ОПОРНЫЙ УЗЕЛ СОПУТСТВУЮЩИХ ТРУБОПРОВОДОВ

Полезная модель относится к области энергетического машиностроения, а именно к конструкции опор трубопроводов, в частности паропроводов, и может быть использована на тепловых электрических станциях.
Известно устройство блока поддержки сопутствующих трубопроводов (патент US 2288158, F16L 003/223, опубл. 30.06.1942), содержащего разъемный блок, выполненный в виде двух сонаправленно расположенных фигурных вкладок и металлических лент по их контуру, и крепежных элементов. Фигурные вкладки выполнены с пазами в виде ряда полуцилиндров с диаметрами, соответствующими диаметрам удерживаемых трубопроводов, а металлические ленты огибают контур фигурных вкладок со стороны соединяемых труб. Конструкция призвана зафиксировать сонаправленно расположенные трубопроводы. Однако не позволяет ограничивать продольное перемещение блока вдоль труб. Соединение вкладок осуществляется крепежными элементами на концах планок без промежуточного крепления между соединяемыми трубопроводами, что снижает жесткость конструкции и способность блока компенсировать усилия в плоскости соединяемых трубопроводов. Металлическая лента, расположенная со стороны трубопроводов, при высокой температуре трубопроводов будет нагреваться и деформировать фигурные вкладки блока, что создаст дополнительные поперечные перемещения и усилия в соединяемых трубопроводах.
Известна опора разгрузочная диэлектрическая (патент RU 142697, F16L 003/10, опубл. 27.06.2014), содержащая хомут, выполненный в виде двух полуколец, крепежные элементы, стягивающие полукольца, а также прокладку, выполненную из диэлектрического материала, отличающаяся тем, что дополнительно содержит основание, направляющие, неподвижно закрепленные на основании, патрубок, охваченный полукольцами хомута, а также установленную между патрубком и полукольцами хомута прокладку из диэлектрического материала, при этом патрубок, охваченный полукольцами хомута, установлен в направляющих с возможностью осевого перемещения. При такой конструкции отсутствует возможность одновременной фиксации двух трубных элементов или трубопроводов, а также уменьшения усилий на арматуру, установленную на трубных элементах или трубопроводах, за счет дополнительных креплений трубопроводов, отходящих от арматуры. Конструкция позволяет компенсировать перемещения трубопровода только в одном направлении при меньшей жесткости опоры в других направлениях.
Также известно устройство для подвески подземного трубопровода на просадочных грунтах (патент RU 2525992, F16L 3/14, опубл. 20.08.2014), которое содержит несущий элемент с вертикальными тягами и ложементом, причем в качестве несущего элемента используется поперечная трубная балка с концевыми опорами, установленными на берме. В средней части поперечной трубной балки смонтирована подвижная обечайка. Вертикальные тяги охватывают подвижную обечайку и выполнены в виде двух ветвей гибких круглозвенных цепей с закреплением в фиксаторах ложемента. Подвижная обечайка выполнена в виде трубы с внутренними опорными вкладышами по ее концам и снабжена двумя парами кольцевых направляющих ребер для размещения ветвей гибких круглозвенных цепей. Каждый фиксатор ложемента выполнен с закладными выемками под звено гибкой круглозвенной цепи и последующей прорезью на 90° по отношению к выемке для следующего звена цепи, а сверху звена цепи в фиксаторе установлен осевой стопор. Поперечная трубная балка содержит маркер ее исходного положения. Устройство обеспечивает стабильное положение участков подземного трубопровода на просадочных талых и многолетнемерзлых грунтах, регулирование положения трубопровода возможно за счет положения подвижной обечайки и длин цепей. Однако отсутствует возможность фиксации межосевого расстояния между трубопроводом и опорной трубой и обеспечения совместного деформирования системы трубопровод-опора-опорная труба при различных изменяющихся деформациях и нагрузках на трубопровод, в том числе при изменении его температуры. Кроме этого невозможно обеспечить уменьшение усилий на арматуру, установленную на трубопроводе.
Наиболее близким техническим решением заявляемому решению является конструкция подвески надземного трубопровода (патент RU 80911 RU, F16L 3/00, опубл. 27.02.2009), содержащая магистральный газопровод, на котором по его длине установлены охватывающие газопровод разъемные несущие хомуты, на внешней поверхности предпочтительно каждого хомута закреплена, по меньшей мере, одна несущая разъемная рамка для соответствующего сопутствующего трубопровода, плоскость которой параллельна плоскости хомута.
Конструкция по рассматриваемому патенту имеет ряд недостатков: рамка, удерживающая сопутствующий трубопровод не позволяет фиксировать его в осевом направлении; крепление рамки непосредственно к хомуту не позволяет разместить арматуру между магистральным и сопутствующим трубопроводами; кроме того, высокая жесткость рамки не позволяет снизить усилия и напряжения в сопутствующем трубопроводе за счет деформации самой рамки.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, заключается в ограничении перемещения двух сонаправленно установленных трубопроводов, в повышении надежности и долговечности трубопроводов и опорного узла за счет снижения усилий и напряжений в сопутствующих трубопроводах, а также в соединяющей их арматуре и снижении металлоемкости конструкции опорного узла.
Достижение технического результата обеспечивается за счет того, что опорный узел сопутствующих трубопроводов содержит два сонаправленно установленных трубопровода, которые соединены, по меньшей мере, одной разъемной опорой. Опора представляет собой жесткую вставку, в том числе трубчатой или пластинчатой формы, каждое окончание которой прикреплено к одному из трубопроводов с помощью разъемных хомутов, при этом, по крайней мере, один разъемный хомут опоры прикреплен к трубопроводу через теплоизоляционную прокладку. Для исключения перемещения опоры в осевом направлении трубопроводов к поверхности последних прикреплены стопорные накладки.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами:
на фиг. 1 изображен опорный узел сопутствующих трубопроводов с предохранительным клапаном, соединенных двумя разъемными опорами;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 изображен опорный узел сопутствующих трубопроводов с регулирующим клапаном, соединенных одной разъемной опорой (вариация исполнения разъемного опорного узла);
на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3.
Опорный узел, представленный на фиг. 1, содержит трубопровод 1, соединенный с трубопроводом 2 предохранительным клапаном 3 и двумя разъемными опорами 4. Опоры двусторонние, содержат разъемные хомуты 5 и 6, соединенные жесткой вставкой 7 в виде трубы с ребрами жесткости, приваренной к полухомутам. Между хомутом 6 и трубопроводом 2 установлена теплоизоляционная прокладка 8 (фиг. 2). К трубопроводам 1 и 2 приварены стопорные накладки 9 и 10, ограничивающие перемещение опор в осевом направлении трубопроводов. Рассматриваемый узел может быть покрыт теплоизоляцией 11.
На фиг. 3 показана вариация исполнения опорного узла. Трубопроводы 1 и 2 соединены регулирующим клапаном 12 и одной разъемной опорой 13. Опора 13 имеет один удлиненный разъемный хомут 14 с одной стороны и два разъемных хомута 6 с другой стороны. Хомуты соединены удлиненной в продольном направлении жесткой вставкой 15 (фиг. 4), в виде продольной пластины с ребрами жесткости, или другого сечения. К трубопроводам 1 и 2 приварены стопорные накладки 9 и 10, ограничивающие перемещение опор в осевом направлении трубопроводов.
Технический результат достигается за счет того, что разъемные опоры позволяют дозировано передавать усилия от отводящего трубопровода 2 на основной 1, разгружая тем самым установленную на трубопроводах арматуру 3 или 12 и места сварочных соединений, как в холодном, так и в нагретом состоянии. Так, например, опоры данной конструкции при использовании длинных отводящих трубопроводов позволили снизить усилия на соединительную арматуру и отвод до 10-15 раз.
Установка теплоизоляционных прокладок 8 между менее нагретым трубопроводом и хомутом опоры позволяет уменьшить разницу температур и термические напряжения в отводящем трубопроводе 2 и арматуре.
Помещение опорного узла соответствующих трубопроводов в общую теплоизоляцию 11 с одновременным использованием теплоизоляционных прокладок 8 позволило еще больше уменьшить разность температур в контурах: арматура - отводящий трубопровод - опора - основной трубопровод, тем самым снизив температурные напряжения во все элементах устройства. Таким образом, за счет снижения усилий и напряжений существенно повышается надежность и долговечность опорного узла сопутствующих трубопроводов.
Кроме того, за счет индивидуального расчета и выбора расстояний между арматурой и опорами, а также за счет выбора самой арматуры можно дополнительно существенно снизить усилия, моменты и, соответственно, напряжения в арматуре, сварочных соединениях и опоре. Например, значительный эффект снижения напряжений в соединительном узле наблюдается при соединении парового коллектора со сбросным паропроводом с помощью предохранительного клапана 3 и расположенного вблизи него опорного узла, представленного на фиг. 1. Сбросные паропроводы при закрытых предохранительных клапанах находятся в холодном состоянии и вследствие большой длины и сложной конфигурации передают на предохранительные клапаны значительные усилия и моменты. При открытии предохранительного клапана происходит быстрый разогрев сбросного паропровода. Кроме этого на паропровод действует реактивное усилие выходящего пара. В результате происходит увеличение усилий, действующих на паропровод, и перераспределение усилий и моментов в нем. В этих условиях опоры, соединяющие коллектор и сбросной паропровод, еще в большей степени позволяют разгрузить предохранительный клапан уменьшить в нем напряжения и повысить надежность системы.
Введение в конструкцию опорного узла стопорных накладок 9 и 10, приваренных к соответствующим трубопроводам, позволяет зафиксировать положение сонаправленных трубопроводов 1 и 2 без перемещения опор в осевом направлении. Кроме того, стопорные накладки дополнительно снижают усилия на трубопроводы и соединительную арматуру.
В опорном узле, например, в случае холодных сопутствующих трубопроводов, может применяться одна разъемная опора 13 с одним 14 и/или двумя разъемными хомутами 6 и соединенными удлиненной в продольном направлении жесткой вставкой 15, длина которой в продольном направлении должна быть равна 0,7-1,5 диаметра базового или большего трубопровода. При меньшей длине вставки наблюдается недостаточная компенсация усилий, передающихся от трубопроводов на элементы их соединения. Особенно это проявляется при малой жесткости хомутов. При большей длине вставки растет металлоемкость конструкции при малом эффекте снижения усилий на элементы их соединения трубопроводов.
Простота и малые габариты опорного узла позволяют значительно снизить его металлоемкость по сравнению со стандартными решениями. Так, при использовании данного опорного узла для сбросного паропровода котла-утилизатора металлоемкость снизилась для пяти опорных узлов в 5,3-6,5 раза по сравнению с металлоемкостью опор традиционной конструкции с опиранием их на металлоконструкцию котла-утилизатора. Экономия металла на одном опорном узле составила от 347 до 418 кг в зависимости от места установки.