專利名稱：壓力鋼管伸縮節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種敷設(shè)壓力鋼管時(shí)，用于其管端連接的、具有伸縮性能的接頭裝置，比如用于水電站引水鋼管管段之間及引水鋼管與水輪機(jī)蝸殼進(jìn)水端的連接等。
在敷設(shè)用于輸送介質(zhì)的金屬管道時(shí)，尤其是較大管徑或大管徑的金屬管道，比如水電站的引水鋼管管道，由于運(yùn)行狀態(tài)下受輸送介質(zhì)物理性質(zhì)或受自然環(huán)境溫度的影響而產(chǎn)生熱脹冷縮，由此產(chǎn)生的溫度應(yīng)力容易造成壓力管道破壞。為此，在金屬管的相互連接端需設(shè)伸縮節(jié)裝置(亦稱伸縮節(jié)頭)。
傳統(tǒng)型的套管式伸縮節(jié)裝置，其結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但存在泄漏的嚴(yán)重缺陷。使用這種傳統(tǒng)型的伸縮節(jié)裝置，實(shí)踐中需在伸縮節(jié)裝置部位設(shè)置積水井，并不定期地將泄漏于積水井內(nèi)的水排出。這不但需要增加運(yùn)行費(fèi)用，而且需增加人工的操作或維護(hù)，尤其是在輸送較高壓或高壓的介質(zhì)時(shí)還存在不安全因素。
為解決上述問(wèn)題，新近研究的“不泄漏的管道伸縮節(jié)裝置”，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)

圖1(該伸縮節(jié)裝置的專利申請(qǐng)?zhí)枮?8230056.5、申請(qǐng)日為980116)，該裝置有兩短管(圖示短管1和短管2)和套管3，兩短管的接口端均位于套管內(nèi)，套管3一端部與一短管(圖示短管1)的管壁連接，套管另一端部?jī)?nèi)壁面與另一短管(圖示短管2)端部外壁面配合接觸，并有一定的配合間隙，即套管3另一端為與短管2外壁面配合的、并可產(chǎn)生相對(duì)軸向滑移的自由端，兩短管的接口端之間有伸縮間隙4，該伸縮間隙內(nèi)設(shè)置波紋管段5，波紋管段兩端分別與兩短管的接口端成密封狀態(tài)連接。由于設(shè)在伸縮間隙內(nèi)的波紋管段在外力作用下具有軸向可伸縮性能，且其兩端分別與兩短管接口端為密封狀態(tài)連接，其技術(shù)效果一是滿足克服“泄漏”的缺陷，二是可滿足金屬管道因溫度影響產(chǎn)生的軸向伸縮，有效消除管道溫度應(yīng)力，技術(shù)效果明顯。此外，所述的波紋管段還作為介質(zhì)經(jīng)由該部位的傳輸管段。但該裝置仍存在下述不足由于該裝置中套管3的設(shè)置意圖及作用是用于兩短管的支撐和對(duì)波紋管段外部起防護(hù)作用，所設(shè)置的波紋管段同時(shí)又為介質(zhì)的傳輸管段，當(dāng)用于大管徑、較高壓的壓力鋼管時(shí)，波紋管段需承受相應(yīng)大的徑向壓力，而壁厚過(guò)大的波紋管段在制作工藝上又很難實(shí)現(xiàn)，在該情況下，薄殼結(jié)構(gòu)的波紋管段將因承受過(guò)大的徑向壓力面產(chǎn)生過(guò)量的向外鼓脹變形，即所謂“失穩(wěn)”，導(dǎo)致其本體或與短管的連接部位容易造成破壞；其次是傳輸介質(zhì)的壓力較高時(shí)，將會(huì)加劇其內(nèi)壁面的磨損，這相對(duì)于有一定壁厚的鋼管所可能承受的磨損量來(lái)說(shuō)，薄殼型的波紋管段的使用壽命將不相適應(yīng)。因此，“不泄漏的管道伸縮節(jié)裝置”在有限的用于輸送低壓或一般壓力的介質(zhì)情況下，其運(yùn)行可靠性才有保證。
本發(fā)明的目的是提供一種壓力鋼管用的伸縮裝置，本裝置在用于大管徑、較高壓的壓力鋼管時(shí)，既不產(chǎn)生泄漏，又具有穩(wěn)定的運(yùn)行可靠性。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，其結(jié)構(gòu)包括兩短管，兩短管的接口端之間的伸縮間隙內(nèi)設(shè)置波紋管段，該波紋管段的兩端分別與兩短管的接口端為密封狀態(tài)連接，滿足不產(chǎn)生泄漏；設(shè)置對(duì)波紋管段起徑向支撐作用的支撐環(huán)，兩短管的接口端部和設(shè)在兩短管接口端之間伸縮間隙內(nèi)的、并與兩短管接口端為密封狀態(tài)連接的波紋管段均位于支撐環(huán)內(nèi)，支撐環(huán)兩端部為自由端，或者是其一端與該端的短管壁連接，另一端為自由端。將支撐環(huán)兩端或一端設(shè)置成自由端，以滿足壓力鋼管在軸向伸縮時(shí)的需要。在應(yīng)用本裝置時(shí)，通過(guò)其兩短管的外端分別與相鄰的鋼管端部連接，構(gòu)成輸送管道；波紋管段中的外向波波頂接觸或趨向于接觸支撐環(huán)的內(nèi)壁面，當(dāng)波紋管段承受徑向壓力情況下，在其產(chǎn)生微變形或趨向于變形時(shí)，支撐環(huán)便對(duì)波紋管段起剛性支撐作用，徑向壓力則通過(guò)波紋管段傳遞，由可設(shè)置有足夠強(qiáng)度的支撐環(huán)來(lái)承受，即可有效地避免波紋管段本體或與兩短管接口端的連接部位造成破壞；波紋管段中的內(nèi)向波波腔內(nèi)設(shè)置波芯體，波腔的表面與波芯體表面之間設(shè)有一個(gè)滿足內(nèi)向波波體只在彈性變形范圍內(nèi)產(chǎn)生變形的間隙，該間隙的作用是當(dāng)鋼管產(chǎn)生軸向伸縮時(shí)，滿足內(nèi)向波波體有相應(yīng)伸縮的空間，該間隙的設(shè)定值還考慮到內(nèi)向波波體在承受大的徑向壓力時(shí)，其變形只能處在彈性變形范圍內(nèi)，設(shè)置波芯體的作用是，當(dāng)內(nèi)向波波體在承受大的徑向壓力所產(chǎn)生的變形還處在彈性變形范圍內(nèi)時(shí)，內(nèi)向波波腔表面頂部即與波芯體相對(duì)應(yīng)的表面接觸，波芯體即對(duì)內(nèi)向波波體起剛性支撐作用，徑向壓力經(jīng)傳遞，則由設(shè)置有足夠強(qiáng)度的支撐環(huán)來(lái)承受，避免內(nèi)向波波體產(chǎn)生“失穩(wěn)”而不致于被破壞。從而具備穩(wěn)定的運(yùn)行可靠性。
由于本裝置設(shè)置了可對(duì)波紋管段起支撐作用的支撐環(huán)，在波紋管段的內(nèi)向波波腔內(nèi)設(shè)置可對(duì)內(nèi)向波波體起剛性支撐作用的波芯體，并設(shè)置了波紋管段伸縮時(shí)其本體所需的變形空間，使薄殼結(jié)構(gòu)的波紋管段具有兩種實(shí)際運(yùn)行效果，即在壓力鋼管軸向伸縮時(shí)保持其固有的可伸縮運(yùn)行性能，在承受大的徑向壓力時(shí)，則成為亞剛體構(gòu)件的作用效果，具有相應(yīng)的強(qiáng)度，可有效避免被破壞，顯著的技術(shù)效果是保證了本裝置在用于大管徑、較高壓的壓力鋼管時(shí)的運(yùn)行可靠性。
圖1為“不泄漏的管道伸縮節(jié)裝置”的結(jié)構(gòu)主視圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)主視圖；圖3為本發(fā)明裝置的波芯體一種實(shí)施結(jié)構(gòu)主視圖；圖4為本發(fā)明裝置的波芯體另一種實(shí)施結(jié)構(gòu)主視圖；圖5為實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)主視圖。
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1。兩短管即短管1和短管2的接口端部均位于支撐環(huán)6內(nèi)，兩短管接口端之間的伸縮間隙4內(nèi)設(shè)置波紋管段5，波紋管段采用不銹鋼材質(zhì)，兩端分別與兩短管的接口端為密封狀態(tài)連接，本例為焊接。伸縮間隙尺寸及波紋管段的長(zhǎng)度、波紋節(jié)的數(shù)量根據(jù)壓力鋼管軸向伸縮量來(lái)計(jì)算，綜合考慮確定，圖2所示為三個(gè)波紋節(jié)，支撐環(huán)的右端部與該端的短管1的管壁焊接，也可通過(guò)其他方式連接，使兩者成為剛性整體，支撐環(huán)的左端為自由端，當(dāng)壓力鋼管產(chǎn)生軸向伸縮時(shí)，支撐環(huán)、短管1相對(duì)于短管2產(chǎn)生軸向移動(dòng)，波紋管段即隨之被軸向壓縮或拉伸；在支撐環(huán)的左端即自由端設(shè)有壓環(huán)7，壓環(huán)與支撐環(huán)用螺栓連接，在其接合部位的內(nèi)壁面處設(shè)置密封環(huán)8。此外，在短管1即入水端的短管接口端面上設(shè)置抗磨環(huán)9，以有效減少介質(zhì)對(duì)波紋管段內(nèi)壁面的磨損，延長(zhǎng)使用壽命，使薄殼型波紋管段的使用壽命與壓力鋼管相適應(yīng)，抗磨環(huán)的左端即另一端與短管2即出水端的短管接口端之間有間隙10，以滿足壓力鋼管在軸向延伸時(shí)的位移需要，抗磨環(huán)的外壁面與波紋管段內(nèi)向波波頂之間有間隙11，以滿足波紋管段在被壓縮時(shí)其波紋節(jié)在徑向方向變形所需的空間，本實(shí)施例中，波紋管段的外向波的波頂與支撐環(huán)內(nèi)壁面接觸，在波紋管段受徑向壓力作用趨向于變形時(shí)，支撐環(huán)即對(duì)其起剛性支撐作用。
在波紋管段的內(nèi)向波波腔內(nèi)設(shè)置波芯體12，波腔表面與波芯體表面之間有間隙13，見(jiàn)圖3、圖4，以滿足波紋管段在被拉伸或被壓縮變形時(shí)所需空間的需要，間隙13的大小根據(jù)該波紋節(jié)分擔(dān)伸縮量所需變形空間來(lái)確定，但取值應(yīng)同時(shí)滿足內(nèi)向波受徑向壓力下，在彈性變形范圍內(nèi)就能被波芯體剛性支撐。波芯體12的結(jié)構(gòu)本申請(qǐng)文件給出兩種實(shí)施結(jié)構(gòu)，分別由圖3、圖4給出。在圖3中，波芯體由剛性體14和兩彈性件15構(gòu)成，兩彈性件分別設(shè)在剛性體的兩側(cè)面上，彈性件對(duì)內(nèi)向波波體起初始支撐作用，當(dāng)彈性件被壓縮后，波芯體即對(duì)內(nèi)向波波體起剛性支撐作用。在圖4中，波芯體由剛性體16和軟層體17構(gòu)成，軟層體敷設(shè)在剛性體表面，內(nèi)向波波體在受徑向壓力產(chǎn)一定的變形后，首先壓縮軟層體，在軟層體被壓縮一定程度后，波芯體既對(duì)內(nèi)向波波體起剛性支撐作用。波芯體沿圓周方向分段制作。
由此可見(jiàn)，在支撐環(huán)和波芯體對(duì)波紋管段起剛性支撐時(shí)，波紋管段在承受徑向壓力情況下則成亞鋼體構(gòu)件的作用狀態(tài)，大大地提高了其作用穩(wěn)定性，有效地保證了其運(yùn)行可靠性，而且可減少波紋管段的壁厚，改善應(yīng)力作用對(duì)其所造成的影響；由于在波芯體表面與內(nèi)向波波腔表面之間預(yù)制了間隙，在壓力鋼管軸向伸縮時(shí)，使波紋管段仍保持其固有的可伸縮性能，使本裝置具備可靠的使用性能。
實(shí)施例2，其結(jié)構(gòu)由圖5給出。本例中，支撐環(huán)6的兩端均為自由端，即不與短管連接，兩短管均可相對(duì)于支撐環(huán)軸向移動(dòng)，以滿足壓力鋼管的軸向伸縮。此例中，支撐環(huán)內(nèi)壁面設(shè)凹槽18，波紋管段的外向波波頂接觸凹槽的底面，以防止兩端為自由端的支撐環(huán)產(chǎn)生軸向自由滑移。其它見(jiàn)圖示。
權(quán)利要求
1.壓力鋼管伸縮節(jié)裝置，有兩短管，兩短管接口端之間的伸縮間隙內(nèi)設(shè)有波紋管段，所述波紋管段的兩端分別與兩短管的接口端為密封狀態(tài)連接，其特征是1)設(shè)有對(duì)所述波紋管段起徑向支撐作用的支撐環(huán)，所述兩短管的接口端部和設(shè)在兩短管接口端之間伸縮間隙內(nèi)的、并與兩短管接口端為密封狀態(tài)連接的所述波紋管段均位于所述的支撐環(huán)內(nèi)，短管可相對(duì)于該支撐環(huán)產(chǎn)生軸向移動(dòng)，波紋管段的外向波波頂接觸或趨向于接觸支撐環(huán)的內(nèi)壁面，2)所述波紋管段的內(nèi)向波波腔內(nèi)設(shè)有波芯體，所述內(nèi)向波波腔的表面與波芯體表面之間有一個(gè)滿足內(nèi)向波波體只在彈性變形范圍內(nèi)產(chǎn)生變形的間隙。
2.按照權(quán)利要求1所述的壓力鋼管伸縮節(jié)裝置，其特征是所述支撐環(huán)(6)的一端部與該端的短管管壁連接，支撐環(huán)的另一端為自由端。
3.按照權(quán)利要求1所述的壓力鋼管伸縮節(jié)裝置，其特征是所述支撐環(huán)(6)的兩端均為自由端，該支撐環(huán)內(nèi)壁面設(shè)置凹槽(18)，波紋管段的外向波波頂與凹槽底面接觸。
4.按照權(quán)利要求1、或2、或3所述的壓力鋼管伸縮節(jié)裝置，其特征是在入水端的短管接口端面上設(shè)有抗磨環(huán)(9)，該抗磨環(huán)的另一端與出水端的短管接口端之間有間隙(10)，抗磨環(huán)外壁面與波紋管段內(nèi)向波波頂之間有間隙(11)。
5.按照權(quán)利要求1、或2、或3、或4所述的壓力鋼管伸縮節(jié)裝置，其特征是所述的波芯體由剛性體(14)和兩彈性件(15)構(gòu)成，兩彈性件分別設(shè)在剛性體的兩側(cè)面上。
6.按照權(quán)利要求1、或2、或3、或4所述的壓力鋼管伸縮節(jié)裝置，其特征是所述的波芯體由剛性體(16)和軟層體(17)構(gòu)成，軟層體敷設(shè)在剛性體表面上。
全文摘要
壓力鋼管伸縮節(jié)裝置。兩短管的接口端及與接口端連接的波紋管段5位于支撐環(huán)6內(nèi),波紋管段的外向波波頂接觸或趨向于接觸支撐環(huán)內(nèi)壁面,內(nèi)向波波腔內(nèi)設(shè)有波芯體12,波芯體表面與波腔表面之間有一間隙,支撐環(huán)兩端為自由端或其一端為自由端,另一端與短管連接,入水端的短管接口端設(shè)有抗磨環(huán)9,波紋管段的可伸縮性可滿足壓力鋼管產(chǎn)生的軸向伸縮,波紋管段在承受徑向壓力時(shí),支撐環(huán)和波芯體對(duì)其起剛性支撐作用,具有不泄漏、運(yùn)行可靠的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F16L51/00GK1232934SQ9811244
公開(kāi)日1999年10月27日 申請(qǐng)日期1998年4月21日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月21日
發(fā)明者金捷生, 周玉石, 劉月芳, 羅赤橙, 李庚午, 潘嘉靜 申請(qǐng)人:湖南省資興市東屋機(jī)電制造有限責(zé)任公司