Колено стального трубопровода

 

Изобретение относится к машиностроению. У колена стального трубопровода центральная часть выполнена с диаметром условного прохода, не менее чем в полтора раза превышающим диаметр условного прохода прямолинейных участков, а профилированная лопатка выполнена из керамического материала. В результате снижается абразивный износ криволинейной поверхности центральной части колена. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в газовой, нефтяной, химической и энергетической промышленности.

Известны конструкции колен стальных трубопроводов, содержащие подводящий и отводящий равнопроходные прямолинейные участки трубопровода и центральную часть с криволинейной поверхностью, к которой либо приварен патрубок большего диаметра условного прохода для защиты криволинейной поверхности от абразивной эрозии протекающим потоком рабочей среды, либо на которой выполнены сквозные отверстия и установлен защитный кожух для снижения коэффициента гидравлического сопротивления. [1. Абразивное изнашивание газопромыслового оборудования. М. : Недра, 1997, с.176-177. Авт. Бирюков В.И. и др. 2. Авторское свидетельство СССР N 640084, кл. F 16 L 43/00, 1977].

Недостаток известных конструкций заключается в высокой трудоемкости изготовления и недостаточной эксплуатационной стойкости колен в потоках абразивосодержащих рабочих сред.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является колено трубопровода газовой пескующей скважины, содержащее прямолинейные участки трубопровода и равнопроходную центральную часть с криволинейной поверхностью, внутри которой установлена по крайней мере одна изогнутая перегородка и жесткий желобообразный наклонный выступ [Авторское свидетельство СССР N 1562580, кл. F 16 L 43/00].

Недостаток известной конструкции колена стального трубопровода заключается в высокой трудоемкости его изготовления и в однонаправленности рабочего потока при его эффективном использовании. При изменении направления абразивосодержащего потока на противоположное резко возрастает коэффициент гидравлического сопротивления колена и, следовательно, абразивное изнашивание криволинейной поверхности центральной части. Кроме этого, применение в качестве материала изогнутой перегородки закаленной легированной стали или стали с упрочняющим покрытием является малоэффективным средством защиты от абразивной эрозии.

Задачей изобретения является снижение абразивного износа криволинейной поверхности центральной части колена стального трубопровода в потоке абразивосодержащей рабочей среды, что приведет к повышению долговечности колена стального трубопровода.

Поставленная задача достигается тем, что в колене стального трубопровода, содержащем подводящий и отводящий равнопроходные прямолинейные участки трубопровода и центральную часть с криволинейной поверхностью, внутри которой установлена по крайней мере одна профилированная лопатка, согласно изобретению центральная часть выполнена с диаметром условного прохода не менее, чем в полтора раза превышающим диаметр условного прохода прямолинейных участков, а профилированная лопатка выполнена из керамического материала. В предпочтительных вариантах: - профилированная лопатка размещена вдоль оси колена; - лопатка имеет плоскую поверхность и спрофилирована по винтовой линии с углом поворота 180^o; - лопатка имеет полуцилиндрическую поверхность и спрофилирована по винтовой линии с углом поворота 180^o.

Изобретение представлено чертежами, где на фиг.1 показано колено стального трубопровода с профилированной лопаткой из керамического материала; на фиг. 2 показана профилированная лопатка, размещенная вдоль оси колена; на фиг. 3 показана лопатка, имеющая плоскую поверхность и спрофилированная по винтовой линии с углом поворота 180^o; на фиг.4 показана лопатка, имеющая полуцилиндрическую поверхность и спрофилированная по винтовой линии с углом поворота 180^o.

Колено стального трубопровода содержит подводящий 1 и отводящий 2 равнопроходные прямолинейные участки трубопровода и центральную часть 3 с криволинейной поверхностью, диаметр условного прохода которой превышает по меньшей мере в полтора раза диаметр условного прохода прямолинейных участков.

Увеличение площади сечения центральной части 3 колена стального трубопровода приводит к пропорциональному снижению скорости абразивосодержащего потока. Скорость потока связана с интенсивностью изнашивания при абразивной эрозии степенной зависимостью, причем показатель степени достигает значения 4,5 [Клейс И. Р. , Ууэмыйс Х. Х. Износостойкость элементов измельчителей ударного действия. М. : Машиностроение, 1986, 160 с.]. Это означает, что увеличение площади сечения центральной части колена более чем в два раза при полуторном увеличении диаметра условного прохода по сравнению с диаметром условного прохода прямолинейных участков трубопровода снижает интенсивность изнашивания стали более чем в 8 раз, а керамики более чем в 22 раза.

Внутри центральной части 3 установлена профилированная лопатка 4, профиль которой состоит из дуг двух окружностей, а величина хорды t лопатки определяется из соотношения [Повх И. Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1974, 480 с].

Применение профилированной лопатки позволяет снизить потери энергии потока, расходуемые на изнашивание стенки колена в зоне местного отрыва потока в безлопаточном колене. Керамический материал обеспечивает высокую сопротивляемость лопатки воздействию абразивной эрозии, причем максимальная стойкость керамики отмечается при скользящих и острых углах атаки абразивосодержащего потока, характерных при обтекании лопатки в колене.

Колено стального трубопровода (фиг. 1 - 4) работает следующим образом. Абразивосодержащий поток рабочей среды поступает в подводящий прямолинейный участок 1 трубопровода, расширяясь в центральной части 2 с криволинейной поверхностью, теряет скорость, обтекает профилированную лопатку 4, снижая агрессивные отрывные явления в зоне криволинейной поверхности, и проходит в отводящий прямолинейный участок 2 трубопровода. Профилированная лопатка 4 установлена внутри центральной части 3 колена симметрично относительно половины угла изменения направления потока в колене, что обеспечивает эффективную работу колена и в случае противоположного направления движения рабочего потока.

Технический результат данного решения состоит в снижении абразивной способности рабочего потока и соответственно абразивного изнашивания стенки колена стального трубопровода, что позволяет повысить его долговечность. Профилированная лопатка из керамического материала обладает повышенной стойкостью к абразивной эрозии и эффективно работает при любом направлении потока среды. Трудоемкость реализации данного технического решения ниже существующих аналогов и при установке колена в трубопровод заданного диаметра условного прохода эффект достигается уже при использовании для колена следующего большего из ряда стандартных диаметров условного прохода трубопроводов.

Формула изобретения

1. Колено стального трубопровода, содержащее подводящий и отводящий равнопроходные прямолинейные участки трубопровода и центральную часть с криволинейной поверхностью, внутри которой установлена по крайней мере одна профилированная лопатка, отличающееся тем, что центральная часть выполнена с диаметром условного прохода, не менее чем в полтора раза превышающим диаметр условного прохода прямолинейных участков, а профилированная лопатка выполнена из керамического материала.

2. Колено по п.1, отличающееся тем, что профилированная лопатка размещена вдоль оси колена.

3. Колено по пп.1 и 2, отличающееся тем, что лопатка имеет плоскую поверхность и спрофилирована по винтовой линии с углом поворота 180^o.

4. Колено по пп.1 и 2, отличающееся тем, что лопатка имеет полуцилиндрическую поверхность и спрофилирована по винтовой линии с углом поворота 180^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4