Угловой патрубок-компенсатор

 

Изобретение относится к строительству и используется при сооружении трубопроводов. Угловой патрубок-компенсатор содержит патрубки с фланцами, корпус, выполненные в виде армированных оболочек мембраны, прижимные кольца, профилированное колено и огнестойкий кожух. Патрубки с фланцами снабжены коническими вставками. Ось конуса смещена относительно центра размещения эластичных армированных оболочек, образующих тороидальный амортизирующий элемент, заполненный газожидкостной смесью, находящейся под давлением. Тонкий огнестойкий кожух облицован изнутри теплоизоляционным материалом. Внутри корпуса установлено профилированное колено, содержащее крыльевую систему, состоящую из горизонтальных и двух вертикальных скрепленных между собой пластин. Горизонтальные пластины изогнуты параллельно оси колена. Даны математические зависимости, определяющие их расположение. Повышает эксплуатационную надежность системы. 2 ил.

Изобретение относится к трубопроводной технике и может быть использовано в качестве компенсатора в различных трубопроводах, например в магистральных нефтепроводах, водоводах, а также в судовых и других специальных трубопроводных системах.

Известен компенсатор (патент РФ 2109199, кл. F 16 L 51/02), содержащий патрубки с фланцами, корпус, состоящий, по меньшей мере, из двух коаксиально расположенных труб, торцы которых попарно соединены посредством мембран, выполненных в виде армированных оболочек, имеющих форму полутора, прижимные и съемные кольца, профилированное колено с устройством стабилизации потока среды и огнестойкий кожух на внешней трубе.

Недостатком известного компенсатора является то, что он имеет высокую металлоемкость и небольшой эксплуатационный ресурс.

Задача, решаемая изобретением - снижение металлоемкости, упрощение сборки-разборки и увеличение эксплуатационного ресурса при сохранении высоких значений компенсируемых статических и динамических перемещений в условиях избыточного давления рабочей среды и постоянного вибрационного воздействия.

Сущность изобретения заключается в том, что угловой патрубок-компенсатор содержит разгрузочный фланец специальной формы с уплотнением в виде эластичной армированной оболочки, закрепляемой прижимным кольцом, соединенный через разгрузочные тяги с фланцем специальной формы на цилиндрическом входном патрубке, который посредством мембраны в виде эластичной армированной оболочки, закрепляемой прижимным кольцом, соединен с промежуточным фланцем специальной формы, который посредством других мембран, закрепляемых прижимным кольцом и коротких разгрузочных тяг соединен с корпусом, при этом мембраны образуют торроидальный амортизирующий элемент, представляющий собой замкнутую герметичную полость из эластичных армированных оболочек, заполненную газожидкостной смесью под определенным давлением, а корпус выполнен в сфероконической форме с цилиндрическим выходным патрубком, с облегченным огнестойким кожухом, закрепленным снаружи и профилированным коленом, закрепленным внутри с установленной в нем определенным образом рассчитанной крыльевой системой.

Выполнение корпуса в сфероконической форме со смещением центра сферы и оси конуса относительно центра размещения эластичных армированных оболочек на величину - h, определяемую опытно-расчетным путем, применение разгрузочных тяг, фланца входного патрубка, промежуточного и разгрузочного фланцев с коническими вставками, имеющими аналогично смещенную ось, позволяет равномерно распределять возникающие нагрузки.

Применение амортизирующего элемента в виде эластичных армированных оболочек, образующих замкнутую герметичную полость торроидальной формы, заполненную газожидкостной смесью под определенным давлением, обеспечивает плавную компенсацию значительных статических и динамических перемещений во всех направлениях.

Применение прижимных колец для закрепления всех эластичных армированных оболочек позволяет производить их замену и ремонт углового патрубка-компенсатора без его демонтажа с трубопровода.

Выполнение профилированного колена, содержащего крыльевую систему, состоящую из двух горизонтальных и, по меньшей мере, из двух вертикальных скрепленных между собой пластин, при этом горизонтальные пластины изгибаются параллельно оси колена, причем, первая пластина располагаются от внутренней стенки на расстоянии а вторая - на расстоянии где l₁ - расстояние от внутренней стенки колена до первой пластины; l₂ - расстояние от внутренней стенки колена до второй пластины; R - радиус внешней стенки колена; r - радиус внутренней стенки колена, а вертикальные пластины делят образованный горизонтальными пластинами канал на каналы с равной площадью проходного сечения, позволяет эффективно выравнивать и стабилизировать поток, снижая при этом гидравлическое сопротивление и силовое воздействие потока на корпус.

Применение снаружи на фланцах и корпусе тонкого отстоящего от конструкций огнестойкого кожуха, облицованного изнутри термостойким, теплоизоляционным материалом, позволяет обеспечить пожаростойкость при невысокой металлоемкости.

На фиг. 1 изображен разрез углового патрубка-компенсатора.

На фиг. 2 - вид А и разрез Б-Б на фиг. 1.

Угловой патрубок-компенсатор содержит входной патрубок с фланцем 1, разгрузочные тяги 2, торроидальный амортизирующий элемент 3, промежуточный фланец 4, мембрану 5, короткие разгрузочные тяги 6, корпус 7, профилированное колено 8, крыльевую систему 9, уплотнение 10, прижимное кольцо 11, разгрузочный фланец 12, выходной патрубок 13, огнестойкий кожух 14.

Угловой патрубок-компенсатор работает следующим образом.

Посредством фланцевых соединений угловой патрубок-компенсатор устанавливается в трубопровод, в торроидальном амортизирующем элементе, заполненном газожидкостной смесью, создается давление, пропорциональное рабочему давлению в трубопроводе, с учетом разности жесткости эластичных армированных оболочек и массы промежуточного фланца. При создании в трубопроводе избыточного рабочего давления разгрузочный фланец 12 и промежуточный фланец 4 сдвигаются, деформируя эластичные армированные оболочки мембраны 5 и уплотнения 10, и при этом натягивают разгрузочные тяги 2 и 6, которые удерживают все остальные детали относительно выходного патрубка 13 в заданном положении. Возникающие в процессе эксплуатации в трубопроводе вибрация, статические и динамические перемещения, передаются через входной патрубок с фланцем 1 на торроидальный амортизирующий элемент 3, где частично гасятся, перед тем как переместить промежуточный фланец 4, который, в свою очередь, передает перемещения на эластичную армированную оболочку мембраны 5, где они снова гасятся, перед тем как воздействовать на корпус 7. Силовое воздействие потока рабочей среды на корпус эффективно снижается за счет выравнивания и стабилизации поля скоростей крыльевой системой 9, поток при этом становится безотрывным и достаточно равномерным, что приводит также к снижению гидравлического сопротивления. Форма фланцев 1, 4, 12 рассчитана таким образом, что силовое воздействие передается на все тяги равномерно, что позволяет унифицировать применяемый крепеж. Конструкция корпуса 7 позволяет в два раза уменьшить концентрацию напряжений в месте соединения с выходным патрубком 13 и деформацию самого корпуса от воздействия избыточного давления рабочей среды, что позволяет отказаться от установки ребер жесткости в месте сопряжения корпуса с выходным патрубком и снизить его металлоемкость.

Предлагаемая конструкция углового патрубка-компенсатора позволяет компенсировать значительные статические и динамические перемещения, уменьшить концентрацию возникающих напряжений, снизить металлоемкость и унифицировать применяемый крепеж, повысить прочностные характеристики и надежность, увеличить эксплуатационный ресурс в условиях избыточного давления рабочей среды, значительных статических и динамических перемещений и постоянного вибрационного воздействия и, при этом, обеспечивает ремонтопригодность, пожаростойкость, а также снижение гидравлического сопротивления.

Формула изобретения

Угловой патрубок-компенсатор, содержащий патрубки с фланцами, корпус, мембраны, выполненные в виде армированных оболочек, прижимные кольца, профилированное колено и огнестойкий кожух, отличающийся тем, что патрубки с фланцами имеют конические вставки, со смещением оси конуса на величину h, относительно центра размещения эластичных армированных оболочек, закрепляемых снаружи прижимными кольцами и образующими торроидальный амортизирующий элемент, заполненный газожидкостной смесью, в которой создается давление, пропорциональное рабочему давлению в трубопроводе, с учетом разности жесткости эластичных армированных оболочек и массы промежуточного фланца, и разгрузочные тяги, связанные с корпусом сфероконической формы, со смещением центра сферы и оси конуса относительно центра размещения эластичных армированных оболочек на ту же величину h, при этом тонкий, отстоящий от конструкций, огнестойкий кожух, облицованный изнутри термостойким теплоизоляционным материалом, закреплен на фланцах и корпусе, а внутри корпуса установлено профилированное колено, содержащее крыльевую систему, состоящую из двух горизонтальных и, по меньшей мере, из двух вертикальных скрепленных между собой пластин, при этом горизонтальные пластины изгибаются параллельно оси колена, причем первая пластина располагается от внутренней стенки на расстоянии

а вторая - на расстоянии

где l₁ - расстояние от внутренней стенки колена до первой пластины;

l₂ - расстояние от внутренней стенки колена до второй пластины;

R - радиус внешней стенки колена;

r - радиус внутренней стенки колена,

а вертикальные пластины при этом делят образованный горизонтальными пластинами канал на каналы с равной площадью проходного сечения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2