СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА
CONNECTION UNIT AND ELECTRIC DISTRIBUTION INSTALLATION

Изобретение относится к соединительному устройству для соединения двух секций трубопровода, содержащему по меньшей мере два кольцевых фланца труб.
Кроме того, изобретение относится к электрической распределительной установке, содержащий по меньшей мере одно такое соединительное устройство.
Из DE 196 05 979 C2 известен токонесущий соединительный элемент для трубопроводов газоизолированной распределительной установки. Соединительный элемент содержит первый электропроводный и токонесущий и второй токонесущий трубчатый частичный элемент. Первый частичный элемент имеет на своем одном конце частичную область, которая перекрывается вторым частичным элементом. При этом продольные оси обоих частичных элементов могут размещаться под отличным от нуля углом. Частичная область первого частичного элемента имеет проходящую вдоль внешней окружности наружу в направлении внутренней стенки второго частичного элемента выпуклость, причем между выпуклостью первого частичного элемента и внутренней стенкой второго частичного элемента размещена токонесущая контактная система. Частичные элементы вне их наружных стенок совместно окружены по меньшей мере на высоте их области перекрытия газонепроницаемым гибким сильфоном.
DE 100 32 797 А1 описывает угловой компенсатор для капсулирования или трубчатого внешнего проводника газоизолированной установки высокого напряжения. Угловой компенсатор состоит из двух разнесенных друг от друга кольцевых фланцев, соединенных друг с другом с возможностью поворота через накладки, и гофрированной трубки, расположенной между кольцевыми фланцами и соединенной с кольцевыми фланцами.
В основе изобретения лежит задача предоставить улучшенное по сравнению с известным уровнем техники соединительное устройство для соединения двух секций трубопровода, и электрическую распределительную установку с таким соединительным устройством.
Относительно соединительного устройства, задача решается с помощью признаков, указанных в п. 1 формулы изобретения, и относительно электрической распределительной установки - с помощью признаков, указанных в п. 10 формулы изобретения.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Соединительное устройство для соединения двух секций трубопровода содержит по меньшей мере два кольцевых фланца трубы.
В соответствии с изобретением, каждый фланец трубы имеет внутреннюю сторону, обращенную к другому фланцу трубы, и внешнюю сторону, противолежащую внутренней стороне, причем внутренние стороны, соответственно, окружают внутреннюю площадь поперечного сечения, а внешние стороны, соответственно, окружают внешнюю площадь поперечного сечения, причем первый нормальный вектор, проходящий через центр внутренней площади поперечного сечения, ориентирован параллельно на заданном расстоянии к второму нормальному вектору, проходящему через центр внешней площади поперечного сечения того же фланца трубы, причем фланцы труб могут закрепляться на внутренних сторонах с прилеганием друг к другу в заданном угле поворота.
Таким образом, параллельно друг другу расположенные внутренняя площадь поперечного сечения и внешняя площадь поперечного сечения соответствующего фланца трубы смещены относительно друг друга на заданное расстояние в направлении протяженности их поверхности. Если смотреть в направлении нормальных векторов, то за счет взаимного перекрытия внутренней площади поперечного сечения и внешней площади поперечного сечения получается воображаемая общая площадь с эксцентрическим поперечным сечением, причем величина эксцентриситета получается из расстояния между обоими нормальными векторами.
На основе примыкающего друг к другу крепления фланцев трубы на внутренних сторонах в заданном угле поворота, соединительное устройство в соответствии с изобретением обеспечивает возможность особенно предпочтительным образом осуществлять переменную компенсацию вертикального и горизонтального осевого смещения между продольными осями секций трубопровода. При этом могут переменным образом компенсироваться смещения до величины, которая соответствует удвоенному эксцентриситету фланца трубы, то есть удвоенному расстоянию между обоими нормальными векторами. По сравнению с известными из предшествующего уровня техники решениями, в которых между двумя фланцами труб дополнительно размещен гибкий соединительный компонент, например гофрированная трубка или шланг, для гибкого соединения секций трубопровода, решение согласно изобретению имеет, в частности, дополнительное преимущество, состоящее в том, что не требуются никакие дополнительные анкерные связи для стабилизации соединительного устройства. Это объясняется тем, что связанные фланцы труб сами переносят возникающие усилия. В результате снижаются материальные затраты и издержки.
В частности, в применении соединительного устройства для соединения компонентов сборных шин в газоизолированных распределительных установках смещения между компонентами сборных шин могут быть скомпенсированы, и они могут быть соединены простым способом. В то же время, возникающие силы воздействия газов сами переносятся соединенными фланцами труб, в результате чего получается очень компактная конструкция соединительного устройства, и исключаются обусловленные дополнительными анкерными связями или надстройками на медные шины отрицательные воздействия на соседние компоненты сборных шин.
Согласно предпочтительному варианту осуществления соответствующего изобретению соединительного устройства, угол поворота может задаваться плавно. Это приводит особенно предпочтительным образом к тому, что смещение между секциями трубопроводов также может плавно компенсироваться, так что соединительное устройство может легко монтироваться без создания механических напряжений между секциями трубопровода.
Для простой переменной и особенно плавной компенсации смещения другое выполнение соединительного устройства в соответствии с изобретением предусматривает, что по меньшей мере один из фланцев труб выполнен в виде зажимного фланца для получения зажимного соединения с одной из секций трубопровода. Таким образом, соединительное устройство в простой форме перед фиксацией посредством возможного поворотного движения соответствующей секции трубопровода во фланце трубы, выполненном как зажимной фланец, может быть ориентировано в желательной ориентации.
Чтобы еще больше увеличить вариабельность, в соответствии с одним вариантом осуществления соединительного устройства согласно настоящему изобретению оба фланца выполнены в виде зажимного фланца.
В дальнейшем развитии, фланцы труб имеют уплотнительные элементы, которые обеспечивают возможность герметичного расположения секций трубопровода на фланцах труб.
Для получения герметичного соединения между фланцами труб и, таким образом, между секциями трубопровода внутренние стороны в одном варианте осуществления содержат взаимно соответствующие кольцевые поверхности прилегания.
Крепление внутренних сторон друг на друге осуществляется с силовым замыканием, с замыканием материала и/или с геометрическим замыканием.
Дополнительный или альтернативный вариант выполнения предусматривает, что между внутренними сторонами расположен по меньшей мере один уплотнительный элемент, посредством которого получают герметичность соединения между фланцами труб.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, фланцы труб выполнены из электропроводного материала, причем внутренние стороны фланцев труб электропроводно соединены друг с другом. Таким образом, фланцы труб и, следовательно, соединительное устройство являются токонесущими.
В еще одном варианте выполнения, внешние стороны, соответственно, включают кольцевую поверхность прилегания, на которой могут герметично закрепляться секции трубопровода.
Электрическое распределительное устройство согласно изобретению содержит по меньшей мере одно соединительное устройство в соответствии с изобретением или его развитие. Компактное выполнение соединительного устройства обеспечивает возможность того, что соединяемые компоненты распределительной установки могут быть позиционированы по отношению друг к другу на малом расстоянии, откуда в свою очередь вытекает компактная конструкция электрической распределительной установки. Кроме того, из сокращения затрат, связанных с производством и монтажом соединительного устройства, следует сокращение затрат на монтаж и расходов при изготовлении и техническом обслуживании электрической распределительной установки.
В соответствии с одним из вариантов осуществления электрической распределительной установки согласно изобретению в случае таковой речь идет о газоизолированной распределительной установке. Посредством соединительного устройства является возможным переменным образом компенсировать смещения между компонентами сборной шины. Кроме того, компоненты сборной шины могут соединяться друг с другом простым способом. В то же время, возникающие силы воздействия газов переносятся самими соединенными фланцами труб, результатом чего является очень компактная конструкция соединительного устройства, и исключаются обусловленные дополнительными анкерными связями или надстройками медных шин отрицательные воздействия на соседние компоненты сборных шин.
Вышеописанные свойства, признаки и преимущества настоящего изобретения и способ, которым они достигаются, как описано выше, станут более очевидными и понятными в связи с нижеследующим описанием примеров выполнения, которые объясняются со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:
Фиг. 1 - схематичный вид в разрезе соединительного устройства в соответствии с изобретением при первом расположении фланцев труб относительно друг от друга,
Фиг. 2 - схематичная эквивалентная схема в перспективном представлении соединительного устройства в соответствии с фиг. 1, причем фланцы труб представлены в виде кривошипной конфигурации,
Фиг. 3 - схематичный вид в разрезе соединительного устройства в соответствии с изобретением при втором расположении фланцев труб относительно друг от друга,
Фиг. 4 - схематичная эквивалентная схема в перспективном представлении соединительного устройства в соответствии с фиг. 3, причем фланцы труб представлены в виде кривошипной конфигурации,
Фиг. 5 - схематичный вид в разрезе соединительного устройства в соответствии с изобретением при третьем расположении фланцев труб относительно друг от друга,
Фиг. 6 - схематичная эквивалентная схема в перспективном представлении соединительного устройства в соответствии с фиг. 5, причем фланцы труб представлены в виде кривошипной конфигурации,
Фиг. 7 - схематичное перспективное представление соединительного устройства в соответствии с изобретением при четвертом расположении фланцев труб относительно друг от друга,
Фиг. 8 - схематичное представление для определения требуемого угла поворота между фланцами труб для установки желательного осевого смещения согласно четвертому расположению фланцев труб относительно друг от друга,
Фиг. 9 - схематичное перспективное представление частичного сечения соединительного устройства в соответствии с изобретением при пятом расположения фланцев относительно друг друга,
Фиг. 10 - схематичное представление для определения необходимого угла поворота между фланцами труб для установки желательного осевого смещения в соответствии с пятым расположения фланцев труб относительно друг друга, и
Фиг. 11 - схематичное представление соответствующей изобретению электрической распределительной установки, которая содержит соответствующее изобретению соединительное устройство.
Соответствующие друг другу части на всех чертежах обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
На фиг. 1 показан возможный пример выполнения соответствующего изобретению соединительного устройства 1 для соединения двух подробно показанных на фиг. 11 секций 4, 5 трубопровода.
Соединительное устройство 1 включает в себя два кольцевых, закрепленных на их внутренних сторонах I1, I2 друг с другом фланца 2, 3 труб. Закрепление осуществляется с силовым замыканием, с геометрическим замыканием и/или с замыканием материала посредством сварки, пайки, склеивания, клепки, свинчивания, опрессовки, зажатия и/или соответствующих деформаций внутренних сторон I1, I2.
Внутренние стороны I1, I2 включают в себя взаимно соответствующие кольцевые поверхности прилегания, причем между поверхностями прилегания внутренних сторон I1, I2 расположен уплотнительный элемент 6, детально показанный на фиг. 7 и 9.
Внутренние стороны I1, I2 окружают при этом в форме кольца круговую внутреннюю площадь IF1, IF2 поперечного сечения.
Кроме того, каждый фланец 2, 3 трубы имеет, соответственно, внешние стороны А1, А2, противолежащие внутренним сторонам I1, I2 и окружают в форме кольца соответствующую внешнюю площадь AF1, AF2 поперечного сечения. Также внешние стороны A1, A2 охватывают соответствующую кольцевую поверхность прилегания.
Внешние площади AF1, AF2 поперечного сечения, соответственно, по отношению к соответствующей внутренней площади поперечного сечения IF1, IF2 сдвинуты таким образом, что проходящий через центр внутренней площади поперечного сечения IF1, IF2 первый нормальный вектор NIF1, NIF2 ориентирован параллельно на заданном расстоянии d к проходящему через центр внешней площади поперечного сечения AFI, AF2 того же фланца 2, 3 трубы второму нормальному вектору NAF1, NAF2. В не показанных примерах выполнения фланцы 2, 3 труб имеют различные расстояния d между первым нормальным вектором NIF1, NIF2 и вторым нормальным вектором NAF1, NAF2.
Фланцы 2, 3 труб могут закрепляться на внутренних сторонах I1, I2 в заданном, подробно показанном на фиг. 4, 6, 8 и 10 угле поворота α с прилеганием друг к другу.
Для того чтобы компенсировать детально представленное на фиг. 11 вертикальное и/или горизонтальное смещение v1 между двумя секциями 4, 5 трубопровода, фланцы 2, 3 труб в несмонтированном состоянии имеют возможность поворота в произвольном угле поворота α по отношению друг к другу вокруг первого нормального вектора NIF1, NIF2.
При этом сначала определяется смещение v1 между секциями 4, 5 трубопровода. Затем фланцы 2, 3 труб поворачиваются относительно друг друга на угол поворота α до тех пор, пока не будет установлено желательное, соответствующее смещению v1, смещение v2 между вторым нормальным вектором NAF1 внешней площади поперечного сечения AF1 одного фланца 2 трубы и вторым нормальным вектором NAF2 внешней площади AF2 поперечного сечения другого фланца 3 трубы. В зависимости от выбранного типа скрепления внутренних сторон I1, I2 друг с другом, возможно плавное или ступенчатое задание угла поворота α.
В частности, в случае привинчивания или клепки внутренних сторон I1, I2, которое осуществляется через заданные отверстия во внутренних сторонах I1, I2, возможно ступенчатое задание, причем размер ступеней определяется расстоянием между отдельными отверстиями.
При остающихся вышеупомянутых креплениях с силовым замыканием, с замыканием материала и/или с геометрическим замыканием возможно плавное задание угла поворота α.
Затем фланцы 2, 3 труб в установленном относительном положении скрепляются друг с другом и размещаются между секциями 4, 5 трубопровода.
В случае фланцев 2, 3 труб речь идет о так называемых зажимных фланцах, на которых закрепляются секции 4, 5 трубопроводов с помощью зажимного соединения. Перед зажимом секции 4, 5 труб на или во фланцах 2, 3 труб являются свободно вращающимися. За счет этого возможна переменная и плавная компенсация смещения v1. После расположения и выравнивания секций 4, 5 трубопроводов по отношению к фланцам 2, 3 труб осуществляется реализация зажимного соединения в желательном положении.
Для установления герметичного соединения между фланцами 2, 3 труб и секциями 4, 5 трубопровода фланцы 2, 3 труб имеют не показанные уплотнительные элементы, или уплотнительные элементы могут размещаться между фланцами 2, 3 труб и секциями 4, 5 трубопровода.
В показанном примере выполнения фланцы 2, 3 труб таким образом расположены по отношению друг к другу, что угол поворота α и смещение v2 равны нулю. Такое расположение фланцев 2, 3 труб предусмотрено для случаев применения, в которых смещение v1 между секциями 4, 5 трубопровода также равно нулю.
На фиг. 2 показана эквивалентная схема соединительного устройства 1 по фиг. 1. При этом фланцы 2, 3 труб представлены посредством кривошипного расположения. Кривошипное расположение показывает, что оба фланца 2, 3 труб между первыми нормальными векторами NIF1, NIF2 их внутренних площадей IF1, IF2 поперечного сечения и вторыми нормальными векторами NAF1, NAF2 их внешних площадей AFI, AF2 поперечного сечения имеют расстояние d.
В показанном примере выполнения угол поворота α между фланцами 2, 3 труб равен нулю. Отсюда следует, что вторые нормальные векторы NAF1, NAF2 внешних площадей поперечного сечения AF1, AF2 расположены без смещения v2 относительно друг друга. То есть вторые нормальные векторы NAF1, NAF2 расположены в линию.
Фиг. 3 показывает соединительное устройство 1, причем, в отличие от фиг. 1, фланцы 2, 3 труб повернуты на угол поворота α, равный 90° относительно друг друга. Отсюда следует показанное на фиг. 4 смещение v2 между вторыми нормальными векторами NAF1, NAF2 внешних площадей AF1, AF2 поперечного сечения.
На фиг. 4 показана эквивалентная схема соединительного устройства 1 согласно фиг. 3.
Фиг. 5 показывает соединительное устройство 1, в котором, в отличие от фиг. 1, фланцы 2, 3 труб повернуты на угол поворота α, равный 180° относительно друг друга. Отсюда следует максимальное смещение v2 между вторыми нормальными векторами NAF1, NAF2 внешних площадей AFI, AF2 поперечного сечения, причем смещение v2 соответствует двойному расстоянию d.
На фиг. 6 показана эквивалентная схема соединительного устройства 1 в соответствии с фиг. 5
На фиг. 1-6 представлено соединительное устройство 1 в соответствии с установкой трех различных углов поворота α между фланцами 2, 3 труб, имеющих значения 0°, 90° и 180°, и показаны следующие из этого смещения v2. Чтобы установить отклоняющиеся от этого горизонтальные и/или вертикальные смещения v2, угол поворота α регулируется плавно или ступенями в диапазоне от 0° до 360°.
Фиг. 7 показывает соединительное устройство 1 в частичном разрезе в перспективном представлении, причем фланцы 2, 3 труб расположены таким образом по отношению друг к другу, что формируется смещение v2, равное 5 мм. При этом расстояние d между первыми нормальными векторами NIF1, NIF2 внутренних площадей IF1, IF2 поперечного сечения и вторыми нормальными векторами NAF1, NAF2 внешних площадей AFI, AF2 поперечного сечения обоих фланцев 2, 3 труб составляет 15 мм. В примерах выполнения, которые не показаны, возможны различные значения расстояния d.
Фланцы 2, 3 труб в показанном примере образованы, соответственно, из внутреннего элемента 2,1, 3,1 и двух внешних элементов 2.2, 2.3, 3.2, 3.3.
В случае фланца 2 трубы, внутренний элемент 2.1, который ограничивает внутреннюю площадь IF1 поперечного сечения и внешнюю площадь AFI поперечного сечения, и внешний элемент 2.2 выполнены как общий компонент за одно целое. Внешний элемент 2.2 имеет в этом случае кольцевую поверхность прилегания, причем в поверхности прилегания имеется кольцевая канавка, в которой размещен уплотнительный элемент 6 с геометрическим замыканием.
Внутренний элемент 2.1 имеет на одной обращенной к внешней стороне А1 краевой стороне окружную перемычку. В прилегающей поверхности второго внешнего элемента 2.3 выполнена соответствующая перемычке выемка, в которой размещена перемычка заподлицо с поверхностью прилегания.
В случае фланца 3 трубы, внутренний элемент 3.1, который ограничивает внутреннюю площадь IF2 поперечного сечения и внешнюю площадь AF2 поперечного сечения, имеет U-образное поперечное сечение с двумя окружными перемычками на краевых сторонах. В соответствующей поверхности прилегания внешних элементов 3.2, 3.3 выполнены соответствующие перемычкам выемки, в которых расположены перемычки заподлицо с поверхностью прилегания.
Внутренние элементы 2.1, 3.1 по сравнению с внешними элементами 2.2, 2.3, 3.2, 3.3 имеют меньшую толщину материала.
Определение требуемого угла поворота α для установки может осуществляться с помощью различных вычислительных моделей.
На фиг. 8 иллюстрируется определение требуемого угла поворота α между фланцами 2, 3 труб для установки желательного смещения v2, равного 5 мм согласно показанному на фиг. 7 расположению фланцев 2, 3 труб.
По существу проходящая в вертикальном направлении диагональ параллелограмма определяет смещение v2, причем для установки смещения v2, равного 5 мм, требуется угол поворота 103°.
На фиг. 9 показано соединительное устройство 1 согласно фиг. 7 в частичном разрезе в пространственном представлении, причем фланцы 2, 3 труб расположены таким образом по отношению друг к другу, что создается смещение v2, равное 23 мм. При этом расстояние d также составляет 15 мм.
На фиг. 10 иллюстрируется определение требуемого угла поворота α между фланцами 2, 3 труб для установки желательного смещения v2, составляющего 23 мм, в соответствии с расположением фланцев 2, 3 труб, показанных на фиг. 9.
По существу проходящая в горизонтальном направлении диагональ параллелограмма определяет смещение v2, причем для установки смещения v2, равного 23 мм, требуется угол поворота 16°.
Кроме того, существует возможность описывать смещение v2 и соответствующую установку фланцев 2, 3 труб на основе двух декартовых координат.
Фиг. 11 показывает электрическую распределительную установку 7 с двумя компонентами 7.1, 7.2 сборной шины. Каждый компонент 7.1 7.2 сборной шины включает секцию 4, 5 трубопровода, причем компоненты 7.1, 7.2 сборной шины, и таким образом, связанные секции 4, 5 трубопровода расположены со смещением v1 относительно друг друга.
Для компенсации смещения vI между секциями 4, 5 трубопровода расположено соединительное устройство 1, причем между первыми нормальными векторами NIF1, NIF2 внешних площадей AFI, AF2 поперечного сечения обоих фланцев 2, 3 труб устанавливается смещение v2. При этом смещение v2 соответствует смещению v1.
Электрическая распределительная установка 7 является газоизолированной распределительной установкой, причем соединительное устройство 1 и соединение между соединительным устройством 1 и секциями 4, 5 трубопровода является герметичным.
При этом фланцы 2, 3 труб выполнены из электропроводящего материала, причем внутренние стороны I1, I2 фланцев 2, 3 труб электропроводно соединены друг с другом.
Хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и описано на предпочтительном примере выполнения, однако изобретение не ограничено раскрытыми примерами, и другие варианты могут быть получены специалистом в данной области на этой основе без отклонения от объема настоящего изобретения.