：

lmax＝2r×sinθ/[α1(tmax－20)－α2(tmin－20)]——公式3。

进一步的，在所述位移补偿装置的位移补偿动作全程中，旋转臂以旋转补偿器自身的芯管与外套管以ab为轴线发生相对旋转，摆动臂的单式铰链膨胀节的铰链销轴绕着b点在摆动平面内以摆动半径bc为半径做摆动，旋转与摆动相结合，实现了大位移管线既要转角又要调整标高的安装需求。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。