Термодеформационный компенсатор для трубопровода

Техническое решение относится к области средств компенсации теплового удлинения/укорачивания и монтажного/эксплуатационного изгиба для цилиндрического трубопровода, и может быть использовано при прокладывании трубопроводов подачи воды и других жидкостей, а также канализационных трубопроводов. Термодеформационный компенсатор содержит прямую трубу и трубу с раструбом, состыкованные с зазорами фиксированным раструбно-стопорным соединением с уплотнительной манжетой, расположенной на обработанной поверхности прямой трубы. В компенсаторе использованы теплоизолированные трубы, причем размер зазора составляет от 10 до 15 мм, а ширина обработанной поверхности прямой трубы составляет не менее 85 мм. На поверхности прямой трубы закреплен на расстоянии не менее 90 мм от торца трубы кольцеобразный сборный стопорный элемент шириной до 12 мм, а уплотнительная манжета выполнена из бутадиен-нитрийного или этилен-пропиленового каучуков в двухслойном исполнении. 3 з.п. ф-лы. 1 ил.

Полезная модель относится к машиностроению и используется в различных механизмах, при эксплуатации трубопроводов для компенсации сдвиго-поворотных перемещений элементов трубопроводов, а также в различных механизмах, например в системе выпуска отработанных газов ДВС для компенсации скручивающих моментов, угловых перемещений, вибраций и температурных колебаний.

Известен Компенсатор SU 1820146 МПК F16L 51/03, содержащий две винтообразные гофрированные оболочки с разнонаправленными углами наклона винтовой линии, два патрубка с кольцами и кожух. На кожухе и патрубках выполнены зиги, а гофрированные оболочки закреплены обращенными друг к другу концами на зигах кожуха, а противоположными концами- на зигах патрубков.

Известен Сильфон (заявка 2002101394/06 от 2002 г), содержащий корпус, выполненный из узких гофр и по меньшей мере, двух широких гофр, стенки которых сопряжены между собой выпуклыми и вогнутыми поверхностями. В продольном сечении корпуса представляющие собой дуги окружности. Отношение радиуса выпуклой поверхности широкого гофра к радиусу выпуклой поверхности узкой гофры составляет от 2,6 до 5,0, при этом высота Н широкого гофра меньше радиуса R.

Известен Компенсатор (RU 2227859 от 11.04.2002) (Прототип), содержащий сильфон(ы) с концевыми фланцами и тяги, в виде плоских направляющих, расположенных вдоль оси сильфона(ов) и жестко закрепленных одними концами на концевых фланцах, отличающийся тем, что установлены две пары упругих плоских направляющих в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, а между сильфоном(ами) и плоскими направляющими дополнительно введен жесткий соединительный элемент в виде катушки, к кольцам которой жестко попарно закреплены другие концы плоских направляющих.

Недостатками данных технических решений является то, что винтообразные сильфонные компенсаторы имеют ограниченный срок службы из-за возникновения скручивающих усилий.

Задачей данного технического решения является обеспечение компенсации скручивающих моментов при сохранении герметичности компенсатора и как следствие-повышение долговечности.

Задача решается за счет того, что компенсатор содержит по меньшей мере 2 сильфона; правый и левый из узких гофр, соединенные между собой телескопически с помощью нахлесточного участка с выполненными на нем, по меньшей мере 2-мя неразрывными кольцевыми (широкими) гофрами, выбранными с оптимальным соотношением внутреннего радиуса кольцевых гофр к высоте R=(1,2-1,5)H. На торцах компенсатора сформированы фиксирующие упорные фланцы. Выступающие участки сильфонов отбортованы по эквидистантным поверхностям, повторяющим профиль упорных фланцев и выполнены из агрессивно стойкого материала. Кроме того, на сильфонах выполнены зиги, фиксирующие упорные фланцы от осевых перемещений, высота г которых равна толщине фланцев h.

На Фиг.1 представлен заявляемый компенсатор, состоящий из правого сильфона 1, левого сильфона 2, механически связанных между собой нахлесточным участком 4, на котором выполнены кольцевые гофры с внутренним радиусом - R и высотой гофра H. Выступающие участки сильфонов - 1,2 отбортованы по поверхностям 5, эквидистантным поверхностям упорных фланцев 3. Отбортованная поверхность служит прокладкой, обеспечивая герметизацию и предотвращая непосредственный контакт упорных фланцев с рабочей (агрессивной) средой. На сильфонах сформированы зиги 6, высота которых равна толщине упорного фланца 3.

Технический результат - повышение срока службы компенсатора решается за счет выполнения нахлесточного участка с двумя кольцевыми гофрами с экспериментально подобранным отношением внутреннего радиуса R к высоте гофра H. Узкие гофры, расположенные слева и справа нахлесточного участка работают с симметричным распределением нагрузки и с одинаковой величиной хода независимо от других геометрических размеров гофр, обеспечивая компенсацию скручивающих моментов. На сильфонах выполнены зиги, фиксирующие упорные фланцы от осевых перемещений, высота г которых равна толщине фланцев h.

фланцев h. Кроме того большую роль в снижении срока службы играет влияние рабочей (агрессивной) среды на упорные фланцы, которые в данном случае защищаются отбортованной поверхностью, предотвращая контакт с рабочей средой а следовательно от преждевременного выхода из строя компенсатора.

Работа компенсатора После установки компенсатора в систему газопровода в случае возникновения усилий в осевом направлении происходит растяжение (сжатие) правого и левого сильфонов. При поперечном или угловом смещении происходит изгиб сильфонов. При возникновении скручивающих нагрузок происходит поворот сильфона правого относительно сильфона левого по месту нахлесточного участка, при этом, кольцевые гофры не препятствуют скручиванию, а обеспечивают осевую фиксацию сильфонов и герметичность соединения Амплитуда радиальных и осевых вибраций компенсатора ограничивается величиной зазора между гофрами.

Промышленная применимость

Проведены испытания предлагаемой полезной модели и установлены оптимальные условия эксплуатации компенсатора:

- температура окружающей среды от - 40°-50°С,

- температура рабочей среды - 220° - до 850°С,

- поперечное смещение оси - не более 10 мм,

- скручивание относительно оси до 360°

- изгиб продольной оси - в пределах 10°.

Серийное производство предполагается в 3 квартале 2011 г. Заявленный компенсатор может использоваться для любых сред и параметров. При этом наибольший эффект будет достигнут при использовании в выхлопных системах ДВС. (в системе отработанных газов).

1. Термодеформационный компенсатор для трубопровода, содержащий прямую трубу и трубу с раструбом, состыкованные с зазорами фиксированным раструбно-стопорным соединением с уплотнительной манжетой, расположенной на обработанной поверхности прямой трубы, отличающийся тем, что использованы теплоизолированные трубы, причем размер зазора составляет от 10 до 15 мм, а ширина обработанной поверхности прямой трубы составляет не менее 85 мм, при этом на поверхности прямой трубы закреплен на расстоянии не менее 90 мм от торца трубы кольцеобразный сборный стопорный элемент шириной до 12 мм, а уплотнительная манжета выполнена из бутадиен-нитрийного или этилен-пропиленового каучуков в двухслойном исполнении

2. Компенсатор по п.1, отличающийся тем, что участок обработанной поверхности прямой трубы зачищен и покрыт выравнивающим покрытием.

3. Компенсатор по п.1, отличающийся тем, что внешняя поверхность труб компенсатора покрыта теплоизоляцией с монтажным зазором между торцами, причем указанный зазор заполнен комбинированным теплоизоляционным материалом.

4. Компенсатор по п.1, отличающийся тем, что он содержит разветвленный раструб, выполненный с возможностью состыковывания под углом от 10 до 180° от 2 до 4 труб.