一种适用于高温管道连接的水冷膨胀节制造技术

本发明专利技术涉及一种适用于高温管道连接的水冷膨胀节，包括所述水冷膨胀节包括第一法兰衬套、Ⅰ型法兰、双层波纹管、Ⅱ型法兰、第二法兰衬套和流体冷却导流环板；所述双层波纹管为中空结构；将双层波纹管分别与Ⅰ型法兰、Ⅱ型法兰通过第一法兰衬套和第二法兰衬套连接，使得双层波纹管的夹层通道通过第一法兰衬套和第二法兰衬套与Ⅰ型法兰和Ⅱ型法兰的冷却流体通道连通；所述第一法兰衬套和第二法兰衬套为所述双层波纹管的冷却流体进、出端口；本发明专利技术具有实现电弧风洞扩压器高温管道的应力缓释、安全导流和有效连接，防止电弧风洞扩压器膨胀节因高温引起的拉裂、导流和密封失效的优点。

A Water-cooled Expansion Joint for High Temperature Pipeline Connection

The invention relates to a water-cooled expansion joint suitable for high temperature pipeline connection, including the first flange bushing, type I flange, double-layer bellows, type II flange, second flange bushing and fluid cooling diversion ring plate; the double-layer bellows are hollow structure; the double-layer bellows are separately connected with type I flange and type II flange through the first flange bushing and the second method. The first flange bushing and the second flange bushing are the cooling fluid inlet and outlet ports of the cooling fluid of the double-layer bellows; the present invention has the advantages of realizing stress slow release, safe flow diversion and high temperature pipeline of the diffuser in the arc wind tunnel; the first flange bushing and the second flange bushing are the cooling fluid inlet and outlet ports of the double-layer bellows. Effective connection to prevent the expansion joint of arc wind tunnel from cracking, diversion and sealing failure due to high temperature.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高温管道连接的水冷膨胀节
本专利技术涉及高温管道连接设计制造
，尤其涉及一种大尺度(直径可达2m)高温气体(超过6000K)输运管道连接与应力缓释的水冷膨胀节及其设计方法。
技术介绍
扩压器是电弧风洞的重要组成系统，在扩压器直管段位置通常需安装膨胀节来缓释应力。与常规高速风洞不同，电弧风洞扩压器管道输运的是高焓气体(高焓值可达到30MJ/kg，温度可超过6000K)，常用工业标准膨胀节不能满足扩压器的连接与应用。主要原因有：一是电弧风洞扩压器内流动的气体温度高，工业标准膨胀节的波纹管由于没有采取冷却，常处于过热状态，很容易因热变形过大造成波纹管壁拉裂；二是工业标准膨胀节内置的导流板没有冷却引起的过热变形损坏；三是工业标准膨胀节的管道连接法兰通常选用工业标准法兰，在高温情形下通常会因法兰温度过高破坏管道的连接密封。现有技术存在如下不足：(1)、现有管道连接膨胀节的标准仅适用于温度较低(低于1000K)流体的管道连接，对于流体温度超过6000K的电弧风洞扩压器的管道连接膨胀节设计没有相关标准和方法。(2)、常规标准膨胀节的波纹管没有采用水冷设计，会因热变形过大拉裂损坏，不能满足电弧风洞扩压器管道的连接要求。(3)、常规标准膨胀节内通常不设计导流环板，即使增加导流环板设计，也没有采用水冷设计，会因温度过高失效，不能满足电弧风洞扩压器管道膨胀节连接段内的导流作用。(4)、工业标准膨胀节的端面连接法兰，没有采用水冷设计，会因法兰温度过高引起道连接密封失效，不能满足电弧风洞扩压器管道连接的要求。这些因素的限制需要采用新的设计来实现电弧风洞扩压器管道的连接。本专利申请技术方案针对电弧风洞扩压器高温管道连接特殊要求，专利技术新的水冷膨胀节连接装置，实现电弧风洞扩压器高温管道的应力缓释、安全导流和有效连接，防止电弧风洞扩压器膨胀节因高温引起的拉裂、导流和密封失效，适用于电弧风洞扩压器在各种模式下的安全稳定运行。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种适用于电弧风洞扩压器高温管道的水冷膨胀节连接装置，将膨胀节的波纹管、导流环板和密封连接法兰设计成水冷结构，实现电弧风洞扩压器高温管道的应力缓释、安全导流和有效连接，从而解决电弧风洞运行状态多变、高温环境恶劣，扩压器膨胀节因高温引起的拉裂、导流和密封失效等矛盾的一种方法。本专利技术所涉及的高温管道连接用水冷膨胀节是在传统工业标准膨胀节设计基础上，提出的一种新的水冷膨胀节设计方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种适用于高温管道连接的水冷膨胀节：所述水冷膨胀节包括第一法兰衬套、Ⅰ型法兰、双层波纹管、Ⅱ型法兰、第二法兰衬套和流体冷却导流环板；所述双层波纹管为中空结构；将双层波纹管分别与Ⅰ型法兰、Ⅱ型法兰通过第一法兰衬套和第二法兰衬套焊接，使得双层波纹管的夹层通道通过第一法兰衬套和第二法兰衬套与Ⅰ型法兰和Ⅱ型法兰的冷却流体通道连通；所述第一法兰衬套1和第二法兰衬套为所述双层波纹管的冷却流体进、出端口。特别的，所述双层波纹管分别与Ⅰ型法兰、Ⅱ型法兰11通过第一法兰衬套和第二法兰衬套的焊接采用氩弧焊接技术焊接。特别的，双层波纹管的壁厚和膨胀节数根据冷却流体管道直径、冷却流体压力以及管道膨胀要求设计确定。特别的，所述Ⅱ型法兰为中空水冷型式。特别的，所述冷却流体通道直径根据冷却流体流量分配计算结果设计。特别的，所述Ⅱ型法兰对双层波纹管的冷却流体通道通过Ⅱ型连接管、Ⅱ型环管连通。特别的，所述Ⅱ型法兰对双层波纹管的冷却流体通道通过Ⅱ型连接管和Ⅱ型环管连通的连接方式为焊接。特别的，所述Ⅱ型法兰与冷却流体通道的通孔沿法兰外圆周向等圆心角分布。特别的，所述Ⅱ型法兰厚度根据管道连接要求设计。特别的，所述Ⅱ型法兰厚度根据管道连接要求设计需要考虑冷却流体通道通孔应不影响法兰连接强度。特别的，所述Ⅰ型法兰为中空结构。特别的，所述Ⅰ型法兰具有双通道冷却功能；其中第一通道连通双层波纹管的冷却流体通道，第二通道连通流体冷却导流环板的冷却流体通道。特别的，所述Ⅰ型法兰的厚度要大于所述Ⅱ型法兰的厚度。特别的，所述Ⅰ型法兰与所述Ⅱ型法兰的位置关系为所述Ⅰ型法兰在目标流体高温端，所述目标流体从高温端经过双层波纹管后通过Ⅱ型法兰达到目标流体低温端。特别的，所述Ⅰ型法兰对双层波纹管的冷却流体通道孔径与数量与Ⅱ型法兰的冷却流体通道孔径与数量相同。特别的，所述Ⅰ型法兰对双层波纹管的冷却流体通道通过Ⅱ型连接管和Ⅱ型环管连通。特别的，所述Ⅰ型法兰对双层波纹管的冷却流体通道通过Ⅱ型连接管和Ⅱ型环管连通的连接方式为焊接。特别的，在Ⅱ型法兰11连接的Ⅱ型环管、Ⅰ型法兰连接的Ⅱ型环管7上分别焊接接管、接管法兰，构成对双层波纹管的冷却循环。特别的，所述流体冷却导流环板为中空夹层结构。特别的，所述中空夹层结构的流体冷却导流环板采用塞焊加强结构。特别的，所述流体冷却导流环板的中空夹层内部焊接隔水条，实现对流体冷却导流环板的冷却循环。特别的，所述隔水条将进入所述流体冷却导流环板的中空夹层的冷却流体分割出冷却流体回路。特别的，所述流体冷却导流环板与所述Ⅰ型法兰、第一法兰衬套通过焊接与所述Ⅰ型法兰上的流体冷却导流环板的冷却流体通道连通。特别的，所述流体冷却导流环板与所述第一法兰衬套和第二法兰衬套的内径与连接冷却流体管道的公称通径相同。特别的，所述Ⅰ型法兰与冷却流体管道上游相连接，可保证管道与水冷膨胀节连接时流体冷却导流环板实现有效导流作用。特别的，所述冷却流体为冷却水、液氮等用于冷却的液体。本专利技术还提供了一种适用于高温管道连接的水冷膨胀节的应用，所述的高温管道连接的水冷膨胀节在高温流体输运管道连接中的应用。特别的，所述适用于高温管道连接的水冷膨胀节用于电弧风洞扩压器高温管道的水冷膨胀节连接装置。实施本专利技术的，具有以下有益效果：(1)结构紧凑有效，将膨胀节的波纹管设计成双层水冷型式，并增加水冷导流环板设计，通过与水冷法兰焊接实现了冷却，避免了波纹管直接接触高温流体，降低了膨胀节波纹管的壁温，解决了膨胀节中波纹管过热引起的失效问题；(2)结构简单，通过在迎风面法兰上的双冷却通道设计，可同时完成两组或两组以上冷却流体的单独输运，有利于制造和安装。(3)性能可靠寿命长，该设计不仅不会影响高温管道的流体输运和管道热应力缓释，而且性能可靠性和膨胀节使用寿命大大延长，同时可满足电弧风洞扩压器在各种交变工况下运行时的高温流体密封和输运。(4)该专利技术设计已在20MW、50MW电弧风洞扩压器以及其他高温管道连接上得到了广泛应用，效果明显。附图说明图1是本专利技术的左视图；图2是本专利技术的右视图；图3是本专利技术的正视图；图4是本专利技术的剖面图；图5是图4中A的放大图；图6是图4中B的放大图；图7是图4中C的放大图。图中：1：法兰衬套；2：Ⅰ型法兰；3：管接头；4：Ⅰ型环管；5：Ⅰ型连接管；6：Ⅱ型连接管；7：Ⅱ型环管；8：双层波纹管；9：接管法兰；10：接管；11：Ⅱ型法兰；12：法兰衬套；13：水冷导流环板；14：环管堵板；15、隔水条。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述水冷膨胀节包括第一法兰衬套1、Ⅰ型法兰2、双层波纹管8、Ⅱ型法兰11、第二法兰衬套12和流体冷却导流环板；所述双层波纹管8为中空结构；将双层波纹管8分别与Ⅰ型法兰2、Ⅱ型法兰11通过第一法兰衬套1和第二法兰衬套12连接，使得双层波纹管8的夹层通道通过第一法兰衬套1和第二法兰衬套12与Ⅰ型法兰2和Ⅱ型法兰11的冷却流体通道连通；所述第一法兰衬套1和第二法兰衬套12为所述双层波纹管8的冷却流体进、出端口。

【技术特征摘要】
1.一种适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述水冷膨胀节包括第一法兰衬套1、Ⅰ型法兰2、双层波纹管8、Ⅱ型法兰11、第二法兰衬套12和流体冷却导流环板；所述双层波纹管8为中空结构；将双层波纹管8分别与Ⅰ型法兰2、Ⅱ型法兰11通过第一法兰衬套1和第二法兰衬套12连接，使得双层波纹管8的夹层通道通过第一法兰衬套1和第二法兰衬套12与Ⅰ型法兰2和Ⅱ型法兰11的冷却流体通道连通；所述第一法兰衬套1和第二法兰衬套12为所述双层波纹管8的冷却流体进、出端口。2.根据权利要求1所述的适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述双层波纹管8分别与Ⅰ型法兰2、Ⅱ型法兰11通过第一法兰衬套1和第二法兰衬套12的连接方式为焊接。3.根据权利要求1所述的适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述双层波纹管8分别与Ⅰ型法兰2、Ⅱ型法兰11通过第一法兰衬套1和第二法兰衬套12的焊接采用氩弧焊接技术焊接。4.根据权利要求1所述的适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述双层波纹管8的壁厚和膨胀节数根据冷却流体管道直径、冷却流体压力以及管道膨胀要求设计确定。5.根据权利要求1所述的适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述Ⅱ型法兰11为中空冷却结构。6.根据权利要求1所述的适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述冷却流体通道直径根据冷却流体流量分配计算结果设计。7.根据权利要求1所述的适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述Ⅱ型法兰11对双层波纹管8的冷却流体通道通过Ⅱ型连接管6、Ⅱ型环管7连通。8.根据权利要求1所述的适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述Ⅱ型法兰11对双层波纹管8的冷却流体通道通过Ⅱ型连接管6和Ⅱ型环管7连通的连接方式为焊接。9.根据权利要求1所述的适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述Ⅱ型法兰11与冷却流体通道的通孔沿法兰外圆周向分布。10.根据权利要求1所述的适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述Ⅱ型法兰11与冷却流体通道的通孔沿法兰外圆周向等圆心角分布。11.根据权利要求1所述的适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述Ⅱ型法兰11厚度根据管道连接要求设计。12.根据权利要求1所述的适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述Ⅱ型法兰11厚度根据管道连接要求设计。13.根据权利要求1所述的适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述Ⅱ型法兰11厚度根据管道连接要求设计，同时需要考虑冷却流体通道开孔对法兰连接强度的影响。14.根据权利要求1所述的适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述Ⅰ型法兰2为中空冷却结构。15.根据权利要求1所述的适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述Ⅰ型法兰2具有双通道冷却功能；其中第一通道连通双层波纹管8的冷却流体通道，第二通道连通流体冷却导流环板13的冷却流体通道。16.根据权利要求1所述的适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述Ⅰ型法兰2对流体冷却导流环板13的冷却流体通道采用沿法兰外圆周向分布。17.根据权利要求1所述的适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述Ⅰ型法兰2对流体冷却导流环板13的冷却流体通道采用沿法兰外圆周向等圆心角分布。18.根据权利要求1所述的适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述Ⅰ型法兰2与双层波纹管8的冷却流体通道开孔位置错开一个合适的角度。19.根据权利要求1所述的适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述合适的角度使得安装时装配空间干涉减少，同时避免了局部开孔引起的法兰强度削弱。20.根据权利要求1所述的适用于高温管道连接的水冷膨胀节，其特征在于：所述Ⅰ型法兰2与双层波纹管8的冷却流体通道开孔位置等...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜百合，陈德江，曹勇，赵文峰，王茂刚，杨远剑，姚峰，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51