ТЕРМОУПЛОТНЯЕМЫЙ КОМПЕНСАТОР

Предлагаемое техническое решение предназначено для трубопроводов при перекачивании жидкостей или газов при повышенных температурах с целью компенсации линейных температурных изменений длины трубопроводов.
Известны конструкции компенсаторов, состоящих из одного или двух сильфонов - тонкостенных гофрированных оболочек из антикоррозионной нержавеющей стали, патрубков из малоуглеродистой стали, служащих для присоединения компенсаторов к трубопроводу, и защитного кожуха из листовой малоуглеродистой стали, закрепленного на стойках винтами [Компенсатор линзовый осевой типа КЛО ОСТ 34-42-569-82; ОСТ 34-42-570-82; ОСТ 34-42-571-82; ОСТ 34-42-572-82].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невозможность использования известной конструкции при высоких температурах из-за больших механических напряжений в сварочных швах, соединяющих сильфоны тонкостенных гофрированных оболочек компенсаторов к трубопроводу. Это приводит к растрескиванию, потере герметичности сварочных швов, необходимости остановки работы трубопроводов, и, как следствие, уменьшению времени работы и производительности.
Известен компенсатор для металлических трубопроводов, который состоит из муфты, внутри которой расположены концы труб, образующие между собой компенсационный зазор, в котором размещен сильфонный элемент, имеющий по меньшей мере один гофр, способный растягиваться и сжиматься в осевом направлении. Концы сильфонного элемента соответственно герметично соединены с внутренними концами труб. Один конец муфты является свободным концом. Впадина гофра сильфонного элемента снабжена вкладышем [патент РФ №2208194, F16L 51/02, 2003].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся значительные напряжения, возникающие в сварочных швах, герметично соединяющих сильфонный элемент с внутренними концами труб. Это приводит к периодическому растрескиванию сварочных швов, потере герметичности и необходимости остановки работы и ремонта компенсатора. Это снижает время основной работы трубопровода и саму производительность трубопровода.
Известен термоуплотняемый компенсатор удлинений трубопровода с цилиндрическим корпусом, охватывающим переходную гильзу, и фланцами, стягиваемыми подпружиненными болтами, втулкой, установленной между корпусом и переходной гильзой, изготовленной из материала с коэффициентом удельного теплового расширения меньшим, чем у материала корпуса и гильзы [Авт.св. СССР №409050, F16L 51/00, 1973].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся значительные механические напряжения в сварочных швах, соединяющих цилиндрический корпус с переходной гильзой и втулкой, особенно при высоких температурах перекачиваемой жидкости, газа или пара, что приводит к растрескиванию и герметичности сварочных швов, а значит остановке на ремонт, уменьшению времени перекачивания и производительности.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятым за прототип является термоуплотняемый компенсатор удлинений трубопровода с цилиндрическим корпусом, охватывающим переходную гильзу, линзой и фланцами, стягиваемыми болтами, при этом переходная гильза изготовлена из материала с коэффициентом удельного теплового расширения большим, чем у материала корпуса, а свободный конец переходной гильзы имеет внешний диаметр меньший, чем внутренний диаметр корпуса для обеспечения герметизации корпуса при нагревании до рабочей температуры [Описание полезной модели к патенту РФ №68639, F16L 51/00, 2007].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся высокие механические напряжения, возникающие в линзе и сварочных швах, соединяющих линзу с цилиндрическим корпусом при высоких температурах и линейных деформациях трубопровода, что приводит к потере герметичности сварочных швов, необходимости остановок работы трубопровода, и, как следствие, снижению производительности.
Техническим результатом предлагаемой конструкции термоуплотняемого компенсатора является увеличение
производительности за счет увеличения времени работы без аварий и остановок, вызываемых потерей герметичности при растрескивании сварочных швов от температурных напряжений, соединяющих гильзу компенсатора с трубопроводом, особенно при высоких давлениях и температурах.
Поставленный технический результат достигается тем, что в термоуплотняемом компенсаторе удлинений трубопровода с цилиндрическим корпусом, охватывающим гильзу, изготовленную из материала с коэффициентом удельного теплового расширения большим, чем у материала корпуса, и фланцами, стягиваемыми болтами, при этом концы гильзы имеют внешний диаметр меньший, чем внутренний диаметр корпуса для обеспечения герметизации корпуса при нагревании до рабочей температуры, при этом гильза изготовлена из материала, обладающего эффектом памяти.
Изготовление переходной гильзы из материала, обладающего эффектом памяти, позволяет ей при повышении температуры сжиматься по длине, принимая бочкообразную форму, тем самым компенсировать удлинение концов трубопровода под действием температуры. Это резко снижает температурные напряжения в сварочных швах, предотвращает их растрескивание и потерю герметичности, а значит время остановок на ремонт, и увеличивает время основной работы перекачивания по трубопроводу жидкости, газа или пара, и в целом производительность.
При снижении температуры перекачиваемой жидкости, газа или пара температурные удлинения уменьшаются и вместе с ними за счет эффекта памяти материала, из которого выполнена гильза, ее форма возвращается из бочкообразной в первоначальную цилиндрическую, что предотвращает создание высоких температурных напряжений в сварочных швах, их растрескивание и потерю герметичности, а значит, увеличивает время прокачивания жидкости, газа или пара по трубопроводу без остановок на ремонт, и в целом способствует росту производительности.
На фиг. 1 показал общий вид в разрезе термоуплотняемого компенсатора удлинений трубопровода при нормальной температуре, на фиг. 2 - тоже при высокой температуре. Термоуплотняемый компенсатор состоит из корпуса 1, переходной гильзы 2 и фланцев 3, которые герметично соединены с фланцами 4 трубопровода 5 посредством прокладок 6 и затянуты с помощью креплений: болтов 7, шайб 8 и гаек 9. Гильза 2 выполнена из материала, обладающего эффектом памяти, и при нормальной температуре имеет цилиндрическую форму. Оба конца переходной гильзы 2 герметично соединены с корпусом 1 сварочными швами.
Термоуплотняемый компенсатор работает следующим образом.
При перекачивании по трубопроводу 5 жидкости, газа или пара при высоких температурах концы трубопровода 5, между которыми установлен термоуплотняемый компенсатор, удлиняются за счет теплового расширения материала трубопровода 5. Однако, за счет увеличения температуры гильза 2, выполненная из материала, обладающего эффектом памяти, сокращается в длине, принимая бочкообразную форму (фиг. 2), что значительно снижает температурные напряжения в сварочных швах, соединяющих концы переходной линзы 2 с корпусом 1, и других сварочных швах, соединяющих фланцы 3 с корпусом 1, и фланцы 4 с корпусом 5. Снижение вышеназванных температурных напряжений предотвращает растрескивание сварочных швов и потерю ими герметичности, увеличивает срок службы термоуплотняемого компенсатора без остановок на ремонт или его замену, и целом приводит к увеличению производительности.
При снижении температуры перекачиваемой жидкости, газа или пара концы трубопровода 5 укорачиваются и расстояние между ними увеличивается. Однако, и длина переходной гильзы 2, выполненной из материала, обладающего эффектом памяти, увеличивается, возвращаясь из бочкообразного состояния по форме к прямолинейной цилиндрической. Это предотвращает создание высоких температурных напряжений в сварочных швах самого термоуплотняемого компенсатора и трубопровода 5, соединенного с фланцами 9, снижает риск растрескивания и потери герметичности и возможности утечек перекачиваемой жидкости, газа или пара, что снижает время остановок на ремонт или замену самого компенсатора, а значит, приводит к увеличению производительности.
Материалы, обладающие эффектом памяти известны (Физические эффекты в машиностроении: Справочник / В.А. Лукьянец, З.И. Алмазова, Н.П. Бурмистрова и др.; Под общей ред. В.А. Лукьянца - М.: Машиностроение, 1993. - С. (49-152). Так сплав титана с никелем TiNi изменяет форму и деформации в диапазоне температур от (-166 до 120°C. Сплав марганца с медью (90% Mn) от (100 до 270°C, сталь 12Х18Н10Т при 100°C. «Обратимая деформация таких материалов может достигать 30%, в то время как восстановление формы при упругой деформации традиционных материалов не превышает десятых долей процента». То есть 1 м длины материала, обладающего эффектом памяти может иметь такую же обратимую деформацию как 300 м длины традиционных материалов.
Таким образом, изготовление переходной гильзы 2 из материала, обладающего эффектом памяти, и герметичное соединение конца переходной гильзы 2 с цилиндрическим корпусом 1 позволяет снизить температурные напряжения, возникающие за счет теплового изменения длины трубопровода 5, предотвратить растрескивание и потерю герметичности в сварочных швах, соединяющих переходную гильзу 2 с цилиндрическим корпусом 1, а цилиндрический корпус 1 и концы трубопровода 5, соответственно, с фланцами 3 и 4, увеличить время работы термоуплотняемого компенсатора без остановок на ремонт и замену, и, следовательно, обеспечить высокую производительность по перекачиванию жидкости, газа или пара с высокой температурой по трубопроводу 5.