КОМПЕНСАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ТРУБОПРОВОДА (ВАРИАНТЫ)
PIPELINE COMPENSATING DEVICE (VERSIONS)

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано в различных видах промышленности (газовой, нефтяной, молочной, авиационной, космической и др.), где необходима компенсация угловых и линейных перемещений трубопроводов в больших пределах.
Компенсационные элементы трубопровода обеспечивают его работоспособность при относительных перемещениях (линейных и угловых) соединяемых ими элементов, а варианты применения компенсационных элементов зависят как от величины и характера этих перемещений, так и от возможностей самих компенсационных элементов.
В качестве компенсационных элементов применяются, например, сильфонные компенсаторы, которые могут быть выполнены как с наружными карданными узлами, так и с внутренними шарнирами, соответственно обеспечивающие компенсирование угловых перемещений как в телесном угле, так и в одной плоскости.
Зачастую требуется компенсировать угловые и линейные перемещения в значительных пределах, например в трубопроводе большой протяженности.
Известно компенсационное устройство трубопровода по патенту №2265769, содержащее три соединенных между собой патрубками шарнира, выполненных в виде вставленных одна в другую полых сфер, который принят за прототип.
Недостатками прототипа является:
- при воздействии вибродинамических нагрузок (источником которых может быть, например, насос для перекачки рабочего тела) компенсационное устройство трубопровода ничем не ограничено от перемещений в направлении, перпендикулярном плоскости размещения шарниров, в результате чего на резонансных частотах может произойти его разрушение, что значительно снижает надежность конструкции;
- шарниры, выполненные в виде вставленных одна в другую полых сфер, требуют дополнительных элементов герметизации, что также снижает надежность работы устройства.
Задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы компенсационного устройства трубопровода.
В компенсационном устройстве трубопровода, содержащем патрубки и фланцы, задача по первому варианту решается за счет того, что патрубки соединены между собой изогнутым патрубком, причем патрубки лежат в одной плоскости, в качестве компенсирующих элементов применены три сильфонных компенсатора, компенсирующие перемещения в телесном угле, два из которых входят в состав одного патрубка, а третий - в составе другого патрубка; в средней части компенсационного устройства установлена опора, обеспечивающая перемещения в плоскости компенсационного устройства, а сама опора жестко закреплена к неподвижному элементу конструкции.
В компенсационном устройстве трубопровода, содержащем компенсирующие элементы, патрубки и фланцы, задача по второму варианту решается за счет того, что патрубки соединены между собой изогнутым патрубком, причем патрубки лежат в одной плоскости, в качестве компенсирующих элементов применены три сильфонных компенсатора, два из них компенсируют перемещения в телесном угле и входят в состав одного патрубка, а третий сильфонный компенсатор, который входит в состав другого патрубка, компенсирует угловые перемещения в плоскости компенсационного устройства, причем ось поворота компенсатора перпендикулярна плоскости компенсационного устройства.
На фиг.1 представлено компенсационное устройство трубопровода по первому варианту с применением опоры, на фиг.2 представлено компенсационное устройство трубопровода по второму варианту, где:
1 - фланцы;
2 - изогнутый патрубок;
3 - сильфонные компенсаторы;
4 - патрубки;
5 - плоскость компенсационного устройства;
6 - опора;
7 - неподвижный элемент конструкции;
8 - средняя часть компенсационного устройства;
9 - основание;
10 - ось поворота компенсатора;
11 - свободный прижим.
Компенсационное устройство трубопровода по первому варианту, содержащее патрубки 4 и фланцы 1, патрубки 4 соединены между собой изогнутым патрубком 2, причем патрубки 4 лежат в одной плоскости, компенсирующие элементы, в качестве которых применены три сильфонных компенсатора 3, компенсирующие перемещения в телесном угле, два из которых входят в состав одного патрубка 4, а третий - в составе другого патрубка 4. В средней части компенсационного устройства 8 установлена опора 6, обеспечивающая перемещение в плоскости компенсационного устройства 5, а сама опора 6 жестко закреплена к неподвижному элементу конструкции 7.
Опора 6 может быть выполнена, например, в виде основания 9, жестко закрепленного к неподвижному элементу конструкции 7, со свободным прижимом 11. Опора 6 позволяет участку компенсационного устройства с одним сильфонным компенсатором 3 перемещаться только в плоскости компенсационного устройства 5, а участок компенсационного устройства с двумя сильфонными компенсаторами 3 не имеет ограничений по перемещениям.
Опора 6, закрепленная на неподвижном элементе конструкции 7, будет воспринимать поперечную нагрузку, при этом образовывается система пространственных связей, обеспечивающая динамическую и статическую прочность конструкции.
Компенсационное устройство трубопровода по второму варианту, содержащее патрубки 4 и фланцы 1, патрубки 4 соединены между собой изогнутым патрубком 2, причем патрубки 4 лежат в одной плоскости, компенсирующие элементы, в качестве которых применены три сильфонных компенсатора 3, два из них компенсируют перемещения в телесном угле и входят в состав одного патрубка 4, а третий сильфонный компенсатор 3, который входит в состав другого патрубка 4, компенсирует угловые перемещения в плоскости компенсационного устройства 5, причем ось поворота компенсатора 10 перпендикулярна плоскости компенсационного устройства 5.
Расстояния между сильфонными компенсаторами 3 определяются расчетом из условий компенсации максимальных расчетных величин относительных перемещений, при этом плоскость компенсационного устройства 5 располагают максимально близко к плоскости, в которой образуются максимальные перемещения.
В сильфонных компенсаторах 3 соединение сильфонов с фланцами выполняется в сварном варианте, поэтому каких-либо дополнительных элементов герметизации не требуется.
Во втором варианте нагрузка, действующая на компенсационное устройство в направлении, перпендикулярном плоскости компенсационного устройства, воспринимается шарнирным узлом сильфонного компенсатора 3, компенсирующего угловые перемещения только в плоскости компенсационного устройства 5.
Компенсационное устройство трубопровода работает следующим образом.
В процессе эксплуатации компенсационное устройство трубопровода компенсирует все продольные и поперечные перемещения за счет изгиба сильфонных компенсаторов 3 по первому варианту, причем средняя часть компенсационного устройства 8 перемещается в опоре 6 в плоскости компенсационного устройства 5.
В процессе эксплуатации компенсационное устройство трубопровода по второму варианту компенсирует все продольные и поперечные перемещения за счет изгиба сильфонных компенсаторов 3.
Компенсационное устройство трубопровода располагают в плоскости наибольших относительных перемещений, что позволит ему работать в наиболее благоприятных условиях.
Податливость сильфонных компенсаторов 3 определяется их жесткостью.
Предлагаемое компенсационного устройства трубопровода может компенсировать перемещения в больших пределах, в том числе технологические (монтажные) перемещения. В случае если максимальные относительные перемещения относительно нулевого положения не одинаковы, то можно увеличить возможности компенсирования за счет изгиба сильфонных компенсаторов 3 в сторону меньшего значения относительных перемещений, смещая искусственно нулевое положение на необходимую величину. Эту операцию целесообразно выполнять в процессе монтажа компенсационного устройства трубопровода с контролем изменения углов изгиба сильфонных компенсаторов 3, причем следует учитывать, что средний сильфонный компенсатор 3 изгибается на больший угол, чем два других за счет перераспределения угловых перемещений между сильфонными компенсаторами 3 с учетом их жесткости.
Повышение надежности работы компенсационного устройства трубопровода достигается за счет введения в конструкцию компенсационного устройства трубопровода дополнительных связей в виде опоры 6 по первому варианту и в виде сильфонного компенсатора 3 с одной осью поворота 10 по второму варианту, которые обеспечивают динамическую и статическую прочность конструкции.
Кроме того, не требуется каких-либо дополнительных элементов герметизации за счет того, что сильфонные компенсаторы 3 выполняются в сварном варианте.