套筒补偿器结构与发展

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1、套筒补偿器的结构与发展　套筒补偿器是最古老的管道用补偿器，由于它补偿量大、阻力小、成本低、筒体寿命长，上世纪七十年代前一直得到广泛应用，但它密封处易泄漏，需检修。在八十年代波纹管补偿器应用于管道补偿后，逐渐占领了较大市场，但在应用中由于材料、水质和安装等因素出现了短期使用破裂问题，加之成本高，人们又关注套筒补偿器的使用，与此同时九十年代初，套筒补偿器为克服密封缺陷和消除介质压力所产生的轴向力，又相继出现了弹性套筒补偿器和“无推力”套筒补偿器以及用“油”密封等结构和新型密封材料。不仅促进了套筒补偿器的使用，而且“无推力”补偿器的结构相应促进了波纹管补偿器得到发展，从专利查询中可知，我国在套筒补

2、偿器处于领先。生产套筒补偿器的企业很多，为规范套筒补偿器的发展和应用、提高产品质量，我国建设部1994年发布了城市供热用焊制套筒补偿器行业标准。1　套筒补偿器的型式进展　套筒补偿器的型式进展是与密封材料、补偿器性能进展密切相关的。1.1　从结构上分类1）普通型　见图1，上世纪六十年代就采用此结构。这时套筒补偿器的基本型式，以后很多型式都是改变密封材料后在这种形式上发展起来的。图12）双向补偿　在普通型的外套管两个方向均有伸缩芯管，补偿量为普通型的两倍，并且用于双向补偿，减少了采用两个普通型的长度尺寸和成本（图2）。图23）消除介质压力对固定支座轴向力的套管补偿器　为与普通补偿器相区别，这类补

3、偿器常在“套筒”前冠以“平衡式”“压力平衡式”“无推力”等定词，其结构型式从消除介质轴向力的原理上分为旁通式和活塞平衡式及平衡转角式三种。　　旁通式结构如图3所示，从图上可知管道的热伸长是通过甲管在套筒中移动实现补偿的，介质流动不是直接由甲管流入乙管，而是经过旁通管实现的。这样在一个补偿器中就有了一对甲乙封头，介质压力产生的水平推力F1、F2在补偿器中实现了平衡。这一结构还可以看成是方向补偿器的型式，管道伸缩是采用套筒式的结构。图3　　活塞自动平衡型补偿器如图4所示。在芯管外安装了一个环形活塞，并使活塞的总面积等于芯管的截面积，这是实现自动平衡的技术核心。此结构的受力分析如下；假定在一段管道

4、上安装了“活塞自动平衡型补偿器”，F1，F2为介质压力产生的轴向推力，其方向相反，大小相等，这两个力分别作用在套筒的左右连接管道上，若不能平衡，就应分别有左右两段管道上的固定支架承受。现在采用附加活塞体，活塞体内的介质通过连通孔3与管道相连，介质压力同样作用在活塞体1上，活塞的面积等于管道的截面积，则F1＝F1，F1通过活塞拉杆与左面套筒相连接，F2、F1是一对作用力和反作用力，大小相等，方向相反，于是F2＝F1、F2＝F1。这样两对作用力大小相等，方向相反，作用在一条直线上，使介质压力产生的轴向力得到了平衡。　　以上两种结构在管道试压时，再也不会出现自东拉开的问题，也不会使套筒相对安装位置

5、发生移动，便于施工、安装。　　平衡转角式结构补偿功能是依靠芯管移动实现的，由于介质流动转向在芯管端出现盲板，因此管段中，介质产生的轴向力在两端得到平衡。结构的基本形式有两种，可以根据管路布置选用，如图5。图54）一次性套筒补偿器　用于直埋管道预热膨胀后在a、b两接触面处焊死，外套管和芯管不能再做相对移动，然后填埋，所以称一次性补偿器。图6图61.2　从密封材料上分类　对密封材料的基本要求是：有一定的弹塑性、轴向压力能产生较大的径向压力；化学稳定性好；渗透性小；自滑性好（摩擦系数小，并耐磨）；耐温；还要方便更换，成本低廉。密封材料可以分为成型填料和非成型填料，目前所用的材料及性能如下。1）编制

6、盘根制品　油浸石棉盘根、柔性石墨盘根及复合石墨成型密封圈及其改性材料。所谓改性即增加了其他材料而提高了其性能、如石棉盘根外浸二硫化钼和聚四氟乙烯乳液，摩擦系数只有0.02－0.02.必须了解这些密封材料性能，正确使用，才能使密封达到良好效果，加膨胀石墨的密度对其性能影响较大，密度从0.7g/cm3增加到1.2g/cm3，抗拉强度从2.2MPa增加到6.2MPa，并且回弹率增高，常用密度为1.1－1.6g/cm3回弹率35－50％，摩擦系数0.13－0.15，使用温度《800度。由于石墨电极电位高于金属，致使发生腐蚀（不锈钢同样发生腐蚀），应使用缓蚀性膨胀石墨，目前采用加锌粉方法。2）聚四氟乙

7、烯（F-4）塑料制品　F-4长期使用温度为－195－250度，F-4加入MOS2、SiO2、青铜粉、石墨、等填充剂后，除保持原有性能外，在负荷下尺寸稳定性提高10倍，耐磨可提高400－800倍，钢对它的静、动摩擦系数为0.04，这种材料已成功运用在套筒补偿器上开启7000次无泄漏。可以称得上无泄漏套筒补偿器。3）橡胶制品　　耐水、耐蒸汽、抗老化、气密性好的属硅橡胶和氟橡胶，常用温度为200度，最高使用温度为3