套筒補償器的結構與發(fā)展

1、套筒補償器的結構與發(fā)展作者:日期: 套筒補償器的構造與開展 ?套筒補償器是最古老的管道用補償器,由于它補償量大、阻力小、本錢低、筒體壽命長，上世紀七十年代前一直得到廣泛應用 ,但它密封處易泄漏，需檢修。在八十年代波紋管?補償器應用于管道補償后，逐漸占領了較大市場,但在應用中由于材料、水質和安裝等因素出現(xiàn)了短期使用破裂問題 ,加之本錢高 ,人們又關注套筒補償器的使用， 與此同時九十 ?年代初， 套 筒補償器為克制密封缺陷和消除介質壓力所產生的軸向力,又相繼出現(xiàn)了彈性套筒補償器和“無推力套筒補償器以及用 “油密封等構造和新型密封材料。不僅促進 了套筒補償器的使用 ,而且 “無推力補償器的構造相應促

2、進了波紋管補償器得到開展 ,從專 利查詢中可知 ,我國在套筒補償器處于領先。生產套筒補償器的企業(yè)很多，為標準套?筒補償器的開展和應用、提高產品質量，我國建立部1 9 94年發(fā)布了城市供熱用焊制套筒補償器行業(yè)標準。1套筒補償器的型式進展？套筒補償器的型式進展是與密封材料、補償器性能進展密切相關的。 1.1? 從構造上分類 1?）普通型 見圖 1，上世紀六十年代就采用此構造。這時套筒 補償器的根本型式 ，以后很多型式都是改變密封材料后在這種形式上開展起來的。?圖 12?雙向補償 在普通型的外套管兩個方向均有伸縮芯管， 補償量為普通型的兩倍 ，并且用于雙向 補償，減少了采用兩個普通型的長度尺寸和本錢

3、圖2）。？圖23）消除介質壓力對固定支座軸向力的套管補償器為與普通補償器相區(qū)別，這類補償器常在“套筒前冠以 “平衡式 “壓力平衡式 “無推力等定詞 ，其構造型式從消除介 質軸向力的原理上分為旁通式和活塞平衡式及平衡轉角式三種。旁通式構造如圖 3所示 ，從圖上可知管道的熱伸長是通過甲管在套筒中移動實現(xiàn)補償?shù)模橘|流動不是直接由甲管流入乙管，而是經過旁通管實現(xiàn)的。這樣在一個補償器中就?有了一對甲乙封頭，介質壓力產生的水平推力F1、F 2在補償器中實現(xiàn)了平衡。這一構造還可以看成是方向補償器的型式 ，管道伸縮是采用套筒式的構造。圖3活塞自動平衡型補償器如圖 4 所示。 在芯管外安裝了一個環(huán)形活塞 ，并

4、使活塞的總面積 等于芯管的截面積 ，這是實現(xiàn)自動平衡的技術核心。此構造的受力分析如下;假定在一段管道上安裝了 “活塞自動平衡型補償器 ，F(xiàn)1， F2 為介質壓力產生的軸向推力，其方向相 反，大小相等，這兩個力分別作用在套筒的左右連接收道上 ，假設不能平衡，就應分別有 ?左 右兩段管道上的固定支架承受?，F(xiàn)在采用附加活塞體 ，活塞體內的介質通過連通孔 3 與管道 相連，介質壓力同樣作用在活塞體1上，活塞的面積等于管道的截面積，那么F1=F 1,F1通過活塞拉桿與左面套筒相連接 ，F(xiàn)2、F1是一對作用力和反作用力，大小相等，方向相反，于是F2 =F1、F 2= F1。這樣兩對作用力大小相等，方向相反

5、，作用在一條直線上，使介 質壓力產生的軸向力得到了平衡。 ? 以上兩種構造在管道試壓時，再也不會出現(xiàn)自東拉 開的問題，也不會使套筒相對安裝位置發(fā)生移動，便于施工、安裝。? 平衡轉角式構造補償功能是依靠芯管移動實現(xiàn)的，由于介質流動轉向在芯管端出現(xiàn)盲板，因此管段中，介質產生的軸向力在兩端得到平衡。構造的根本形式有兩種，可以根據(jù)？管路布置選用，如圖5。圖5 4）一次性套筒補償器 用于直埋管道預熱膨脹后在a、b 兩接觸面處焊死 ，外套管和芯管不能再做相對移動，然后填埋，所以稱一次性補償器。圖6?圖61.2 從密封材料上分類對密封材料的根本要求是： 有一定的彈塑性、 軸向壓力能產生較大的徑向壓力； 化學

6、穩(wěn)定 性好；滲透性小 ;自滑性好 （摩擦系數(shù)小 ， 并耐磨；耐溫 ;還要方便更換，本錢低廉 。密封材料可以分為成型填料和非成型填料，目前所用的材料及性能如下。1?）編制盤根制品油浸石棉盤根、 柔性石墨盤根及復合石墨成型密封圈及其改性材料。 所謂改性即增加了其他材料而提高了其性能、如石棉盤根外浸二硫化鉬和聚四氟乙烯乳液?,摩擦系數(shù)只有0.02-0.02 必須了解這些密封材料性能,正確使用，才能使密封到達良好效果,加膨脹石墨的密度對其性能影響較大，密度從0. 7g/c m3增加到1.2g/cm3,抗拉強度從2 .2M Pa增加到6. 2MPa，并且回彈率增高，常用密度為1.1-1. 6 g/c m

7、3回彈率3 55 0%,摩擦系數(shù) 0.13- 0. 15,使用溫度?800度。由于石墨電極電位高于金屬，致使發(fā)生腐 蝕不 ?銹鋼同樣發(fā)生腐蝕 ）,應使用緩蝕性膨脹石墨 ,目前采用加鋅粉方法。 ?2 ）聚四氟乙烯F-4）塑料制品F- 4長期使用溫度為-195 250度,F- 4參加M OS 2、Si O 2、青銅粉、石墨、等填充劑后 ,除保持原有性能外 ,在負荷下尺寸穩(wěn)定性提高 10倍,耐磨 可提高 400-800 倍,鋼對它的靜、動摩擦系數(shù)為0.04,這種材料已成功運用在套筒補償器上開啟7000次無泄漏。可以稱得上無泄漏套筒補償器。3）橡膠制品耐水、耐蒸汽、抗老化、氣密性好的屬硅橡膠和氟橡膠,

8、常用溫度為20 0度,最高使用溫度為 35 0 度,過去蒸汽機車上的氣缸活塞桿密封就用過這種材料 ,但本錢 ?較 高。 ?4 ）密封油將密封油用高壓油槍注入到套筒補償器的填料函中。這種防止泄漏的方法是從常壓堵漏方法中借鑒而來。但密封油不是堵漏膠,堵漏膠又稱密封膠,它是用于管道設備在運行中 帶壓 在泄漏處注入膠體, 這種膠固化并與設備泄漏處嚴密結合,不能產 生相對運動 ,到達靜結合密封。而套筒補償器所用密封油也是膠泥狀）注入后 ,增加密封材料對芯管的徑向壓力起到密封作用, 芯管仍能伸縮。 這種密封油每個企業(yè)配方不一樣。 采用油密封后可以在管道運行中維修止漏,使套筒補償器密封進一個新階段。2 .套

9、筒補償器密封構造 ? 套筒補償器的密封構造常采用填料密封和機械密封。填料密封 是一種接觸式密封 ,在外套管與芯管之間填入彈性密封材料,在填料受到軸向力壓緊后能緊 貼在芯管外表,利用 ?密封材料的彈性變形補償密封面的磨損,阻止介質外漏,由于填料具有彈性和塑性，其所受軸向力Px ）在填料深度方向上產生的徑向力（P y是不等的，P y=KPx其中 K: 測壓系數(shù)。由于這一特點,目前填料由單一填料開展成組合使用,如硬填料放在深部,軟填料在壓蓋附近,或硬軟填料中間放入密封油層,在出現(xiàn)泄漏時,采用補注油的方法止漏 ,或完全用 “油密封的填料構造 （圖 7）。圖7機構密封在以往是用在旋轉軸的動密封上 ,它是

10、由至少一對垂直于旋轉軸的端面,在流體壓力和補償機構外彈力的作用下,與另一端面保持貼合并相對滑動,而構成防止流體泄漏的裝置,因此又稱端面密封,目前,這種密封到達的水平是,最高轉數(shù)5 萬轉/分,最高線速度150米/秒，壓力可達3 5M Pa,使用溫度達1000度,軸頸達1 0 00mm,允許泄漏量3 ? 0 1mI/h, 壽命達 1-15 年,因此用這種方法解決套筒補償器的密封,是完全有把握的 ,致使形位公差和配合精度要求高,本錢要大大增加,上世紀 90 年代推出的彈性套筒補償器就是 ?這種密封的最簡單形式 圖 8）。這構造在普通套筒補償器壓蓋前增加了彈簧,在彈簧作用下 ,使密封填料始終處在被壓緊

11、狀,從而使介質無泄漏。彈簧也可置入填料室內,使外觀更為簡單。圖 83?.套筒補償器摩擦力的求法 3.1? 現(xiàn)行計算公式的缺陷 采用填料密封的摩擦力計算公式目前均采用以下算式： ? 由于拉緊螺栓產生的摩 擦力為圖-=? 由于管道介質壓力所產生的摩擦力 P2為：？ 圖=?式中Pn 介質工作壓力 （表壓力（P a ）; DN> 4 50mm 時 A=、DN > 4 5 0m m 時人=1.75* 。要求分別按 1）（2） 式計算取其較大值。公式 1 的問題 :其一是把螺栓 ?拉緊產 生作用于f面積上的正壓力當成一個定值，并等于填料與芯管接觸面上正壓力；其二是 值是螺栓個數(shù) ,加壓值按個數(shù)

12、正比增加，而實際由于填料產生塑性變形，按對稱方式 在擰緊過程中 ,先擰的要比后擰的螺栓用力大得多，為了使每個螺栓最終受力一樣，采用力 短標志扳手，也很難取得一致；其三填料深度E值大小對摩擦力的影響不是成正比管線。 因此按式 1） 計算結果與實際值相差很多。公式2的問題是：APn反映介質壓力作用于填料而產生的對密封面上的正壓力，由于介質壓力在填料長度上的分布也不是定值,所以按式 2計算結果也是遠離于實際值 ?。3.2 摩擦力計算值與實測值的比較 ? 摩擦力計算值與實測值的比較見表 1。結果標明 : 表1?1 ）計算出的摩擦力遠大于實測值 ，而且起動摩擦力值大于平均值。？2摩擦力值與介質壓力不成正

13、比關系，隨著介質壓力提高,摩擦力值有上升趨勢。3三種規(guī)格產品密封材料一樣 ，按照密封單位周長計算出摩擦力并不一樣，取每一單位密封 周長5次測試的平均值作為計算值，其均方誤差分別為8 . 7 4 %、9.66%、9 .6 %,三種規(guī)格的實測值與三種規(guī)格的平均值比較，之間的相差11 5-34.6，從測試中可知生產企業(yè)必須制定出填入方法和壓緊螺栓的工藝標準。 3?3 一個新的摩擦力計算公式 ? 現(xiàn)取出一塊填料分析受力，推導出摩擦力公式 如下：？圖=由式 3） 可知 ，套筒型補償器摩擦力與介質壓力成正比，與填料摩擦系數(shù)、測壓系數(shù)、填 料長度、厚度等有關，要減少摩擦力，就應減少填料摩擦系數(shù)、提高芯管填料

14、函的表?面光潔度，適當減少填料長度。 ? 計算式說明， 填料的性能系數(shù) ） 的大小對摩擦力影響很大 ， 一些資料上也只給出數(shù)據(jù)范圍，如膨脹石墨的干摩擦系數(shù)為0.1 3 - 0.15測壓系數(shù)為028-0.54，在實際應用中摩擦面并非于摩擦 ，有介質起到潤滑作用，雖屬同類材料其側壓系數(shù)也與容重、彈塑性關系很大，因此加工、安裝工藝和材料性能確定后，通過必要的形式試驗和相應的計算 ，找出產品性能規(guī)律， 即可按以上公式求出計算摩擦力與實際摩擦力的偏差可以控制在一定范圍。因此，套筒補償器的有關標準要求每批產品做摩擦試驗 ，確定摩擦力是十分必要的。 ? 各廠 生產的補償器應在產品樣本中給出摩擦力值，該值是計

15、算固定支座的重要參數(shù)，制造廠對此值負責。 3.4? 采用注 “油填料密封的機理與摩擦求法采用注油填料密封的套筒補償器外型上已去掉了填料函的壓蓋和壓緊螺栓，其密封機 理如圖 7，在兩組普通浸油石棉盤根 （或其他材料的盤根中間注入 “油 ，使“油分 ?別向兩 邊壓緊，使盤根加大徑向壓力 ，產生密封作用，相當于套筒的一級密封，注入的“油填料緊緊地與芯管接觸 ，并且接觸均勻， “油填料主要分成柔性石墨 ，它與鋼材表 ?面摩擦系數(shù)為 0.1 3-0.15，所以芯管運動阻力很小。通過測試，摩擦力主要與填料深度有關，其范圍是DN10 0 - 5 00 為 300- 3 5 0N /C M。DN6 0 0-

16、1 0 00 為 45 0-500N/CM。4?.完畢語綜上所述，套筒補償器的開展是圍繞著解決使用中的兩大問題進展的。一個是如何保證 不泄露，另一個是減少對固定支座的推力。隨著新密封材料和密封構造的應用，對解決 ?泄漏或減少平時維護工作，已有了明顯成效，隨著自身平衡型構造的出現(xiàn)，實現(xiàn)了使固定支座不再承受介質壓力產生的軸向推力。另外，補償器自身的摩擦力也在降低。本文提出?了求摩擦力的較準確計算式 ，但仍要依據(jù)數(shù)據(jù)和工藝的標準化。我們相信隨著技術進步，套筒補償器必將向摩擦力小、多年運行（如5年以上無泄漏和自身平衡型的方向開展，摩擦力的求法也將完整、準確、套筒補償器也必將以其本錢低?、補償量大 ，易

17、安裝、少 （不）維護等優(yōu)勢獲得及廣泛應用。柔性石墨概述及特點柔性石墨又稱膨脹石墨，它以鱗石墨為原料，經化工處理生成層間化合 物。在8 0 0 1OOOC的高溫下，層間化合物變成氣體，使鱗片石墨膨脹二百 倍左右，變得像棉花導熱等優(yōu)點，克制了脆性的缺點，因而顯示良好的密封性。疏松多孔，富有彈性。在高溫，高壓或輻射條件下工作，不發(fā)生分解，變 形或老化，化學性質穩(wěn)定。柔性石墨的誕生，宣告化工密封領域內古板時代行將完畢。與石棉 墊片相比，柔性石墨具有以下明顯的優(yōu)越性：-、無輻射無污染。柔性石墨不含對人體有害的成份，而石棉制品卻具有輻射人體的危害，并且也會污染環(huán)境。二、耐高溫。柔性石 墨增強復合墊片能耐

18、165 0 C的高溫，即使化工設 備熔化，它仍安然無恙。而石棉制品在500 C時內部的結晶水就要分解出來,使自身粉化，失去成效。三、適用范圍廣。柔性石墨除了強氧化性酸之外，能耐及大多數(shù)的化 工介質，包括用于放射性化工介質，而石棉制品適應性差，不能用于放射性 介質。一些化工塔器、換熱器等，要求連接部位不隔熱，柔性石墨能做到 石板制品那么不能。四、使用簡便快捷。柔性石墨的墊片系數(shù)只有石棉制品的一半，也就是 說,要到達同密封效果，上緊螺絲的力量可以小得多。柔性石墨除具備上述 明顯的特性外，還具有密封性能優(yōu)異、 壓縮性、加彈性好、抗氧化性的特點 具有極強的自潤性和可塑性，同時具有良好的導電、比重大、密

19、度高等特 點,可制作各種調整柴油機、壓縮機等各類管道、法蘭墊片等。在密封領域的應用石墨作為一種新型材料已在密封領域得到高度重視與廣泛應用，經過近十幾年的開展，柔性石墨密封產品已被廣泛應用到發(fā)動機、機械、汽車、 紡織、化工等各種行業(yè)，在密封領域逐漸占主導地位。70年代前，由于石棉制品的局限性，促使某些化工設備采用金、銀、因科 鎳等貴重的金屬和合金做 密封件，而現(xiàn)在，完全可以用廉價的柔性石墨代 替。鑒于柔性石墨具有的特性 ，我國充分利用我們鱗片石墨的儲量和品質占 世界第一的優(yōu)越條件逐漸重視以其為原料進展新型密封產品的研制與開 發(fā)。在國家計委下文推薦的高新科技產品中，便有新型的密封件。自1986,以

20、至年？中國技術市場報？向全我國首創(chuàng)的一種柔性石墨密封件問世以來，我國 已開展成為柔性密封件生產的大國，產品除滿足國內化工行業(yè)和其他行業(yè) 的需要外，還出口美國、德國、意大利、加拿大、英國等全世界上百個國家 和地區(qū)，反響良好。石墨作為一種優(yōu)質材料已被國際市場普遍認可，目前已 廣泛應用于各種領域。但在國內，由于局部用戶認為柔性石墨密封件一次 性購置費用比石板制品高，許多中小型化工企業(yè)至今仍使用石板制品造成“跑、冒、滴、漏，物料損失嚴重，事故隱患很多。事實上，石板制 品使用壽命短、更換頻繁，其費用比柔性石墨高得多，更不用說因其密封不 可靠造成的物料損失和事故損失了。目前，我公司所生產的石墨墊片已完 全

21、符合密封行業(yè)的歐川標準。隨著市場的進一步成熟與開展，石墨密封制品必然將完全替代其他密 封產品。氟橡膠墊片氟橡膠是指主鏈或側鏈的碳原子上含有氟原子的一種合成高分子彈性體，這種橡膠具有一般橡膠無可比較的特殊優(yōu)點，具有許多優(yōu)異的性能，廣泛用于石化、化工、汽車、機械、輕工等行業(yè)，要求苛刻的關鍵性部位上。一、耐高溫性能： 氟橡膠有優(yōu)異的耐高溫性能，可在2 5 0 C下長期使用，在300 C下短期使用，耐老化、耐候性能優(yōu)異。二、 耐化學腐蝕性能：氟橡膠特點之一是具有極優(yōu)越的耐化學腐蝕性能，它對有機液體、酸、堿、油脂等化學品的穩(wěn)定性均優(yōu)于其他橡膠。三、 耐過熱水、及蒸汽性能：配方優(yōu)異的氟橡膠制品，對熱水、高溫蒸汽有優(yōu)良的 穩(wěn)定作用。四、 耐燃 耐高真空性能：氟橡膠與火接觸能燃燒，但離開火焰后就自動熄火，屬 于自熄型橡膠，氟橡膠具有極佳的耐真空性能。套筒補償器構造特點20 0 9 -0 4 -2 2 23:40一、構造特點套筒式補償器稱管式伸縮節(jié)，是熱流體管道的補償裝置