Сильфонный компенсатор сдвиговых и угловых перемещений

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и используется в трубопроводах газонефтеперкачивающих станций. Компенсатор содержит два соединенных промежуточной трубой сильфона, концевые патрубки, соединяющий концевые патрубки разгрузочный элемент, который выполнен в виде регулируемой по длине тяги, расположенной внутри компенсатора вдоль его оси. Свободные концы тяги закреплены в сферических шарнирах, корпуса которых герметизированы и посредством радиальных ребер жестко соединены с концевыми патрубками. Поворотные оси сферических колец проходят через ось компенсатора и расположены в поперечном сечении, делящем сильфоны пополам. Внутри компенсатора установлен ограничитель сдвигового смещения. Изобретение расширяет арсенал технических средств. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к сильфонным компенсаторам сдвигово-поворотных перемещений, устанавливаемым в трубопроводных магистралях газонефтеперекачивающих станций.

Одним из основных вопросов, которые приходится решать при проектировании сильфонных компенсаторов наряду с расчетом прочности и долговечности сильфонов, определением геометрических параметров сильфонов, определяющих оптимальное значение основных рабочих характеристик, является изыскание разгрузки сильфона от действия распорных сил, обусловленных давлением транспортируемой среды.

В системах трубопроводов большого диаметра, предназначенных для перекачки газо-нефтепродуктов при больших расходах и давлениях, широко применяются компенсаторы угловых и сдвигово-угловых перемещений. Они включают узлы, исключающие или ограничивающие осевые перемещения концевых патрубков компенсатора и обеспечивающие восприятие распорных усилий и разгрузку сильфонов от их действия.

Совершенствование этих компенсаторов осуществляется за счет оптимизации конструкций поворотных узлов и их размещения относительно сильфонов (снаружи или внутри него), реализации технических решений, обеспечивающих взаимный угол поворота и сдвиговое смещение противоположных частей компенсатора без потери устойчивости сильфонов.

Предшествующий уровень техники

Известен сильфонный компенсатор для трубопроводов, включающий сильфон с облицовкой и фланцами и разгрузочное устройство, которое выполнено в виде бесконечного троса, установленного в направляющих роликах, размещенных в пазах фланцев (см. авт. свид. СССР № 414455, МКИ F 16 L 51/02, 1974 г.).

Данный компенсатор способен одновременно воспринимать как сдвиговые, так и угловые перемещения.

Однако он не рассчитан на восприятие значительных распорных нагрузок из-за ослабления троса. Его недостаток состоит в том, что в процессе эксплуатации происходит растяжение троса, которое приводит к снижению работоспособности разгрузочного устройства и к потере устойчивости сильфона. Это техническое решение принимаем за аналог заявляемого решения.

Известен сильфонный компенсатор, компенсирующий перекосы и смещения осей трубопроводов (см. авт. свид. СССР №525834, МКИ F 16 L 51/02, 1976 г.) Этот компенсатор содержит два сильфона, расположенные между разгрузочными тягами, проходящими через упоры, в которых установлены пространственные шарниры в виде шаров с отверстиями под разгрузочные тяги.

Указанный компенсатор способен компенсировать сдвиговые перемещения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и незначительные угловые перемещения. Силовые тяги, установленные снаружи компенсатора, придают ему большие диаметральные габариты и утяжеляют его массу. Это изобретение принимаем за аналог заявляемого изобретения.

Известен также сильфонный компенсатор, состоящий из двух сильфонов с концевыми фланцами и тяги, расположенных снаружи компенсатора, при этом тяги соединены с фланцами через шарнирные пары (см. патент ФРГ № 29035706, МКИ F 16 L 27/02, 1980 г.). Указанный компенсатор способен компенсировать сдвиговые перемещения в одной плоскости, не допуская угловых перемещений. Компенсатор имеет значительные диаметральные габариты и повышенную массу. Это техническое решение является аналогом предлагаемого изобретения.

Патент Великобритании № 1450555, НКИ F 2 G, 1972 г. выдан на сильфонный компенсатор, в котором два сильфона соединены проставочной трубой и снабжены концевыми фланцами, которые соединены тягами, расположенными снаружи компенсатора, при этом тяги выполнены в виде трех стержней, равномерно расположенных по окружности фланцев.

Компенсатор обеспечивает сдвиговые перемещения по всей плоскости сдвига в пределах упругой деформации стержней.

Недостатком конструкции такого компенсатора является то, что в процессе сдвиговых смещений происходит неравномерное распределение нагрузок в тягах. При этом наиболее напряженные тяги, получив дополнительные нагрузки, могут быть перегружены и выйти из строя.

При этом выход из строя одной тяги приводит к выходу из строя остальных тяг, что приводит к потере устойчивости сильфонов. Этот компенсатор является аналогом заявляемого изобретения.

Прототипом заявляемого изобретения является сильфонный компенсатор по авторскому свидетельству СССР №1305490, МКИ F 16 L 51/02, 1987 г. Компенсатор содержит два сильфона, соединенных промежуточной трубой, концевые патрубки и тяги, шарнирно соединенные с карданом (универсальным шарниром), установленным снаружи концевых патрубков.

Компенсатор способен компенсировать угловые перемещения концевых патрубков в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и сдвиговые смещения в одной плоскости.

Наличие шарниров и тяг, установленных снаружи компенсатора, существенно утяжеляет и усложняет его конструкцию.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание компенсатора сдвигово-поворотных перемещений малой жесткости при обеспечении перемещений по всей плоскости сдвига, а также выполнение компенсатором угловых перемещений.

Технический результат состоит в упрощении конструкции компенсатора и в снижении его габаритно-массовых характеристик.

Эта задача решена за счет того, что в компенсаторе, содержащем два сильфона, соединенных промежуточной трубой, концевые патрубки, разгрузочное устройство, соединяющее концевые патрубки, согласно изобретению разгрузочное устройство выполнено в виде одной регулируемой по длине тяги, расположенной внутри компенсатора вдоль его оси, свободные концы которой закреплены в сферических шарнирах, корпуса которых посредством радиальных ребер жестко соединены с концевыми патрубками, при этом поворотные оси сферических колец проходят через ось компенсатора и расположены в поперечном сечении, делящим сильфоны пополам, причем регулируемая по длине тяга выполнена из двух стержней, соединенных гайкой с правой и левой резьбами, при этом соединяемые концы этих стержней выполнены также с правой и левой резьбами соответственно, а свободные концы этих стержней снабжены упорами.

Отличием является то, что корпуса сферических шарниров герметизированы, с одной стороны, с помощью крышек, а с другой стороны - с помощью сильфона, коаксиально расположенного относительно регулируемой тяги, при этом один конец сильфона приварен к корпусу шарнира, а другой - приварен к втулке, размещенной на регулируемой тяге между гайкой и сферическим кольцом, а также то, что внутреннее пространство между сферическим кольцом и крышкой заполнено смазкой.

Кроме того, отличием является то, что внутри компенсатора установлен ограничитель сдвигового смещения, который выполнен в виде втулки, концентрично установленной относительно регулируемой тяги и жестко прикрепленной к промежуточной трубе, причем между втулкой и регулируемой тягой образован радиальный зазор.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлен продольный разрез компенсатора, на фиг.2 - то же в смещении в сдвиговой плоскости.

Пример реализации изобретения

Сильфонный компенсатор состоит из двух сильфонов 1 и 2, соединенных между собой промежуточной трубой 3. Для установки компенсатора в трубопровод в нем имеются приваренные к сильфонам концевые патрубки 4 и 5'. Силовая связь двухконцевых патрубков 4 и 5 осуществляется с помощью регулируемой по длине тяги 6, расположенной внутри компенсатора вдоль его оси O₁-O₁. Свободные концы тяги 7 и 8 - в сферических шарнирах 9 и 10, которые установлены в корпусах 11 и 12. Корпуса шарниров посредством радиальных ребер 13 и 14 жестко, посредством сварки, соединены с концевыми патрубками 4 и 5 соответственно.

Поворотные оси O₂-O₂ и О₃-О₃ сферических шарниров проходят через ось O₁-O₁ компенсатора и расположены в поперечном сечении, делящем сильфоны пополам.

Регулируемая тяга 6 выполнена в виде двух стержней 15 и 16, например, круглого сечения, соединенных гайкой 17 с правой и левой резьбами. На концах 18 и 19 этих стержней также имеется правая и левая резьбы соответственно. Противоположные концы указанных стержней снабжены упорами 20 и 21 и опираются на сферические кольца 22 и 23 сферических шарниров 9 и 10. Сферические шарниры 9 и 10, кроме того, содержат сферические обоймы 24 и 25, установленные в корпусах 11 12. Осевое смещение обойм в корпусах шарниров предотвращается с помощью кольцевых буртов 26 и 27. Со стороны свободных концов тяги сферические шарниры закрыты крышками 28 и 29, имеющими штуцера 30 и 31 и пробки 32 и 33. Цилиндрические участки указанных крышек закреплены в корпусе шарниров и их торцы упираются в торцы 34 и 35 обойм 24 и 25 и фиксируют эти обоймы от осевого смещения. Полости 36 и 37 между торцевыми поверхностями сферических колец и крышками заполнены смазкой. Это позволяет уменьшить трение поворотных элементов шарниров.

С противоположной стороны по отношению к свободным концам стержней торцы сферических опор загерметизированы с помощью сильфонов 38 и 39. При этом, одни концы 40 и 41 сильфонов приварены к корпусам 11 и 12 шарниров, а другие концы 42 и 43 приварены к втулкам 44 и 45, установленным на стержнях 15 и 16 тяги 6 между гайкой 17 и сферическими кольцами 22 и 23. Такое решение исключает загрязнение сферических шарниров в магистралях, по которым транспортируются газо-нефтепродукты, содержащие песок, смолы и т.п.

Наличие смазки в сферических опорах позволяет уменьшить трение в поворотных частях шарнира и тем самым повысить ресурс компенсатора.

Для ограничения предельно-допустимых перемещений (сдвиговых) концевых патрубков компенсатора внутри компенсатора установлена втулка 46. Втулка с помощью радиальных ребер 48 жестко закреплена к промежуточной трубе 3. Между внутренней поверхностью втулки и внешней поверхностью гайки 17 установлен гарантированный радиальный зазор “δ”, величина которого подбирается из условия обеспечения сдвиговых смещений на требуемую величину без потери устойчивости сильфонов. Средняя часть этой втулки расположена в сечении, делящим промежуточную трубу пополам.

Величина λ (фиг.2) сдвиговых смещений концевых патрубков зависит от длины L₁ сильфонов и пропорциональна длине L₂ промежуточной трубы. Размещение разгрузочного устройства внутри компенсатора несколько загромождает его проходное сечение, но существенно сокращает диаметральные габариты и снижает его массу.

Работа устройства

Сильфонный компенсатор работает по схеме поворотной компенсации изменения длины трубопровода. При этом его концевые патрубки 4 и 5, смещаясь в радиальном направлении на величину λ (2λ) [фиг.2], сохраняют относительную параллельность своих осей (ось O₁-O₁ параллельна оси O₁'-O₁').

Так как тяга 7 установлена в сферических шарнирах 9 и 10, корпуса 11 и 12 которых жестко соединены с концевыми патрубками 4 и 5, она не имеет возможности произвольного осевого смещения, а поворачивается в шарнире 9(10) на угол α относительно оси O1-O1 компенсатора. Следовательно, сильфоны 1 и 2 при работе компенсатора подвергаются одинаковой деформации, не зависящей от осевой жесткости сильфонов.

Распорные усилия, действующие внутри трубопровода, воспринимаются тягой 7 и они не передаются на сильфоны 1 и 2, что облегчает условия их работы.

Промышленная применимость

Заявленный сильфонный компенсатор сдвигово-поворотных перемещений малой жесткости может использоваться для любых сред и их параметров, при этом наибольший эффект будет достигнут при использовании в трубопроводных магистралях больших проходных сечений и высоких давлений.

1. Сильфонный компенсатор сдвиговых и узловых перемещений, включающий два сильфона, соединенных промежуточной трубой, концевые патрубки, разгрузочный элемент, соединяющий концевые патрубки, отличающийся тем, что разгрузочный элемент выполнен в виде одной регулируемой по длине тяги, расположенной внутри компенсатора вдоль его оси, свободные концы которой закреплены в сферических шарнирах, корпуса которых посредством радиальных ребер жестко соединены с концевыми патрубками, при этом поворотные оси сферических колец проходят через ось компенсатора и расположены в поперечном сечении, делящем сильфоны пополам.

2. Сильфонный компенсатор по п.1, отличающийся тем, что регулируемая по длине тяга выполнена из двух стержней, соединенных гайкой с правой и левой резьбами, при этом соединяемые концы этих стержней выполнены также с правой и левой резьбами соответственно, а свободные концы этих стержней снабжены упорами.

3. Сильфонный компенсатор по п.1, отличающийся тем, что корпуса сферических шарниров герметизированы, с одной стороны, с помощью крышек, а с другой стороны - с помощью сильфона, коаксиально расположенного относительно регулируемой тяги, при этом один конец сильфона приварен к корпусу шарнира, а другой приварен к втулке, размещенной на регулируемой тяге между гайкой и сферическим кольцом.

4. Сильфонный компенсатор по п.3, отличающийся тем, что внутреннее пространство между сферическим кольцом и крышкой заполнено смазкой.

5. Сильфонный компенсатор по п.1, отличающийся тем, что внутри компенсатора установлен ограничитель сдвигового смещения, который выполнен в виде втулки, концентрично установленной относительно регулируемой тяги и жестко прикрепленной к промежуточной трубе, причем между втулкой и регулируемой тягой образован радиальный зазор.