ТЕРМОУПЛОТНЯЕМЫЙ КОМПЕНСАТОР

Предлагаемое техническое решение предназначено для трубопроводов при перекачивании высоковязких и неньютоновских жидкостей при высоких температурах: битумов, нефтяных масел, высокопарафинистых нефтей, гудронов, расплавов солей и полимеров и т.д. 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 для перекачивания высоковязких и неньютоновских жидкостей при высоких температурах из-за заполнения гофрированных оболочек сильфонов этими жидкостями и их застыванием в этих оболочках, что приводит к потере сильфонами компенсирующих свойств.
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, относится невозможность использования известной конструкции для компенсаций температурных удлинений трубопровода при перекачивании высоковязких и неньютоновских жидкостей из-за попадания их в гофры компенсатора, застывания в этих гофрах с потерей компенсирующей способности компенсатором температурных удлинений трубопровода.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой конструкции является 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, относится невозможность использования известной конструкции для компенсации температурных удлинений трубопровода при перекачивании высоковязких и неньютоновских жидкостей из-за отсутствия герметичности между переходной гильзой и втулкой при разогреве трубопровода от нормальной до высокой рабочей температуры. Если такой предварительный разогрев производится паром (а известная конструкция предназначена преимущественно для паропроводов), то пар или его конденсат проходят в зазор между переходной гильзой и втулкой. То же проиходит при прекращении перекачивания жидкости и охлаждении стенок трубопровода и корпуса компенсатора, когда также теряется герметичность и образуется зазор между переходной гильзой и втулкой.
Техническим результатом предлагаемой конструкции термоуплотняемого компенсатора является повышение герметизации и расширение эксплуатационных возможностей на перекачивание
высоковязких и неньютоновских жидкостей при высоких температурах.
Поставленный технический результат достигается тем, что в термоуплотняемом компенсаторе удлинений трубопровода с цилиндрическим корпусом, охватывающим переходную гильзу, и фланцами, стягиваемыми болтами, 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.
Изготовление свободного конца переходной гильзы с внешним диаметром меньшим, чем внутренний диаметр корпуса, позволяет при предварительном разогреве трубопровода и корпуса компенсатора паром от нормальной до высокой рабочей температуры заполнять паром линзы компенсатора через кольцевой зазор между внутреним диаметром корпуса и внешним диаметром свободного конца переходной гильзы, при этом сам корпус компенсатора остается герметичным, а линзы компенсатора свободно деформируясь, компенсируют увеличение длины трубопровода при нагревании.
Изготовление переходной гильзы из материала с коэффициентом удельного теплового расширения большим, чем материал корпуса, позволяет при разогреве трубопровода и корпуса компенсатора паром до высокой рабочей температуры обеспечить плотное прилегание свободного конца переходной гильзы к стенке корпуса и обеспечивает герметизацию корпуса при нагревании до рабочей температуры, что при дальнейшем перекачивании высоковязкой или неньютоновской жидкости при рабочей температуре не позволяет этой жидкости затекать в линзы компенсатора. Кроме того, этому противодействует и пар, находящийся в линзах компенсатора.
После прекращения перекачивания высоковязкой или неньютоноской жидкости снова подают пар для выдавливания этой жидкости из
трубопровода. Давление и расход пара постепенно уменьшают, трубопровод и компенсатор охлаждаются до нормальной температуры, при этом свободный конец переходной гильзы, выполненной из материала с удельным тепловым расширением большим, чем у материала корпуса, уменьшает свой внешний диаметр больше, чем внутренний диаметр корпуса с образованием кольцевого зазора. Это позволяет без механического взаимодействия свободного конца переходной гильзы с корпусом линзам компенсатора растягиваться, компенсируя уменьшение длины трубопровода при его охлаждении до обычной температуры.
На фиг. представлен термоуплотняемый компенсатор в разрезе.
Компенсатор состоит из корпуса 1 с линзой 2 и фланца 3. К фланцу 3 приварена переходная гильза 4, телескопически входящая в корпус 1 и перекрывающая сечение линзы 2. Свободный конец переходной гильзы 4 имеет диаметр меньший внутреннего диаметра корпуса 1 и образует с ним кольцевой зазор толщиной s. На этом же конце корпуса 1 закреплен фланец 5. Фланцы 3 и 5 корпуса 1 герметично скреплены с фланцами 6 трубопровода 7 посредством прокладки 8 и затянуты с помощью крепления: болтов 9, шайб 10 и гаек 11. Материал переходной гильзы 4 выполнен таким, что его коэффициент удельного теплового расширения больше, чем у материала корпуса 1.
Термоуплотняемый компенсатор работает следующим образом. Сначала по трубопроводу 7 подают пар при температуре, равной температуре перекачиваемой по трубопроводу высоковязкой жидкости. Все элементы конструкции нагреваются до температуры пара, при этом сначала пар попадает внутрь линзы 2 через кольцевой зазор s между корпусом 1 и свободным концом переходной гильзы 4. Так как материал переходной гизы 4 имеет коэффициент удельного теплового расширения больше, чем у материала корпуса 1, то при нагревании переходной гильзы 4 и корпуса 1 до температуры пара зазор между ними уменьшается до нуля и диаметр
переходной гильзы 4 становится равным внутреннему диаметру корпуса 1, что обеспечивает герметизацию корпуса при нагревании до рабочей температуры. В процессе разогрева от начальной температуры до температуры пара трубопровод 7 удлиняется, но это удлинение скомпенсировалось линзой 2, внутри которой находится пар. Затем подачу пара прекращают и по трубопроводу 7 подают перекачиваемую высоковязкую жидкость при рабочей температуре, равной температуре пара. Так как зазор s=0, а внутри линзы 2 находится пар при той же температуре, что и температура перекачиваемой высоковязкой жидкости, то последняя не может попасть внутрь линзы 2, компенсирующей температурное расширение трубопровода 7.
После завершения цикла перекачивания нагретой высоковязкой жидкости трубопровод 7 вместе с термоуплотняемым компенсатором охлаждают до температуры окружающей среды, пар внутри линзы 2 конденсируется и скапливается в ее нижней части, а свободный конец гильзы 4 уменьшается в диаметре больше, чем корпус 1, образуя снова зазор s. Этот зазор позволяет при уменьшении температуры линзе 2 компенсировать уменьшение длины трубопровода 7 без механических напряжений в гильзе 4 и корпусе 1.