直流無推力套筒補償器的設計與應用

黃恒章，焦金增

（北京首航波紋管制造有限公司，北京 102602）

直流無推力套筒補償器的設計與應用

黃恒章，焦金增

（北京首航波紋管制造有限公司，北京 102602）

對直流套筒補償器的產品性能、結構形式進行了簡單介紹，分析討論了其平衡原理，介紹了產品的使用情況。

直流；無推力；套筒補償器；平衡

直流無推力套筒補償器是近年來設計開發的一種新型套筒補償器，主要用于因管道安裝位置限制而無法設置固定支架的管道上。下面對直流無推力套筒補償器的原理和應用進行分析。

1 產品介紹

直流無推力套筒補償器是消除了介質壓力對固定支架軸向力的套管補償器。其具有對介質氯離子含量無要求，補償量大，對管道固安支架無推力，流阻小，成本低，易安裝，免維護等特點。一般安裝于維修井內或架空管線，用于吸收管道因溫度變化而產生的變形（熱脹冷縮），起到降低管道變形應力，提高管道使用壽命的作用。

2 產品結構

直流無推力套筒補償器由活動芯管、工作密封腔、環板、平衡腔、平衡密封腔和承力拉桿組成，結構如下圖所示：

1活動芯管、2工作密封腔、3環板、4平衡腔、5平衡密封腔、6.承力拉桿

該結構設置了防拉脫裝置，可保證在其伸縮到極限位置時不被拉開，從而使整個管網運行的安全性大大提高。填料函采用橡膠（石墨）密封材料，能耐高溫、防腐蝕、抗老化。填料函結構上采用“V”型寬唇饒性結構，利用流體動壓密封原理來達到可靠的密封效果，從而減小摩擦力，密封效果更好。根據使用溫度不同，采用不同的耐溫且耐腐蝕、化學性能穩定的密封材料，且具有自潤滑性能，摩擦系數小，壓縮回彈率高，不含有高溫中易揮發的潤滑劑和添加劑，密封性能穩定，其使用壽命遠遠大于其它補償器。該補償器還具有隨溫度和壓力增大而密封性能增強的特點，能解決管道運行中的跑、冒、泄漏等問題，確保管道的安全運行。

3 平衡原理分析

靜力平衡原理是基于帕斯卡靜力原理（內力平衡原理），帕斯卡靜力平衡原理是利用作用力的大小相等方向相反而達到靜力平衡。假設一個密封的圓形容器或一個兩端盲端的管道。見下圖：

圓形容器內壓力P，在P的作用下，圓形容器的圓周面任意點都承受P的載荷，因容器是圓形，所以在圓筒內任意一點都產生P對應的作用力和反作用力，且力的大小相等而方向相反，使P的力在容器內處于靜力平衡狀態。

假設我們把管道盲端力平移至補償器上，如下圖：

F1、F2為介質壓力產生的軸向推力，其大小相等方向相反。為了滿足帕斯卡靜力原理，我們人為的創造一個平衡腔，平衡腔的受壓截面面積完全等于流通管徑截面面積，以滿足力的大小相等方向相反的平衡條件。而介質壓力產生的軸向推力并沒有消除，它是利用拉桿作為承力構件來承受內壓推力。即：F1’＝F1，通過拉桿連接在補償器右面的套管上，F2’與F1’是一對作用力與反作用力，大小相等，方向相反，于是，F2’＝F1，F2＝F1’，這兩對作用力大小相等，方向相反，作用在一條直線上，使介質壓力產生的軸向推力得到平衡。

4 直流無推力套筒補償器的應用前景

直流無推力套筒補償器的問世無疑是熱力管道補償器產品的一項突破性前進。它不僅為補償器的生產開拓了新的領域，更重要的是它不但解決管道內存在工作介質推力的致命弱點，同時也解決了旁通式無推力補償器應力過于集中，介質阻力大弊端。

我們相信隨著技術的進步，直流無推力套筒補償器也必將以其成本低、補償量大、對氯離子含量無要求、易安裝、免維護、對固定支架要求低等優勢獲得在管道補償中廣泛應用。