УСТРОЙСТВО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ И УСТАНОВКА, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЕ УСТРОЙСТВО
FLUID TRANSFER DEVICE AND APPARATUS INCLUDING SUCH DEVICE

Настоящее изобретение относится к устройству перемещения текучей среды и к установке, содержащей такое устройство.
В частности, изобретение относится к устройству перемещения текучей среды между двумя концами, предназначенными для соединения соответственно с двумя отдельными конструкциями, такими как два отдельных здания, при этом устройство содержит жесткий трубопровод с двойным кожухом, расположенный вдоль продольной оси, при этом трубопровод содержит наружный кожух, в объеме которого, предназначенном для создания вакуума, находится по меньшей мере одна внутренняя труба перемещения текучей среды, при этом трубопровод содержит на первом конце первое жесткое соединение наружного кожуха с первой конструкцией и на втором конце второе жесткое соединение наружного кожуха с второй конструкцией, при этом первый и второй концы наружного кожуха жестко соединены с упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубой, при этом трубопровод содержит систему компенсации относительных перемещений между своими первым и вторым концами.
Жесткие трубопроводы с двойным кожухом с вакуумом, соединенные с независимыми конструкциями (например, с отдельными зданиями), должны иметь систему компенсации перемещений, чтобы избегать разрыва по причине относительных перемещений, возникающих при перемещениях их концевых точек крепления или при усадке в холодное время.
В известной системе используют изогнутый в виде S или двойного S участок трубопровода, называемый системой «типа коленчатого рычага по трем осям XYZ» (как правило, четыре изменения направления на 90 градусов).
Система этого типа допускает умеренные напряжения в устройстве, но приводит к дополнительным потерям напора в контурах текучей среды.
Кроме того, система этого типа занимает большой объем в соответствующей установке (в частности, площадь на земле). Кроме того, этот тип архитектуры является относительно неустойчивым в вертикальном направлении. Для решения этой проблемы вертикальной устойчивости предусмотрен вертикальный упор, который блокирует систему в вертикальном направлении. Изменения направления текучей среды вызывают так называемые «донные» эффекты в трубопроводах и/или на уровне опор (внутреннее усилие, которое удлиняет коленчатый рычаг). Это сказывается на устойчивости трубопроводных систем.
Задачей настоящего изобретение является устранение всех или части вышеупомянутых недостатков известных технических решений.
Для этого заявленное устройство, характеризованное выше во вступительной части, в основном отличается тем, что система компенсации перемещений содержит по меньшей мере одну гибкую зону и по меньшей мере одну эластичную зону, при этом упомянутая по меньшей мере одна эластичная зона является эластичной в продольном направлении, при этом система компенсации перемещений дополнительно содержит скользящее соединение вдоль продольной оси между наружным кожухом и первой конструкцией, и карданный механизм, содержащий два кардана и механически соединяющий два конца гибкой зоны.
Кроме того, варианты выполнения изобретения могут иметь один или несколько следующих отличительных признаков:
- каждый из двух карданов имеет две отдельные шарнирные оси, перпендикулярные к продольной оси,
- один из двух карданов имеет две шарнирные оси, соответственно параллельные двум шарнирным осям другого кардана,
- когда устройство находится в смонтированном положении, две первые параллельные шарнирные оси карданов находятся в вертикальной плоскости для обеспечения ограниченного горизонтального отклонения трубопровода, тогда как две другие вторые параллельные шарнирные оси находятся в горизонтальной плоскости для обеспечения ограниченного горизонтального отклонения гибкой зоны трубопровода,
- в продольном направлении две первые шарнирные оси находятся между двумя вторыми шарнирными осями,
- эластичная зона содержит первый эластичный участок наружного кожуха и первый эластичный участок упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубы, при этом упомянутый эластичный участок упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубы находится между двумя жесткими соединениями между наружным кожухом и упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубой,
- первый эластичный участок наружного кожуха и первый эластичный участок упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубы содержат, каждый, эластичный сильфон,
- гибкая зона содержит второй гибкий и эластичный участок наружного кожуха и второй гибкий участок упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубы, при этом карданный механизм соединяет два конца наружного кожуха, находящиеся соответственно с двух сторон от второго гибкого и эластичного участка наружного кожуха,
- второй гибкий и эластичный участок наружного кожуха содержит два сильфона, последовательно соединенные с двух сторон от центрального жесткого участка,
- второй гибкий участок упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубы содержит шва шланга, последовательно соединенные с двух сторон от центрального жесткого участка,
- первый кардан соединяет центральный жесткий участок наружного кожуха с первой стороной наружного кожуха, обращенной к первой конструкции, тогда как второй кардан соединяет центральный жесткий участок наружного кожуха с второй стороной наружного кожуха, обращенной к второй конструкции,
- каждый кардан содержит первую пару соответствующих соединительных перемычек, первый конец которых жестко соединен с центральным жестким участком, а второй конец шарнирно соединен с первым соответствующим соединительным кольцом, расположенным вокруг соответствующего шланга, при этом каждый кардан содержит вторую пару соответствующих соединительных перемычек, первый конец которых шарнирно соединен с первым соответствующим соединительным кольцом, а второй конец жестко соединен с соответствующей стороной наружного кожуха,
- с двух сторон от второго гибкого участка упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубы упомянутая по меньшей мере одна внутренняя труба соединена с наружным кожухом через соответствующие соединения, скользящие в направлении, параллельном продольной оси трубопровода, то есть второй гибкий участок наружного кожуха и второй гибкий участок упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубы находятся между двумя скользящими соединениями между наружным кожухом и упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубой,
- эластичная зона содержит третий эластичный участок упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубы,
- третий эластичный участок находится между карданным механизмом и жестким соединением между наружным кожухом и упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубой со стороны второй конструкции,
- оба кардана расположены последовательно вдоль трубопровода в продольном направлении,
- упомянутый по меньшей мере один шланг содержит сильфон, покрытый оплеткой, препятствующей изменению длины сильфона в продольном направлении,
- трубопровод имеет общую прямолинейную форму в отсутствие разности напряжений или в отсутствие относительных перемещений между его концами, в противном случае система компенсации перемещений допускает ограниченную локальную деформацию в виде S трубы.
Объектом изобретения является установка, содержащая две отдельные конструкции, соединенные при помощи заявленного устройства перемещения текучей среды в соответствии с любым из упомянутых выше или ниже отличительных признаков, в которой первая конструкция представляет собой один из следующих элементов: здание, источник криогенной текучей среды, мост, тогда как вторая конструкция представляет собой один из следующих элементов: здание, камеру, содержащую устройство генерирования плазмы типа «Токамак».
Изобретение может также относится к любому устройству или способу, содержащему комбинацию из упомянутых выше или ниже отличительных признаков.
Другие отличительные признаки и преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания, приводимого со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:
Фиг. 1 изображает схематичный и частичный вид сбоку и в разрезе возможного примера выполнения изобретения.
Фиг. 2 - вид в частичном продольном разрезе примера конструкции сильфона, который можно использовать в заявленном устройстве.
Фиг. 3 - схематичный и частичный вид в изометрии с частичным прозрачным показом установки, оснащенной заявленным устройством перемещения.
Фиг. 4 - схематичный вид сверху с частичным прозрачным показом трубопровода устройства, показанного на фиг. 1 и 3.
Фиг. 5 - схематичный вид сбоку и в продольном разрезе трубопровода, показанного на фиг. 3.
Фиг. 6 - увеличенный вид детали фиг. 4, иллюстрирующий пример карданного механизма устройства.
На фиг. 1 схематично и частично представлен пример выполнения устройства перемещения текучей среды между двумя концами, соответственно соединенными с двумя отдельными конструкциями 5, 7. Каждая конструкция может быть зданием, мостом или любой другой физической конструкцией. Устройство 1 перемещения выполнено с возможностью транспортировки текучей среды, например, криогенной текучей среды, между двумя конструкциями 5,7, выдерживая при этом относительные перемещения двух конструкций 5,7 (например, в случае землетрясения или сильного ветра) или относительные перемещения при расширениях/усадках внутри устройства.
Устройство 1 содержит прямолинейный жесткий трубопровод, в основном состоящий из металлических труб. Этот трубопровод является трубопроводом с двойным кожухом и расположен вдоль продольной оси х.
Трубопровод содержит наружный кожух 2, например, из металла или нержавеющего материала, во внутреннем объеме которого, предназначенном для создания вакуума, находится по меньшей мере одна внутренняя труба 3 для перемещения текучей среды (то есть по меньшей мере одна внутренняя труба из металла или нержавеющего материала, предназначенная для транспортировки текучей среды).
Для упрощения схематично пунктирной линией на фиг. 1 показана только одна внутренняя труба 3. Разумеется, как показано более детально на фиг. 3-5, в наружном кожухе 2 можно расположить несколько параллельных независимых внутренних труб 3 (на разных фигурах идентичные элементы имеют одинаковые обозначения).
На первом конце трубопровод содержит первое жесткое соединение 4 наружного кожуха с первой конструкцией 5 и на втором конце - второе жесткое соединение 6 наружного кожуха 2 с второй конструкцией 7.
Первый и второй концы наружного кожуха 2 жестко соединены с упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубой 3.
Классически трубопровод содержит систему компенсации относительных перемещений между первым 4 и вторым 6 концами, которая предназначена также для компенсации дифференциальных расширений между составными частями.
Эта система компенсации перемещений содержит по меньшей мере одну гибкую зону и по меньшей мере одну эластичную зону, выполненные в виде участков с гофрированной оболочкой или сильфонов (которые могут быть отдельными или могут совпадать). Эластичная зона 10,11,30 придает эластичность по меньшей мере части трубопровода в продольном направлении х.
Кроме того, устройство содержит скользящее соединение 12 вдоль продольной оси (х) между наружным кожухом 2 и первой конструкцией 5. Устройство содержит также карданный механизм 17, содержащий два кардана и соединяющий два конца гибкой зоны 13,14. Как будет более подробно показано ниже, предпочтительно каждый из карданов имеет две отдельные шарнирные оси 18,20,19,21, перпендикулярные к продольной оси (х).
Эластичная зона содержит первый эластичный участок 10 наружного кожуха 2 и первый эластичный участок 11 упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубы 3.
Предпочтительно, как показано на фиг. 1 и 5, первый эластичный участок 10 наружного кожуха 2 является концентричным с первым эластичным участком 11 внутренней трубы или внутренних труб 3. Кроме того, упомянутый эластичный участок 11 упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубы 3 предпочтительно находится между двумя жесткими соединениями 8,9, выполненными между наружным кожухом 2 и упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубой 3. Как показано на фиг. 3 и 5, жесткие соединения 8,9, расположенные между наружным кожухом 2 и упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубой 3 выполнены в виде установочных дисков, расположенных поперечно по отношению к внутреннему пространству наружного кожуха 2 и имеющих отверстия для прокладки и удержания внутренних труб 3. Соединения между наружным кожухом 2 и внутренними трубами 3 можно осуществлять при помощи этих установочных дисков.
Как схематично показано на фиг. 1, каждый эластичный участок 10,11 может представлять собой сильфон.
Первый эластичный участок 11 упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубы 3 обеспечивает осевое перемещение внутренних труб 3 за счет сжатия или расширения сильфона. Точно так же, первый эластичный участок 11 наружного кожуха 2 обеспечивает осевое перемещение наружного кожуха 2 за счет сжатия или расширения сильфона.
На фиг. 2 представлен пример выполнения сильфона 11 внутренней трубы 3, содержащего металлическую гофрированную поверхность, два конца которой соединены соответственно с двумя кольцами 111, закрепленными сваркой на участках трубы 3. Классически, как показано на фигуре, внутри напротив гофр может быть установлена цилиндрическая муфта 110 для ограничения возмущений внутри текучей среды, которая протекает в трубе 3.
Что касается гибкой зоны 13,14, то она содержит второй гибкий и эластичный участок 13 наружного кожуха 2 и второй гибкий участок 14 упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубы 3. Карданный механизм 17 механически соединяет два конца наружного кожуха 2, находящиеся соответственно с двух сторон от второго гибкого участка 13 наружного кожуха 2.
Второй гибкий и эластичный участок 13 наружного кожуха 2 может содержать один и предпочтительно два сильфона 130,131, что будет описано ниже.
Второй гибкий и эластичный участок 13 наружного кожуха 2 обеспечивает перемещение в направлениях (у) и (z), перпендикулярных к продольной оси (х) (у=поперечное направление в горизонтальной плоскости, z=вертикальное направление) за счет локального поворота (типа шарового шарнира) патрубка. Изменение длины в продольном направлении х, хотя и теоретически возможно, не происходит, так как карданный механизм 17 классически выполнен с возможностью предупреждения расширения в продольном направлении гибкого и эластичного участка 13 наружного кожуха 2.
Точно так же, второй гибкий участок 14 внутренней трубы 3 обеспечивает перемещение в поперечных направлениях (у) и (z).
Карданный механизм 17, который позволяет трубопроводу поворачиваться вокруг направления (у) и направления (z), обеспечивает устойчивость и восприятие усилий этой части.
Действительно, карданный механизм 17 воспринимает так называемые «донные усилия сильфона», то есть усилия сжатия, которыми действует наружное (атмосферное) давление на гофры сильфонов 130,131 по причине нулевого внутреннего давления (изоляционный вакуум в наружном кожухе 2).
Второй гибкий участок 14 трубы или труб 3 содержит по меньшей мере один шланг.
Как схематично показано на фиг. 1, каждый гибкий участок 14 может содержать, например, сильфон, покрытый оплеткой 31, препятствующей изменению длины сильфона. Это значит, что шланг допускает движение кручения трубопровода, но не продольное движение удлинения или усадки.
Второй гибкий участок 14 внутренней трубы или внутренних труб 3 находится между двумя скользящими соединениями 15,16 между наружным кожухом 2 и внутренними трубами 3 (см. фиг. 1 и 5, например, при помощи вышеупомянутых установочных дисков, которые обеспечивают направление относительного перемещения внутренних труб 3 относительно наружного кожуха 2).
В частности, как показано на фиг. 3, 5 и 6, второй гибкий и эластичный участок 13 наружного кожуха 2 может содержать два сильфона 130,131, последовательно соединенные (при помощи сварки или другим способом) с двух сторон от жесткого трубчатого участка 26. Точно так же, как показано на фиг. 5, второй гибкий участок 14 каждой внутренней трубы 3 может содержать два шланга 140,141, последовательно соединенные (при помощи сварки или другим способом) с двух сторон от жесткого трубчатого участка 126.
Последовательное расположение сильфонов/шлангов в виде нескольких секций 130,131,140,141 позволяет расположить внутренние установочные диски между двумя смежными сильфонами/шлангами для сохранения промежутка между трубами 3 и позволяет, в случае необходимости, термически связать (то есть установить термическое соединение) между собой внутренние трубы 3.
Как показано на фиг. 3-5 и, в частности, на фиг. 6, первый кардан соединяет центральный жесткий участок 26 наружного кожуха 2 с первой стороной наружного кожуха 2 (обращенной к первой конструкции 5), тогда как второй кардан соединяет центральный жесткий участок 26 наружного кожуха 2 с второй стороной наружного кожуха 2 (обращенной к второй конструкции 7).
Таким образом, каждый кардан имеет две отдельные шарнирные оси (соответственно 18,19 и 20,21), перпендикулярные к продольной оси (х). Кроме того, две шарнирные оси 18,19 одного кардана соответственно параллельны двумя шарнирным осям 20,21 другого кардана 24,25.
Две параллельные первые шарнирные оси 18,20 карданов находятся в вертикальной плоскости для обеспечения ограниченного горизонтального отклонения (направление у) трубопровода. Что касается двух параллельные шарнирных осей 19,21, то они находятся в горизонтальной плоскости для обеспечения ограниченного вертикального отклонения (направление z) трубопровода.
В частности, каждый кардан может содержать первую пару соответствующих соединительных перемычек 23,25, первый конец 123,125 которых жестко соединен (при помощи сварки иди другого способа) с центральным жестким участком 26 и второй конец которых шарнирно соединен с первым соответствующим соединительным кольцом 27,28, расположенным вокруг соответствующего сильфона 130,131. Кроме того, каждый кардан может содержать вторую пару соответствующих соединительных перемычек 22,24, первый конец 18,20 которых шарнирно соединен с первым соответствующим соединительным кольцом 27,28, а второй конец 122 жестко соединен (при помощи сварки или другого способа) с соответствующей стороной наружного кожуха 2.
Это значит, что оба кардана соединены с центральным жестким участком 26 симметрично относительно его центральной части.
Две перемычки каждой первой пары перемычек 23,25 находятся, например, вдоль продольной оси (х) и расположены диаметрально противоположно вокруг наружного кожуха 2.
Точно так же, две перемычки каждой второй пары перемычек 22,24 находятся, например, вдоль продольной оси (х) и расположены диаметрально противоположно вокруг наружного кожуха 2.
Чтобы улучшить устойчивость карданного механизма в продольном направлении (х), предпочтительно две первые шарнирные оси 18,20 расположены между двумя вторым шарнирными осями 19,21, то есть в продольном направлении две первые горизонтальные поворотные оси 18,20 (параллельные направлению z) находятся между двумя вторыми вертикальными поворотными осями 19,21 (параллельными направлению у). На фиг. 6 показаны продольные интервалы D между осями одного кардана. Этот интервал предпочтительно составляет от 20мм до 50мм. Эта конфигурация дает результирующую усилия на карданный механизм, которая стремится удерживать карданный механизм стабильным в прямолинейном положении. Это смещение создает положительные усилия, способствующие устойчивости системы в прямолинейном устойчивом положении. Это значит, что в отсутствие определенного напряжения трубопровод стремится оставаться прямолинейным и не деформироваться в виде S под действием собственного веса.
В частности, как показано на фиг. 1, эластичная зона может содержать третий эластичный участок 30 упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубы 3. Третий эластичный участок 30 находится, например, между карданным механизмом 17 и жестким соединением 29 между наружным кожухом 2 и упомянутой по меньшей мере одной внутренней трубой 3 (на уровне второго конца 7).
Этот третий эластичный участок 30 позволяет компенсировать перепады длины внутренних труб 3 во время перемещения в поперечных направлениях (у) или (z). Кроме того, этот третий эластичный участок 30 позволяет компенсировать изменения длины, связанные с температурными перепадами (например, усадка внутренних труб 3 во время замерзания между двумя жесткими соединениями (29, 9).
В частности, как показано на фиг. 3-5, третий эластичный участок 30 содержит, например, сильфон на внутренней трубе или внутренних трубах 3.
Предпочтительно предусмотрена разность сечения, с одной стороны, между шлангами 140,141 второго гибкого участка и, с другой стороны, сильфоном 30 для сохранения натяжения в гофрах сильфона, чтобы выдерживать внутреннее давление.
В отсутствие напряжений трубопровод имеет общую прямолинейную форму. С другой стороны, в случае относительных перемещений между его концами и/или в случае дифференциальных расширений труб 3 и кожухов 2 описанная выше конструкция допускает ограниченную локальную деформацию наружного кожуха 2 и внутренних труб 3 (например, в виде S в вертикальном или в боковом направлениях), чтобы компенсировать эту разность и избегать повреждения трубопровода.
Таким образом, устройство перемещения в соответствии с изобретением обеспечивает прямолинейному трубопроводу систему, позволяющую поглощать расширения, усилия ветра, перемещения, связанные с землетрясениями.
Заявленное устройство позволяет отказаться от использования изогнутых трубопроводов типа «коленчатого рычага», которые, не говоря уже о возникающих в них дополнительных потерях напора, являются очень объемными.
В примере выполнения первый эластичный участок 10,11 выполнен отдельно от первого гибкого участка (отделен в продольном направлении). Разумеется, в варианте эластичный участок может находится на уровне карданного механизма. Например, сильфоны 13,14 можно заменить эластичными в продольном направлении шлангами, и карданы могут включать в себя эластичный в продольном направлении участок (например, на уровне перемычек 22,23,24,25). Это значит, что гибкие и эластичные участки могут представлять собой один и тот же участок.