專利名稱：補償接頭、風口套管以及風口套管區段的制作方法
技術領域：
本實用新型總體上涉及熱流體的傳輸。更確切地，本實用新型涉及分段導管，所述分段導管可以充當用于將預熱氣體傳送至爐(例如鼓風爐)的內部的鼓風口供給線路，并且特別地涉及用于將這種導管的區段相互連接的補償接頭(compensation joint)。
背景技術：
在不局限于其實用性的同時，本實用新型特別好地適用于豎爐鼓風口供給線路的補償接頭。在豎爐中，特別是在鼓風爐中，通過位于爐周邊周圍的多個注射噴嘴(吹風管)來將預熱空氣注入爐中。這些注射噴嘴通過已知為風口套管(tuyere stock)的供給線路連接至預熱空氣(環管)的共用供應。環管通常具有圓形橫截面并且在大約爐架的水平高度處環繞爐子。風口套管通常包括多個內部襯有耐火材料的串聯連接的管狀元件。為了補償制造和安裝公差，并且特別地為了補償在爐子運行過程中發生的熱膨脹，利用補償接頭(通常包括回轉接頭、風箱型膨脹補償器以及萬向接頭)將風口套管的在氣體流動方向上的相鄰區段耦接在一起。為了進一步闡述風口套管、特別是采用萬向型補償器類型的預熱空氣供給線路，可能需要參考美國專利 3，662，696,3, 766，868。3，662，696,3, 766，868 和 4，023，832，它們通過引證方式結合于此。引證的專利的風口套管提供了這樣的優點，即允許補償風口套管的管狀區段在使用期間的不同變形以及管狀區段之間的制造誤差，這將通過使用萬向接頭以及具有很少量褶皺的風箱型補償器而實現。總結現有技術的現狀，已知在風口套管的區段之間設置鉸接的溫度補償接頭，使用該溫度補償接頭將來自共用供應管的預熱空氣傳送至豎爐的壁中的注射噴嘴。專利US3, 66，696和3，766，868示出并描述了補償器接縫，這被證明是相當成功的。這些補償器采用萬向接頭和風箱型元件；使用的風箱型元件用于在接頭組件的鉸接表面(articulatedsurface)周圍提供密封。如在專利US4，023, 832中闡述的，由于極高的操作環境溫度，因此風箱型元件(它們直接暴露于加熱的氣體)是風口套管的補償接頭的部件中最易損壞的。風箱型元件的潛在失效帶來了嚴重的安全隱患，并且補償接頭的修復或更換(不論是風箱發生失效還是作為必要的預防性維護計劃的一部分)對爐子的運行效率具有有害的影響。為了限制風口套管補償接頭的風箱型元件的溫度，專利US4，023，832提出，在風箱元件與直接暴露于預熱氣體的構件或者接頭組件之間布置環形冷卻室。圖1示出了根據現有技術的具有補償接頭的風口套管。圓形導管、環管10用于供應待由注射噴嘴或鼓風口 12注射進入爐子的預熱空氣或氣體。注射噴嘴12以在現有技術中已知的方式穿過爐子的外壁14，并且被冷卻護套16環繞。環管10通過供給線路連接至噴嘴12，該供給線路被稱為風口套管，總體上用18表示。風口套管18包括焊接鋼板，所述焊接鋼板形成為在內部襯有耐火材料20的導管。風口套管包括不同部分，特別地，包括吹風管22、彎折或肘狀部分24、 以及大體平直的部分26，該大體平直部分將肘狀部分24與環管10連接。大體平直部分26進而包括串聯連接的管狀導管區段28、30和32。[0007]大體平直部分26的導管區段28、30和32通過總體上以34和36表示的萬向補償接頭而彼此連接。萬向補償接頭34、36補償在爐子運行過程中發生的水平和豎直的膨脹，并且矯正任何結構性變化。設置在導管區段28、30和32中的耐火材料內襯包括嚙合的球形鉸接表面40_1、40-2和42-1、42-2，所述球形鉸接表面與相應的萬向補償器的回轉點同心。通常在每對鉸接表面40-1、40-2和42-1、42-2之間的間隙中布置襯墊(圖1未示出)。褶皺形管(或波紋管元件)38將每個間隙相對大氣而密封。圖1中所示類型的補償接頭具有少數缺點。例如，每個萬向環40的中心必須定位在鉸接表面對40-1、40-2和42-1、42-2的回轉點上。萬向環的寬度依賴于機械考量。每個萬向環均通過鉸接臂固定至相應的導管區段。所有這些限制了任何萬向型補償接頭的最小長度。這種接頭遇到的第二個問題是，其相對而言難以組裝。最后，萬向型連接接頭使得襯墊的(軸向)壓縮不易調整。文獻W 02011/107428中描述了另一種補償接頭。該補償接頭將兩個內襯有耐火材料的管區段連接并且形成球形接頭。補償接頭包括褶皺形管，所述褶皺形管以環形室的形式包圍所述球形接頭。球形接頭的互補表面通過針刺(bayonet)鎖定機構而組裝。
實用新型內容本實用新型的一個目的是提供更加容易使用的補償接頭。這個目的可以通過根據本實用新型所述的裝置而實現。根據本實用新型，提供了一種用于例如風口套管的流體導管的補償接頭，包括:包括第一鉸接表面的第一導管區段，以及包括第二鉸接表面的第二導管區段，第一鉸接表面和第二鉸接表面的形狀塑造成(互補的，即配對的)球形區域，當第一管道區段和第二管道區段組裝時，所述球形區域面向彼此；褶皺形管，其具有以流體密封的方式固定在第一導管區段上的第一軸向端部和以流體密封的方式固定在第二導管區段上的第二軸向端部，以便在所述第一鉸接表面和第二鉸接表面之間的空隙周圍限定環形室，該褶皺形管將環形室相對大氣密封；以及布置在環形室外側的球狀(例如件白型(bal Ι-and-socket-type ))接頭,該球狀接頭包含:-截頭球形軸環，其與第一鉸接表面同心，并且固定至第一導管區段的外部殼體，以及-至少一對卡爪元件，其固定至第二導管區段，所述至少一對卡爪元件彼此配合以便限定用于截頭球狀軸環的球形區域狀承座(socket)。由褶皺形管限定的環形室外側的球狀接頭的部件的布置帶來幾個優點。第一個優點是，球狀接頭的部件(截頭球形軸環以及一對或多對卡爪元件)不暴露于導管內的潛在的熱流體和/或腐蝕性流體。如會進一步認識到的，環形室外側的球狀接頭的布置使得在不需移除褶皺形管的情況下，可從外部進入該環形室。這還有助于第一導管區段和第二導管區段的組裝。球形接頭可以包括調節裝置，例如用于調節第一鉸接表面與第二鉸接表面之間的空隙的寬度。因為這些調節裝置可以從外部進入，所以可以在不拆卸補償接頭的情況下進行調節。[0019]如這里所使用的，術語“球形區域”是指球體的包含在兩個平行平面之間的表面的一部分。術語“截頭球形軸環”用于指示這樣的軸環，即其徑向內部表面和徑向外部表面具有同心的球形區域。優選地，補償接頭包括布置在第一鉸接表面與第二鉸接表面之間的空隙中的襯墊。如會認識到的，正是該球狀接頭確定了第一導管區段和第二導管區段相對彼此的幾何位置。隨后，通過球狀接頭確定鉸接表面之間的空隙的寬度以及因此確定襯墊上的壓力。作用在補償接頭上的機械負載的變化(例如由熱膨脹或收縮導致的)基本上由軸環和卡爪元件承受，同時空隙的寬度以及因此襯墊的壓縮保持大致恒定。截頭球形軸環可以永久地固定(例如通過焊接)至第一導管區段。可替換地，所述截頭球形軸環可以可移除地附接至第一導管區段。優選地，第二導管元件包括凸緣，至少一對卡爪元件固定在該凸緣上。有利地，在凸緣和至少一對卡爪元件之間布置一個或多個隔離件，并且將所述至少一對卡爪元件放置在離開凸緣一定距離處。隔離件可以用作上述的調節裝置:所述一個或多個隔離件的厚度確定球形區域狀承座的幾何中心與第二鉸接表面的幾何中心之間的軸向距離。這個軸向距離和第一鉸接表面與第二鉸接表面之間的空隙的寬度對應。通過調整所述一個或多個隔離件的厚度，因此能夠調節鉸接表面之間的襯墊上的軸向壓力。優選地，所述一個或多個隔離件可移除地固定至凸緣和至少一對卡爪元件。例如，所述至少一對卡爪元件可以螺栓連接至凸緣。每對卡爪元件的卡爪元件均是獨立的件，它們可釋放地固定至彼此，以便抓緊截頭球形軸環。選擇卡爪元件的幾何形狀以使得，當組裝卡爪元件時，軸環被卡住，也即，為了將軸環從其承座中釋放，需要將卡爪元件拆卸。第一鉸接表面和第二鉸接表面中的一個是凹入型的，同時另外一個是凸起型的。第一鉸接表面或者第二鉸接表面均可以是凸起型的。本實用新型的一個 優選的方面涉及用于例如鼓風爐的豎爐的風口套管，所述豎爐包括如上面大體描述的一個或多個補償接頭。本實用新型的另一個優選的方面涉及風口套管區段，其作為補償接頭的第一導管區段或第二導管區段而實施。根據本實用新型的第一方面提供了用于流體導管的補償接頭，包括:包括第一鉸接表面的第一導管區段以及包括第二鉸接表面的第二導管區段，所述第一鉸接表面和所述第二鉸接表面的形狀塑造成球形區域，所述球形區域在所述第一導管區段和所述第二導管區段組裝的情況下面向彼此，褶皺形管，所述褶皺形管具有以流體密封的方式固定在所述第一導管區段上的第一軸向端部和以流體密封的方式固定在所述第二導管區段上的第二軸向端部，以在所述第一鉸接表面與所述第二鉸接表面之間的空隙周圍限定環形室，所述褶皺形管將所述環形室相對大氣密封；特別地，在所述環形室外部布置球狀接頭，所述球狀接頭包括:截頭球形軸環，所述截頭球形軸環與所述第一鉸接表面同心并且固定至所述第一導管區段，至少一對卡爪元件，所述至少一對卡爪元件固定至所述第二導管元件，并且彼此配合以限定用于所述截頭球形軸環的球形區域狀承座。具體地，根據本實用新型第一方面的補償接頭，其中，所述截頭球形軸環永久地固定至所述第一導管區段。具體地，根據本實用新型第一方面的補償接頭，其中，所述第二導管元件包括凸緣，所述至少一對卡爪元件固定在所述凸緣上。具體地，根據本實用新型第一方面的補償接頭，其中，所述補償接頭包括布置在所述凸緣與所述至少一對卡爪元件之間的一個或多個隔離件，以將所述至少一對卡爪元件放置在離開所述凸緣一定距離處。具體地，根據本實用新型第一方面的補償接頭，其中，所述一個或多個隔離件可移除地固定至所述凸緣和所述至少一對卡爪元件。具體地，根據本實用新型第一方面的補償接頭，其中，所述至少一對卡爪元件螺栓連接至所述凸緣。具體地，根據本實用新型第一方面的補償接頭，其中，所述第一鉸接表面是凹入型的，并且所述第二鉸接表面是凸起型的。具體地，根據本實用新型第一方面的補償接頭，其中，所述第一鉸接表面是凸起型的，并且所述第二鉸接表面是凹入型的。具體地，根據本實用新型第一方面的補償接頭，其中，所述補償接頭包括布置在所述第一鉸接表面與所述第二鉸接表面之間的所述空隙中的襯墊。根據本實用新型第二方面提供了一種用于豎爐的風口套管，其中，所述風口套管包括一個或多個根據本實用新型第一方面的補償接頭。根據本實用新型第三方面提供了一種用于豎爐的風口套管區段，其中，所述風口套管區段構造成在根據本實用新型第一方面中所述的第一導管區段或第二導管區段，所述風口套管區段與另一個風口套管區段組裝以形成根據本實用新型第一方面的補償接頭。
現在參照附圖通過示例`來描述本實用新型的優選實施方式，附圖中:圖1是根據現有技術的風口套管的幾乎為截面形式的側視圖，如已在前面討論，該風口套管連接在鼓風口和鼓風爐的環管之間；圖2是具有根據本實用新型的補償接頭的大體筆直的風口套管部分的縱向截面圖。
具體實施方式
參照圖2，大體筆直的風口套管部分以參考標號100表示。大體平直的風口套管部分100包括三個串聯布置的風口套管區段102、104和106，它們通過杵白型的補償接頭108,110連接。補償接頭108將上區段102和中間區段104互連，并且在它們之間提供流體連通。補償接頭110將中間區段104和下區段106互連，并且在它們之間提供流體連通。圖2的大體筆直的風口套管部分100可以替代圖1所示的對應部分26。圖2的補償接頭108和110執行與圖1的補償接頭34和36相同的功能。部分100的鼓風口區段102、104、106包括外部鋼制殼體112，該外部鋼制殼體內部襯有耐火材料114，以便將預熱空氣和/或頂部氣體從環管引導至豎爐的鼓風口。在補償接頭108處，中間風口套管區段104在第一凹入鉸接表面116中終止。第二凸起鉸接表面118在上鼓風口區段102的下端上形成。第一鉸接表面116和第二鉸接表面118的形狀彼此互補。在補償接頭的組裝狀態下，所述鉸接表面布置成彼此相向，這樣，第一鉸接表面116的曲率中心120與第二鉸接表面118的曲率中心基本重合。襯墊122 (例如纖維襯墊)優選地布置在第一鉸接表面116和第二鉸接表面118之間的空隙中。鉸接表面116,118的形狀使得上風口套管區段102和中間風口套管區段104能夠相對彼此做有限的角運動。如可從圖2進一步看到的，褶皺形管或波紋管124包圍鉸接。褶皺形管124布置成與上風口套管區段102和中間風口套管區段104大體同軸。該褶皺形管具有以流體密封的方式分別固定在上風口套管區段和中間風口套管區段的外側上的第一軸向端部和第二軸向端部。褶皺形管124在鉸接表面116、118之間的空隙周圍定界環形室126，并且使所述環形室相對大氣密封。通過襯墊122的任何氣體泄漏都會被限制在環形室126中，并且防止氣體溢出至大氣中。補償接頭108進一步包括布置在環形室126外側的球狀接頭。該球狀接頭包括截頭球形軸環128，該截頭球形軸環沿周向圍繞中間風口套管區段104延伸。軸環128的曲率中心(其形成補償接頭108的回轉點)與第一鉸接表面116的曲率中心重合。軸環128耦接在由一對環形卡爪元件130、132限定的承座中，所述環形卡爪元件固定在上風口套管區段102的凸緣134上。卡爪元件130、132允許軸環128繞著曲率中心120進行角運動，而且保持軸環在軸向方向上固定。卡爪元件130、132還限制軸環128的角運動:當軸環128的側表面與卡爪元件130、132的界定所述卡爪元件橫跨的球形部分的一部分緊靠地鄰接時，或者當卡爪元件130、132與中間風口套管區段104的殼體112緊靠地鄰接時，所述軸環達到有角度的停止位置。在卡爪元件130 、132與軸環128之間允許的角運動被選擇成使得補償接頭在任何端部位置中都保持密封，即具體地，使得褶皺形管124不會過度拉伸。隔離件136將卡爪元件130、132保持在與凸緣134相距一段預定距離處。隔離件136用作調節襯墊122上的軸向壓力的調節裝置。隔離件的厚度(軸向方向上)確定由卡爪元件130、132限定的承座的幾何中心與第二鉸接表面118的幾何中心之間的軸向距離。因為這個軸向距離與第一鉸接表面116和第二鉸接表面118之間的空隙的寬度(軸向方向)對應，所以襯墊122的軸向壓力可以通過選擇合適的隔離件厚度而調整。在所示實施方式中，隔離件136以上風口套管區段102的規則角間隔來分布。每個隔離件136均具有孔(附圖中未示出)，該孔與凸緣134中以及卡爪元件130、132中對應的孔對準，并且卡爪元件130、132、隔離件136和凸緣可以通過所述孔螺栓連接在一起。應當認識到的是，隔離件136在褶皺形管124周圍形成開放型罩；因此，外界空氣可以流經隔離件136之間的開口，并且冷卻褶皺形管124。另外，褶皺形管124可以容易地檢察。同時，所述罩充當褶皺形管的保護，防止例如工人無意地與褶皺形管124的熱表面接觸。本領域技術人員會認識到，圖2的補償接頭的安裝可以比從現有技術已知的補償接頭的安裝容易得多。首先，鉸接表面116和118靠在一起，并且在它們之間具有襯墊122。在第二步驟中，褶皺形管固定至管狀區段102、104，例如通過焊接或通過凸緣連接。最后，卡爪元件130、132以這樣的方式放置在適當位置中，即它們扣住軸環128并且然后固定至凸緣134。通過選擇隔離件136的厚度，可以容易地調節襯墊的壓縮。可以通過在隔離件136與凸緣134和/或卡爪元件130之間添加或移除墊板來進行微調節。中間風口套管區段104與下風口套管區段106之間的補償接頭110與補償接頭108具有相同的構造。補償接頭110的以上描述(已作適當修正)因此適用于補償接頭110。[0049]與傳統萬向型補償接頭相比，根據本實用新型的補償接頭在軸向方向上所需空間更少。相應地，上風口套管區段102和下風口套管區段104可以制成比現有技術的更短。這允許增大中間區段104的長度以及回轉點120和120'之間的距離。進而，對于設備的給定的總體尺寸，這允許整個風口套管更大的運動。在已經詳細描述本實用新型的一個特定實施方式時，本領域技術人員應當認識到的是，在本公開的總體教導下，可以發展出對那些細節的多種修改和變換。相應地，所公開的特定布置僅僅旨在示意性的，并且不限制本實用新型的范圍，本實用新型的范圍在所附權利要求以及任何或所有等同物中詳盡地給出。特別地，在圖2中所示的中間區段104在每個補償接頭處均具有凹入型鉸接表面同時，本領域技術人員應當認識到的是，假如互補型鉸接表面設置在上區段102和下區段106上，則所述中間區段可替換地可以包括兩個凸起型鉸接表面、或者一個凹入型和一個凸起型鉸接表面。還應當注意的是，只要保持同心，軸環和卡爪元件的位置可以相對于鉸接表面而倒置。關于隔離件，可以不使用在周界上分布的獨立的隔離件，取而代之地使用環形隔離件，所述環形隔離件可以由一個工件制成或包括幾個弧形元件。此外，每個卡爪元件均可由單個環形工件制成或包括多個弧形元件。圖例:圖110環管 30管狀導管區段12 鼓風口32 管狀導管區段14 鼓風爐外壁34 萬向補償接頭16 冷卻護套36 萬向補償接頭18 風口套管38 褶皺形管20 耐火材料內襯40-1 鉸接表面22 吹風管40-2 鉸接表面24 肘狀部分42-1 鉸接表面26 大體筆直的部分42-2 鉸接表面28 管狀導管區段圖2100 大體筆直的風口套管部分 120 第一鉸接表面的曲率中心102 風口套管區段122襯墊104 風口套管區段124 褶皺形管106 風口套管區段126 環形室108 補償接頭128 截頭球形軸環110 補償接頭130 卡爪元件112 外部鋼制殼體132 卡爪元件114 耐火材料內襯134 凸緣116 第一鉸接表面136 隔離件[0077] 118 第二鉸接表面
權利要求1.用于流體導管的補償接頭，包括: 包括第一鉸接表面的第一導管區段以及包括第二鉸接表面的第二導管區段，所述第一鉸接表面和所述第二鉸接表面的形狀塑造成球形區域，所述球形區域在所述第一導管區段和所述第二導管區段組裝的情況下面向彼此， 褶皺形管，所述褶皺形管具有以流體密封的方式固定在所述第一導管區段上的第一軸向端部和以流體密封的方式固定在所述第二導管區段上的第二軸向端部，以在所述第一鉸接表面與所述第二鉸接表面之間的空隙周圍限定環形室，所述褶皺形管將所述環形室相對大氣密封； 其特征在于，在所述環形室外部布置球狀接頭，所述球狀接頭包括: 截頭球形軸環，所述截頭球形軸環與所述第一鉸接表面同心并且固定至所述第一導管區段， 至少一對卡爪元件，所述至少一對卡爪元件固定至所述第二導管元件，并且彼此配合以限定用于所述截頭球形軸環的球形區域狀承座。
2.根據權利要求1所述的補償接頭，其特征在于，所述截頭球形軸環永久地固定至所述第一導管區段。
3.根據權利要求1所述的補償接頭，其特征在于，所述第二導管元件包括凸緣，所述至少一對卡爪元件固定在所述凸緣上。
4.根據權利要求3所述的補償接頭，其特征在于，所述補償接頭包括布置在所述凸緣與所述至少一對卡爪元件之間的一個或多個隔離件，以將所述至少一對卡爪元件放置在離開所述凸緣一定 距離處。
5.根據權利要求4所述的補償接頭，其特征在于，所述一個或多個隔離件可移除地固定至所述凸緣和所述至少一對卡爪元件。
6.根據權利要求3至5中任一項所述的補償接頭，其特征在于，所述至少一對卡爪元件螺栓連接至所述凸緣。
7.根據權利要求1至5中任一項所述的補償接頭，其特征在于，所述第一鉸接表面是凹入型的，并且所述第二鉸接表面是凸起型的。
8.根據權利要求1至5中任一項所述的補償接頭，其特征在于，所述第一鉸接表面是凸起型的，并且所述第二鉸接表面是凹入型的。
9.根據權利要求1至5中任一項所述的補償接頭，其特征在于，所述補償接頭包括布置在所述第一鉸接表面與所述第二鉸接表面之間的所述空隙中的襯墊。
10.用于豎爐的風口套管，其特征在于，所述風口套管包括一個或多個根據權利要求1至5所述的補償接頭。
11.用于豎爐的風口套管區段，其特征在于，所述風口套管區段構造成作為權利要求1至5中任一項中所述及的第一導管區段或第二導管區段，所述風口套管區段待與另一個風口套管區段組裝以形成根據權利要求1至5中任一項所述的補償接頭。
專利摘要本實用新型涉及補償接頭、風口套管以及風口套管區段。本實用新型的補償接頭包括包括第一鉸接表面的第一導管區段及包括第二鉸接表面的第二導管區段，第一鉸接表面和第二鉸接表面在所述第一導管區段和所述第二導管區段組裝的情況下面向彼此；褶皺形管，其具有固定在第一導管區段上的第一軸向端部和固定在第二導管區段上的第二軸向端部，以在第一鉸接表面與第二鉸接表面之間的空隙周圍限定環形室；其中，在環形室外部布置球狀接頭，球狀接頭包括截頭球形軸環，其與第一鉸接表面同心并且固定至第一導管區段；至少一對卡爪元件，其固定至第二導管元件，并且彼此配合以限定用于截頭球形軸環的球形區域狀承座。本實用新型的補償接頭更加容易使用。
文檔編號C21B7/16GK203099196SQ20122070706
公開日2013年7月31日 申請日期2012年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者保羅·托克爾特, 約瑟夫·霍利曼, 埃米爾·洛納爾迪, 居伊·蒂倫, 伯努瓦·容格, 保羅·布爾格 申請人:保爾伍斯股份有限公司