ТРОЙНИК ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к элементам трубопроводной арматуры, а именно к тройникам для соединения трубопроводов и может быть использована в различных трубопроводных системах, работающих в условиях перепадов температуры при транспортировке жидких и газообразных сред.
Известно тройниковое соединение трубопроводов, включающее корпус с тремя патрубками, обеспечивающее жесткое соединение прямолинейного участка трубопровода и бокового отвода (RU 57865, 2006 г.).
Недостатком известного устройства является низкая надежность работы, поскольку, при температурных деформациях трубопроводов и бокового отвода в корпусе тройника возникают значительные напряжения, которые могут превысить прочностные свойства материала, из которого выполнен тройник.
Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является тройник для соединения трубопроводов, включающий установленные на концах патрубков тройника в области их сочленения осевые сильфонные компенсаторы (РД-3-ВЭП-14-3113, Руководящий документ по применению, Компенсаторы сильфонные многослойные металлические, 2011 г.).
В известном устройстве сильфоны конструктивно входят в состав патрубка за счет жесткого соединения с ними и обеспечивают компенсацию только осевых перемещений, что снижает надежность работы тройникового соединения.
В основу настоящей полезной модели положена задача создания тройника для соединения трубопроводов, обеспечивающего повышение долговечности и надежности работы тройникового соединения.
Поставленная задача достигается тем, что тройник для соединения трубопроводов содержит расположенные по продольной оси первый и второй патрубки и ориентированный им перпендикулярно третий патрубок, при этом на концах всех патрубков, обращенных к области их сочленения, установлены идентичные компенсаторы деформаций трубопроводов, каждый из которых выполнен в виде коаксиально установленной в полости патрубка цилиндрической втулки с выполненными по ее торцах на внешней поверхности двумя рядами выступов, торцевой из которых выполнен шлицевым, и установленного на внешней поверхности патрубка сильфона, один конец которого жестко закреплен на патрубке, а другой - на свободном конце втулки с обеспечением возможности ее перемещения в полости патрубка в пределах взаимодействия выступов втулки с идентичным выступом, выполненным на внутренней поверхности патрубка, при этом торцевой шлицевой выступ втулки снабжен уплотнительным элементом.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении компенсации линейных деформаций соединяемых трубопроводов, возникающих под воздействием изменений климатических условий и изменения температуры газа при эксплуатации и в процессе монтажа, исключая при этом воздействие на сильфоны радиальных (поперечных) нагрузок, предотвращая радиальные смещения торцов сильфона, что в итоге обеспечивает воздействие на сильфоны только осевых нагрузок и ограничивает осевые перемещения деталей в зоне допустимой для деформации сильфонов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид тройника для соединения трубопроводов, на фиг. 2 показано сечение по A-A, на фиг. 3 и фиг. 4 показано рабочее положение шлицов на корпусе тройника и шлицов на втулке, на фиг. 5 показан выступ втулки с уплотнительным элементом, на фиг. 6 показано относительное положение шлицов корпуса тройника и шлицов втулки при сборке тройника до соединения с сильфоном.
Тройник для соединения трубопроводов состоит из корпуса тройника 1 с тремя патрубками 2, два из которых расположены по продольной оси корпуса 1, а третий ориентирован им перпендикулярно.
На концах всех патрубков 2 установлены компенсаторы деформаций 3, каждый из которых выполнен в виде коаксиально установленной в полости патрубка 2 цилиндрической втулки 4 с выполненными по ее торцах на внешней поверхности двумя рядами выступов 5, торцевой из которых выполнен шлицевым, и установленного на внешней поверхности патрубка гофрированного сильфона 6, один конец которого жестко закреплен на патрубке 2, а другой - на свободном конце втулки 4. На внутренней поверхности патрубка 2 выполнен шлицевой выступ 7, идентичный торцевым выступам 5 на втулке 4, которые снабжены уплотнительным элементом 8.
Выступ 7 размещен между выступами 5 на цилиндрической втулке 4, причем зазоры между ними равны допустимым величинам осевого смещения втулки 4 относительно патрубка 2. При этом выступ 7 на патрубке 2 и торцевой выступ цилиндрической втулки выполнены в виде шлицов и развернуты друг относительно друга на угол равный половине угла каждого шлица.
Устройство работает следующим образом.
Предварительно определяют изменения размеров подсоединяемых к тройнику трубопроводов при увеличении и при уменьшении температуры эксплуатации относительно температуры, при которой осуществляется монтаж и сварка тройника и трубопроводов. По результатам расчетов определяют допустимые размеры перемещения втулки 4 (Г и Д) для каждого конца тройника, выбираются сильфоны 6 с необходимыми размерами и характеристиками обеспечивающими их работоспособность при требуемых осевых перемещениях и выдерживающие рабочее давление внутри трубопроводов. Проводится сборка тройника с втулками и обеспечение их рабочего положения относительно друг друга, после чего производится соединение тройника, втулок и сильфонов.
Выбор оптимального соотношения длины и количества гофров сильфона, выбор требуемого взаимного расстояния между шлицевыми выступами втулок и патрубков производят исходя из условия обеспечения требуемых осевых взаимных перемещений подвижных трубопроводов к которым присоединяются магистральные трубопроводы и ограничения возникновения на сильфонах сдвиговых перемещений и изгибающих моментов.
Длина, количество гофр и толщина слоев сильфона 6 зависят от рода и типа вибраций, которые предстоит компенсировать, а так же от силы давления, которой он будет подвергнут.
Расстояние между цилиндрической втулкой 4 и внутренней поверхностью патрубка 2 выбирается минимальным, позволяющим беспрепятственно осуществлять осевое растяжение или сжатие сильфона в рамках необходимой компенсирующей способности.
Сильфоны 6, являющиеся частью тройникового соединения, выполнены идентично и имеют одинаковые размеры, параметры, свойства и т.д.
Сильфоны обеспечивают требуемые осевые взаимные перемещения трубопроводов и ограничивают возникновение на сильфонах сдвиговых перемещений и изгибающих моментов.
Расчет температурных деформаций (изменение длины) трубопроводов, подсоединенных к каждому концу тройника, производят в диапазоне изменения температур эксплуатации. Расчет производят по формуле:
1
ΔL=l∗α∗Δt
1
Где: l - исходная длина трубопровода
ΔL - удлинение трубопровода.
α - коэффициент линейного температурного расширения для материала трубопроводов.
ΔT - разность температур (мах и мин при эксплуатации).
За расчетную длину трубопроводов берется расстояние от тройника до ближайшей неподвижной опоры для каждого трубопровода.
Конструктивные размеры корпуса тройника, количество и размер гофров сильфонов выбираются исходя из рассчитанных температурных деформаций трубопроводов и требований при сборке (размер и расположение шлицов друг относительно друга). Затем производится сборка тройника, втулок и сильфонов и соединение их между собой, например сваркой. Взаимное расположение деталей и расстояние между выступами втулок выбирается с учетом обеспечения необходимых перемещений втулок относительно корпуса тройника.
Изготовленный тройник доставляется на место установки, устанавливается на опору и к вставкам привариваются трубопроводы. При изменении длины трубопровода происходит перемещение втулок относительно корпуса 1 тройника. Предельные перемещения ограничиваются выступами 5 и 7, что защищает сильфоны 6 от нерасчетных изменений длины. Наличие на втулках двух выступов 5 позволяет воспринимать совместно с корпусом тройника изгибающие моменты, а также исключить радиальные перемещения втулок относительно корпуса 1, исключив тем самым возникновение нерасчетных нагрузок на сильфоны 6. Наличие уплотнительного элемента позволяет уменьшить потери транспортируемого продукта при повреждении сильфонов 6.
Перемещение каждого трубопровода происходит независимо друг от друга и исключает возникновение нагрузок в тройниках от температурных деформаций трубопроводов и удлиняет срок их работы.
За счет наличия выступов патрубки и втулки воспринимают изгибающие и сдвиговые нагрузки, исключая возникновение этих нагрузок на самих сильфонах и обеспечивая требуемые осевые взаимные перемещения патрубков.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает компенсацию линейных деформаций соединяемых трубопроводов, ограничение поперечных и изгибающих нагрузок на патрубки тройника, возникающих под воздействием изменений климатических условий при эксплуатации и в процессе монтажа, а также надежную защиту гофров сильфонов от чрезмерного и неравномерного сжатия или растяжения и поперечных смещений (сдвиговых нагрузок).