Компенсатор теплового расширения для горячих трубопроводов и трубопровод с его использованием

 

Изобретение касается компенсатора теплового расширения, соединяющего между собой концы двух участков трубопровода, предназначенного для транспортировки горячей жидкотекучей среды, причем каждый из концов участков трубопровода снабжен концевым фланцем 2. Компенсатор теплового расширения содержит муфту 3, жестко связанную своими концами с соответствующими холодными фланцами 4, жестко связанными с устройством соединения в паз 5, и содержит соединительное устройство 6, связывающее концевой фланец 2 и соответствующий ему холодный фланец 4. Соединительное устройство 6 содержит по меньшей мере два соединенных друг с другом элемента, называемых первым 7 и вторым 8 элементами, один из которых жестко связан с холодным фланцем 4, а другой элемент жестко связан с концевым фланцем 2, причем упомянутый первый элемент 7 представляет собой муфту, изготовленную из волнистого или гофрированного металлического листа, волны или гофры которого направлены параллельно продольной оси данного трубопровода 1, а второй упомянутый выше элемент 8 является гибким и деформируемым в направлении продольной оси данного трубопровода 1. Повышает надежность трубопровода за счет компенсации продольных и тангенциальных тепловых деформаций трубопровода. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к специальному стыку, являющемуся компенсатором теплового расширения и предназначенному для использования на горячих трубопроводах.

Говоря более конкретно, данное изобретение касается компенсатора расширения, соединяющего концы двух трубопроводов, предназначенных для транспортировки горячей жидкотекучей среды, причем каждый из концов соединяемых таким образом трубопроводов снабжен концевыми фланцами. Предлагаемый компенсатор теплового расширения соединяемых трубопроводов содержит муфту, образованную гибкой лентой, надетой на оба примыкающих друг к другу конца трубопроводов и жестко связанной своими кромками с соответствующим фланцем, условно называемым холодным фланцем и жестко связанным с устройством соединения в паз в устройстве удержания, жестко связанном с соответствующим трубопроводом. Предлагаемый компенсатор расширения содержит также соединительное устройство, связывающее соответствующие друг другу концевой фланец данного трубопровода и его так называемый холодный фланец.

В известном на сегодняшний день компенсаторе теплового расширения (FR 658066 A, 30.05.29) подобного типа упомянутое соединительное устройство представляет собой плоский металлический лист, согнутый в виде муфты. Вследствие своей способности к изгибу этот лист частично принимает на себя тепловые деформации, возникающие вследствие различия температур между концевым фланцем трубопровода, который является горячим, и так называемым холодным фланцем, а также тепловые деформации собственно трубопроводов, соединяемых данным компенсатором расширения. Такое устройство генерирует значительные механические напряжения, локализованные в углах упомянутых фланцев, и является недостаточно надежным в случае использования на трубопроводах больших диаметров, предназначенных для транспортировки жидкотекучих сред с очень высокой температурой.

Однако компенсаторы теплового расширения этого типа необходимы, в частности, для входных трубопроводов котлов утилизации, используемых на выходе газовых турбин, когда упомянутый горячий фланец конца трубопровода подвергается воздействию температуры порядка 600^oC, а упомянутый холодный фланец имеет температуру порядка 200^oC. Вследствие этого дифференциальные расширения теплового характера являются весьма значительными. Кроме того, такие трубопроводы обычно имеют квадратное сечение больших размеров, причем сторона этого квадратного сечения может достигать 7,5 метра.

Для решения упомянутых выше технических проблем и обеспечения возможности практической реализации компенсатора теплового расширения, приспособленного для применения упомянутого выше характера, в соответствии с предлагаемым изобретением это устройство соединения или соединительное устройство содержит по меньшей мере два соединенных друг с другом элемента, называемых первым и вторым элементами. При этом один из этих элементов жестко связан с холодным фланцем, а другой элемент жестко связан с концевым фланцем одного из соединяемых трубопроводов, причем упомянутый первый элемент представляет собой муфту, выполненную из волнистого листа, волны которого направлены параллельно продольной оси соединяемых трубопроводов, а второй элемент является гибким и деформируемым в продольном направлении упомянутого трубопровода.

В соответствии с предпочтительным способом практической реализации предлагаемого изобретения упомянутый выше второй элемент представляет собой гибкую изогнутую пластину с кривизной, перпендикулярной волнам упомянутой муфты.

В предпочтительном варианте практической реализации упомянутое соединительное устройство содержит два упомянутых вторых элемента, причем один из этих вторых элементов жестко связан с холодным фланцем, а другой жестко связан с концевым фланцем трубопровода, и оба этих элемента соединены между собой при помощи первого промежуточного элемента.

Предлагаемое изобретение касается также трубопровода, предназначенного для прохождения горячих газов на выходе из газовой турбины в котлах утилизации и образованного отрезками трубопроводов, соединенных соответственно при помощи упомянутого компенсатора теплового расширения, как это было описано выше.

Предлагаемое изобретение будет описано ниже более подробно со ссылками на приведенные в приложении фигуры, представляющие всего лишь предпочтительный способ практической реализации данного изобретения. Среди приведенных в приложении к упомянутому описанию фигур предлагаются: фиг. 1 - на которой представлен в частичном разрезе вид спереди предлагаемого компенсатора теплового расширения в соответствии с данным изобретением; фиг. 2 - на которой представлен в разрезе по продольной плоскости вид половины того же самого компенсатора теплового расширения.

Как это схематически представлено на фиг. 1, предлагаемый компенсатор теплового расширения соединяет между собой концы двух трубопроводов 1 и 1', предназначенных для транспортировки горячей жидкотекучей среды и имеющих в предпочтительном варианте квадратное поперечное сечение. Каждый из концов трубопроводов снабжен концевыми фланцем 2, 2', в предпочтительном варианте реализации приваренным к каждому из концов соответствующего трубопровода. Предлагаемый компенсатор теплового расширения содержит муфту 3, образованную гибкой лентой, охватывающей оба обращенных друг к другу конца трубопроводов и жестко связанной своими кромками соответственно с холодными фланцами 4, 4', в свою очередь жестко связанными с устройствами соединения в паз в устройстве удержания, жестко связанном с соответствующим участком трубопровода. Упомянутая лента 3 может состоять из композиции нескольких керамических слоев и слоев тефлона.

Предлагаемый компенсационный стык содержит также соединительное устройство 6, 6', связывающее концевой фланец 2, 2' и соответствующей ему холодный фланец 4, 4'.

Уже известным на сегодняшний день способом трубопроводы 1 и 1' теплоизолированы при помощи слоя термоизоляционного материала 12, 12', располагающегося снаружи или изнутри упомянутых трубопроводов 1, 1'. Слои термоизоляционного материала 13 располагаются также внутри предлагаемого компенсатора теплового расширения.

Все эти конструктивные элементы предлагаемого компенсатора теплового расширения будут более подробно описаны ниже со ссылками на чертеж, представленный на фиг. 2.

Упомянутое соединительное устройство 6, 6' должно поглощать тепловые деформации, связанные с разностью температур между концевым фланцем 2, 2', который является горячим, поскольку непосредственно подвергается воздействию температуры горячей жидкотекучей среды, транспортируемой по данным трубопроводам 1, 1', и холодным фланцем 4, 4'.

В соответствии с предлагаемым изобретением, как это хорошо видно на фиг. 2, это соединительное устройство 6 содержит по меньшей мере два элемента, называемых первым и вторым элементами. При этом один из упомянутых элементов жестко связан с холодным фланцем 4, а другой элемент жестко связан с концевым фланцем 2, причем первый элемент 7 является деформируемым в тангенциальном или касательном направлении, а второй элемент 8 является гибким и деформируемым в продольном направлении данного трубопровода.

В соответствии с этим предпочтительным вариантом практической реализации предлагаемого изобретения лента 3 жестко закреплена на холодном фланце 4 при помощи винтов 9. Устройство 5 соединения в паз, образованное кольцом или участком кольца, жестко соединено с холодным фланцем 4, причем в предпочтительном варианте реализации это соединение выполнено сваркой и плотно вставлено между двумя профилями 10 и 11, приваренными к наружной поверхности трубопровода 1. Это устройство соединения в паз и связанное с ним устройство удержания могут быть реализованы различными способами, не выходя за рамки предлагаемого изобретения, например, в соответствии с другим вариантом, не представленным на приведенных в приложении фигурах. В этом случае устройство удержания может представлять собой периферийный фланец, жестко связанный с данным трубопроводом, а устройство соединения в паз может содержать специальный паз, в который входит упомянутый фланец.

Первый упомянутый выше элемент 7, деформируемый в тангенциальном или касательном направлении, представляет собой муфту, изготовленную из волнистого металлического листа, причем волны этого листа направлены параллельно продольной оси трубопровода 1. Второй упомянутый выше элемент представляет собой изогнутую гибкую пластину 8, 8A, кривизна которой направлена перпендикулярно волнам первого элемента 7. Соединительное устройство 6 содержит два вторых элемента 8 и 8A, причем один из этих элементов жестко связан с холодным фланцем 4, а второй элемент 8A жестко связан с концевым фланцем 2, и оба этих вторых элемента соединены друг с другом при помощи первого промежуточного элемента 7. Все упомянутые выше элементы изготовлены из металла, в предпочтительном варианте реализации - из нержавеющей стали.

Упомянутая выше муфта из волнистого или гофрированного листа 7 деформируется в зависимости от изменений величины поперечного сечения трубопровода, связанных с тепловым расширением, и поглощает тангенциальные дифференциальные тепловые расширения, причем эти волны или гофры данной муфты позволяют ей деформироваться без расширения в тангенциальном направлении. Эти деформации могут быть неодинаковыми на противоположных краях данной муфты 7 и в этом случае упомянутая муфта принимает форму веера.

Гибкие изогнутые пластины 8 и 8A, в свою очередь, поглощают продольные дифференциальные тепловые расширения соединяемых участков трубопровода благодаря своей кривизне и изгибу, являющемуся результатом перемещения отдельных частей данного трубопровода и возможному вследствие их упругости.

В соответствии с представленным на приведенных в приложении фигурах способом практической реализации предлагаемого изобретения соединительное устройство 6 содержит два вторых элемента 8 и 8A, причем два этих элемента соединены друг с другом первым промежуточным элементом 7. Однако в соответствии с данным изобретением достаточно, чтобы это соединительное устройство 6 содержало первый элемент 7 и всего лишь один второй элемент 8 или 8A для того, чтобы обеспечить возможность полноценного выполнения функций данного устройства.

Такой компенсатор теплового расширения предназначен, в частности, для оборудования трубопроводов, обеспечивающих передачу горячих газов с выхода газовой турбины в котел утилизации тепловой энергии, причем различные участки этого трубопровода соединяются между собой соответственно при помощи предлагаемого компенсатора теплового расширения.

Формула изобретения

1. Компенсатор теплового расширения, соединяющий между собой концы двух трубопроводов (1, 1'), предназначенных для транспортировки горячей текучей среды, причем каждый из концов снабжен концевым фланцем (2, 2'), и содержащий муфту (3), образованную гибкой лентой, охватывающую примыкающие друг к другу концы трубопроводов и жестко связанную каждым своим краем с соответствующим фланцем на трубопроводе, называемым холодным фланцем (4, 4'), который жестко связан с устройством соединения в паз (5, 5') и с устройством удержания, жестко связанным, в свою очередь, с соответствующим участком трубопровода (1, 1'), и содержащий также соединительное устройство (6, 6'), связывающее концевые фланцы (2, 2') каждого трубопровода с соответствующим холодным фланцем (4, 4'), отличающийся тем, что соединительное устройство (6) содержит по меньшей мере два соединенных друг с другом элемента, называемых соответственно первым (7) и вторым (8) элементами, причем один из этих элементов жестко связан с холодным фланцем (4), а другой элемент жестко связан с концевым фланцем (2) соответствующего трубопровода, причем первый элемент (7) представляет собой муфту, изготовленную из гофрированного металлического листа, гофры которого направлены параллельно продольной оси данного трубопровода (1), а второй элемент (8) выполнен гибким и деформируемым в продольном направлении данного трубопровода (1).

2. Компенсатор по п.1, отличающийся тем, что второй элемент (8) представляет собой гибкую изогнутую металлическую пластину, направляющая криволинейной поверхности которой расположена в плоскости, ориентированной перпендикулярно плоскости расположения направляющей гофров муфты.

3. Компенсатор по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что соединительное устройство (6) содержит два вторых элемента (8, 8А), причем один из них (8) жестко связан с соответствующим холодным фланцем (4), а второй элемент (8А) жестко связан с концевым фланцем (2) соответствующего трубопровода, причем оба вторых элемента соединены один с другим при помощи расположенного между ними первого элемента (7).

4. Компенсатор по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что первый и второй элементы (7, 8, 8А) изготовлены из нержавеющей стали.

5. Трубопровод, предназначенный для отвода горячих газов с выхода газовой турбины в котел утилизации тепловой энергии, отличающийся тем, что он образован двумя трубопроводами (1, 1'), соединенными между собой при помощи компенсатора теплового расширения, выполненного согласно любому из пп.1 - 4.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2