Труботранспортный комплекс
Изобретение относится к трубопроводному транспорту, эксплуатируемому в условиях неблагоприятных воздействий природного и техногенного характера. Силовые перекачивающие системы комплекса выполнены в виде агрегированных насосно-компрессорных установок, виброизолированных от фундамента и сбалансированных. Комбинированная система жестких и гибких основных и вспомогательных трубопроводов выполнена в виде комплексного устройства, содержащего стыковые элементы - многослойно армированные безраспорные эластичные гибкие патрубки, установленные в местах вероятного возникновения вибрационных и смещающих нагрузок. Между двигателями и насосами установлены упругоэластичные муфты. Между фундаментом и насосно-компрессорными блоками, а также между фундаментом и опорами трубопровода установлены выполненные в виде пневматических амортизаторов пониженной и/или повышенной грузоподъемности опорные элементы. Труботранспортный комплекс снабжен системой безопасного штатного и аварийного запуска/остановки. Повышает надежность и безопасность работы труботранспортного комплекса. 19 з.п. ф-лы, 12 ил.
Изобретение относится, преимущественно к нефтегазодобывающей промышленности, конкретно - к специализированным трубопроводным транспортным комплексам (далее - труботранспортным комплексам, сокращенно ТТК), эксплуатируемым в сложных техногенных, сейсмических и геолого-климатических условиях, а именно - подверженных совмещенному одновременному длительному неконтролируемому резонансному внутреннему и внешнему техногенному вибрационному, сейсмическому и знакопеременному циклическому геолого-климатическому воздействию. В состав специализированного ТТК входят, во-первых, специализированные силовые перекачивающие системы, выполненные в виде насосно-компрессорных установок, агрегированных в единые виброизолированные от фундамента и специально сбалансированные на общей раме технологические блоки; во-вторых, комбинированная специализированная система жестких и гибких основных и вспомогательных трубопроводов; в-третьих, система совмещенной комплексной вибрационно-компенсационной защиты от техногенных внутренних и внешних вибрационных и знакопеременных циклических климатическо-геологических и сейсмических воздействий, выполненная в виде комплексного специализированного устройства, содержащего стыковые элементы, а именно - многослойно армированные по функциональному алгоритму безраспорные эластичные гибкие патрубки, установленные в местах вероятного возникновения вибрационных и смещающих нагрузок; силовые передаточные элементы, выполненные в виде упругоэластичных муфт и установленные между двигателями и насосами и опорные элементы, выполненные в виде пневматических амортизаторов пониженной и/или повышенной грузоподъемности, установленные между фундаментом и насосно-компрессорными блоками, а также - между фундаментом и опорами трубопровода.
Кроме того, изобретение может быть использовано в любой другой промышленности, особенно там, где требуется обеспечить повышение устойчивости функционирования (живучести) техногенного оборудования в широком диапазоне неблагоприятных воздействий природного и техногенного характера, например - в сейсмоопасных и климатически нестабильных зонах для транспортировки трубопроводным транспортом экологически агрессивного технологического сырья, готовой продукции и отходов, например: льда, воды, пара, сжиженных газов, водопесчаных и водоторфяных смесей, фекальных отходов и других разнородных гелеобразных специфических трудно транспортируемых материалов.
Заявителем не найдены аналоги заявляемого изобретения, в которых были бы известны технические решения, направленные на обеспечение надежной и безаварийной эксплуатации труботранспортного комплекса, эксплуатируемого в сложных техногенных, сейсмических и геолого-климатических условиях.
Обзор известных информационных источников показывает, что все известные аналоги строительства и эксплуатации ТТК включают в себя мероприятия, направленные на повышение материалоемкости, монолитности фундаментов и, в конечном итоге, - на увеличение материальных затрат, а следовательно, ориентированных на снижение экономической эффективности. Обзор российских патентных источников показывает, что в последние годы складывается опасная тенденция наращивания техногенного вибрационного воздействия (особенно внутреннего) на перекачивающую труботранспортную техногенную систему в погоне за кажущимся локальным положительным эффектом - повышением возможности транспортировки вязких и неоднородных нефтепродуктов.
Это видно из российских патентов: №2117187 "Способ концентрации и передачи энергии в различных средах" (F15D 1/00, F17D 1/20) и №2117828 "Устройство для ускорения потока текучей среды" (F15D 1/02, F17D 1/18).
Известны конструктивные решения, позволяющие оптимизировать параметры фундаментов турбомашин в соответствии с учетом их вибрационных характеристик: №2134744 "Фундамент под турбоагрегат" (Е02D 27/44) и компенсирующие опоры для трубопроводов: №2124668 "Опора трубопровода" (F16L 3/205).
Известен конструктивный опорный элемент, выполненный в виде винтовых стержней с гайками: №2117109 "Фундамент зданий, сооружений, возводимых на неравномерно деформируемых основаниях" (Е02D 35/00).
Известен компенсационный конструктивный элемент, выполненный в виде домкратов для компенсации возникающих знакопеременных перемещений между опорой и трубопроводом: №2064554 (Е02D 27/35).
Известен также способ расчета оптимальных параметров турбомашин, используемых для перекачки нефтепродуктов: СНиП 2.02.05-87 "Фундаменты машин с динамическими нагрузками", стр.11-12. По этому способу сначала производят сбор исходных параметров, далее - выбирают конструктивные схемы фундаментов в зависимости от характеристик турбомашин, несущих и деформационных свойств грунтов основания, при этом несущие свойства грунтов оснований определяют по результатам полевых испытаний длительно действующими динамическими нагрузками.
Основным недостатком известных технических решений является низкая эксплуатационная надежность, непригодность и невыгодность эксплуатации в сложных техногенных, сейсмических и геолого-климатических условиях, ограниченность и уязвимость функциональных возможностей конструктивных элементов, что приводит к существенным неоправданным материальным затратам.
Известные конструктивные элементы защиты от вибраций и перемещений используются локально и разрозненно, без учета совместного взаимодействия и взаимовлияния, что, в конечном итоге, может привести не к устранению, а к усугублению неблагоприятных условий эксплуатации. В реальной жизни, труботранспортный комплекс работает как единое техногенное устройство, подвергающееся суммарному одномоментному воздействию непредсказуемых и трудно контролируемых техногенных, сейсмических и природно-климатических причин. При этом внутренние и внешние источники вибраций и смещений, воздействующие одновременно в разных пунктах труботранспортной системы, передаваясь через жестко-упругий материал конструктивных элементов, приводят к неконтролируемым резонансным вибрациям, которые, в свою очередь, являются источником сверхнормативного шума и в последующем - причиной снижения всех эксплуатационных параметров, вплоть до аварийных непредсказуемых техногенных ситуаций. В добавление к этому, в реальных условиях эксплуатации, техногенные вибрационные причины снижения эксплуатационной надежности системы многократно усиливаются природно-геологическими, особенно сейсмическими, непредсказуемо трудноконтролируемыми причинами. Кроме того, известные способы расчетов оптимальных параметров опорных элементов турбомашин сложны, трудоемки, требуют сложных опытных проверок и трудоемких отладок и не учитывают непрогнозируемые реальные режимы работы техногенного, излучающего вибрацию оборудования, которое необходимо по нормативным требованиям устанавливать только лишь на надежный стабилизированный фундамент.
Известные эластичные патрубки, эластичные муфты « и эластичные амортизаторы не могут быть использованы для комплексной вибрационной и компенсационной защиты труботранспортного комплекса из-за высоких давлений и коррозии эластичных материалов. В крайнем случае, ими можно воспользоваться только после трудоемких опытно-экспериментальных подборок и подгонок. Однако и в этом случае возникают проблемы обеспечения эксплуатационной надежности, долговечности, оперативности ремонта, универсальности, индустриализации производства и ремонта конструктивных элементов комплексной вибрационной и компенсационной защиты труботранспортного комплекса.
В сложных природно-климатических, сейсмических и геологических условиях эксплуатации, непредсказуемо вибрирующая техногенная система ведет себя, как разрушающий все, к чему прикоснется, вибрационный инструмент, тем самым нарушается экология окружающей среды, снижается несущая способность и без того слабых грунтов, на которые опираются конструктивные элементы системы. Все вышеперечисленное приводит, в конечном итоге, к следующему. Во-первых, нарушается ориентация всего ТТК в пространстве и времени из-за непредсказуемого суммарного поведения естественного основания и вибрирующей (как правило, в опасном резонансном режиме) сложной техногенной системы. Во-вторых, весь ТТК оказывает экологически опасное воздействие на окружающую среду и здоровье обслуживающего персонала. В-третьих, резко снижается эксплуатационная надежность и эксплуатационный ресурс ТТК, особенно при эксплуатации в сложных природно-климатических, сейсмических и геологических условиях. В-четвертых, резко увеличиваются затраты на устройство мощных искусственных фундаментов и оснований, предписываемых нормативными документами. В-пятых, резко сокращается межремонтный эксплуатационный срок при одновременном увеличении сроков и повышении трудоемкости ремонта (снижается оперативность ремонта), а сам ремонт превращается в постоянно-хроническую трудоемкую и дорогостоящую ликвидацию техногенных и природных инцидентов, аварий и катастроф и устранение экологических трудно восполняемых катастрофических материальных и моральных потерь и последствий.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известное техническое решение-прототип, изобретенное и реализованное заявителем настоящего изобретения в 2001 году и описанное в патенте Российской Федерации №2207468 "Способ, устройство и его конструктивные элементы для совмещенной комплексной защиты нефтегазоперекачивающей системы, эксплуатируемой на вечномерзлых, болотистых и слабых неконсолидированных грунтах от техногенных внутренних и внешних вибрационных и знакопеременных циклических климатическо-геологических воздействий" (F16L 51/00; 09.04.2001). Использование технического решения, приведенного в прототипе, не имеющем аналогов, позволяет построить и запустить, причем - впервые в мировой практике, в эксплуатацию специализированный труботранспортный комплекс, в какой-то незначительной мере пригодный для эксплуатации в сложных технологических, природно-климатических, сейсмических и геологических условиях. Однако экспериментальная проверка известного специализированного ТТК, содержащего все признаки прототипа, показала следующие недостатки. В известном техническом решении-прототипе совершенно не учтен важный и неизбежный технологический режим эксплуатации, а именно - момент штатного и аварийного запуска/остановки, что приводит к недопустимым резким однобоким лавинообразным перекосам всей группы опорных элементов и далее - к запредельным смещениям стыковых конструктивных элементов. Все это повышает вероятность технологической аварии всего ТТК. Кроме того, эксплуатационная практика показала отсутствие надежности стыковых конструктивных элементов в местах крепления патрубка к фланцам.
Кроме того, опытная проверка показала отсутствие надежности и низкий эксплуатационный ресурс работы силового передаточного конструктивного элемента - высокоэластичной фигурной муфты.
Известная муфта не пригодна для работы с высоко оборотистыми высокопроизводительными двигателями, а это существенно снижает диапазон ее функциональных параметров. Кроме всего этого практически все конструктивные элементы известного ТТК из-за своих конструктивных особенностей имеют большие габаритные размеры, а их детали спроектированы и изготовлены по индивидуальным чертежам, что затрудняет ремонт и повышает стоимость изготовления, наладки и эксплуатации всего комплекса в целом. Большие габариты компонентов технологического оборудования создают проблемы транспортировки их к месту монтажа, а также проблемы оперативной замены в аварийной ситуации.
По прототипу, все конструктивные элементы для устройства, осуществляющего способ совмещенной комплексной вибрационно-компенсационной защиты труботранспортной системы, делятся на три группы, отличающиеся своими требуемыми функциональным параметрами.
К первой группе, по своей важности и степени уязвимости, относятся стыковые конструктивные элементы (совмещенное гашение внутренних техногенных вибраций и компенсация сейсмических и геолого-климатических перемещений). Ко второй группе относятся опорные конструктивные элементы (совмещенное гашение внутренних и внешних техногенных и сейсмических вибраций и компенсация геолого-климатических перемещений).
К третьей группе относятся силовые передаточные конструктивные элементы (гашение техногенных вибраций, возникающих в насосно-компрессорном модуле).
Известный стыковой конструктивный элемент содержит патрубок с переходными фланцами, фиксирующими и силовыми несущими кольцами, соединенными крепежными болтами с многослойно армированными эластичными элементами, защитный кожух и выполнен в виде эластичного без распорного многослойно армированного по функциональному алгоритму патрубка, причем края эластичных трубчатых элементов патрубка выполнены вывернутыми на внешнюю сторону патрубка и плавно огибающими силовые несущие кольца, внутренний контактно-несущий слой патрубка выполнен из материала, устойчивого к коррозии от нефтепродуктов, а внешний покровный слой патрубка выполнен из морозостойкого материала, при этом защитный кожух выполнен в виде отрезка трубы, один конец которой закреплен на фланце, соединяющем патрубок с трубопроводом, а другой конец закреплен на независимой от насосного агрегата опоре.
Основным недостатком известного конструктивного стыкового элемента является низкая эксплуатационная надежность, особенно в момент пиковых нагрузок и резких ударных смещений. В месте крепления многослойного патрубка к фланцам чаще всего происходит аварийный разрыв. Особенно опасна зона перехода фланец/патрубок, где возникают недопустимые сдвиговые напряжения.
Недостатком прототипа также является низкая эксплуатационная надежность и небольшой эксплуатационный ресурс, особенно при повышенных рабочих давлениях в широком диапазоне изменяющихся технологических и климатических параметров. Недостатком прототипа является низкая герметизация стыковых соединений.
Кроме того, недостатком прототипа является низкая технологичность, сложность и дороговизна изготовления стыкового конструктивного элемента. Недостатком прототипа является повышенная материалоемкость (металлоемкость).
Кроме того, недостатком прототипа является технологическая сложность монтажа при изготовлении патрубка с многослойной резинокордной оболочкой при значительном разбросе требуемых физико-технических характеристик материала внешних и внутренних слоев эластичной оболочки и различии их геометрических, эластичных и других параметров.
Кроме того, для достижения требуемых технологических параметров необходимо решить следующее техническое противоречие, а именно: для выполнения своей основной функции патрубок должен обладать соответствующей гибкостью и подвижностью, а для надежной работы при больших давлениях соответствующей жесткостью.
В прототипе эта задача решается только за счет увеличения толщины слоев патрубка, что соответственно приводит к увеличению размеров крепежных фланцев, усложнению конструкции стыкового элемента, повышению материалоемкости и, в конечном итоге, - к удорожанию работ. Именно эти причины, в комплексе с другими, препятствуют получению технического результата, который обеспечивается заявляемым изобретением.
Известный силовой передаточный конструктивный элемент содержит муфту, собранную из фланцев, эластичного фигурного передаточного элемента, помещенного в защитный кожух, причем высокоэластичная муфта выполнена фигурной формы с регулируемой жесткостью передающего крутящего момента, эластичный фигурный передаточный элемент муфты выполнен в виде выпуклой торообразной высокоэластичной оболочки, а защитный кожух - в виде двух установленных с зазором между собой жестких чашеобразных элементов, закрепленных на фланцах.
Основным недостатком известного конструктивного силового передаточного элемента является его ограниченность применимости для высокооборотистых высокопроизводительных двигателей, что существенно снижает эксплуатационные характеристики всего ТТК.
Кроме того, в конструкции известного силового передаточного элемента используются сложные для изготовления детали больших габаритных размеров. Кроме того, при большой номенклатуре и разнообразии используемых в нефтегазоперекачивающем комплексе двигателей с широким диапазоном рабочих характеристик, возникает необходимость в изготовлении соответствующего широкого ряда номенклатуры требуемых силовых передаточных элементов, что, в конечном итоге, снижает экономическую эффективность.
Именно эти причины, в комплексе с другими, препятствуют получению технического результата, который обеспечивается заявляемым изобретением.
Известный опорный конструктивный элемент выполнен в двух вариантах: повышенной и пониженной грузоподъемности. Конструктивный опорный элемент содержит амортизаторы пониженной и/или повышенной грузоподъемности, собранные каждый - из корпуса, эластичной пневматической камеры, крепежных болтов и опорно-контактных элементов. Причем опорные элементы выполнены в виде эластичных пневматических амортизаторов с фиксированным пониженным или повышенным диапазоном грузоподъемности, при этом перекачивающие агрегаты и силовые двигательные установки выполнены жестко агрегированными в единый блок на общей раме, а грузоподъемность, количество и места установок опорных пневматических амортизаторов, поддерживающих каждый индивидуальный агрегированный силовой блок и/или каждую индивидуальную опору трубопровода, выполнены в соответствии с условием совмещения центра масс агрегируемого силового блока с суммарным центром жесткости опорной вибрационной защиты.
Кроме того, корпус амортизатора пониженной грузоподъемности выполнен колоколообразной формы, эластичная пневматическая камера размещена в корпусе, а верхний опорно-контактный элемент выполнен в виде винта с регулируемым по высоте опорным кольцом.
Кроме того, корпус амортизатора повышенной грузоподъемности выполнен совмещенным с эластичной пневматической камерой с волнистой боковой поверхностью бочкообразной фигурной формы с зауженной центральной частью, в которой установлено фиксирующее кольцо, а верхний опорно-контактный элемент выполнен в виде винта с регулируемым по высоте опорным кольцом. Основным недостатком известного опорного конструктивного элемента является отсутствие возможности противостоять пиковым нагрузкам и опасным перемещениям, возникающим при неизбежном эксплуатационном режиме, а именно - штатном или аварийном запуске/остановке ТТК.
Кроме того, амортизаторы повышенной и пониженной грузоподъемности отличаются своей конструкцией друг от друга и имеют большие габариты, что снижает экономическую эффективность.
Индивидуальная настройка каждого амортизатора при его повышенной высоте, также создает технологические трудности монтажа, эксплуатации и ремонта всего ТТК в целом.
Именно эти причины, в комплексе с другими, препятствуют получению технического результата, который обеспечивается заявляемым изобретением.
В итоге, основным недостатком всего устройства-прототипа и всего специализированного ТТК, в котором оно используется, является низкая эксплуатационная надежность отдельных специализированных конструктивных элементов и всей защитной системы в целом, что существенно сокращает эксплуатационный ресурс (живучесть) и снижает экономическую эффективность.
Особенно это касается двух критических моментов эксплуатации: штатный и/или аварийный запуск/остановка ТТК, когда при резкой пиковой нагрузке конструктивные опорные элементы не способны противостоять неизбежному ударному режиму работы.
По этой неизбежной причине, все амортизаторы в группе в один и тот же момент (практически - мгновенно, примерно - в течение 20 секунд) занимают самое наихудшее положение из всех возможных позиций, при котором с одной стороны силового блока все амортизаторы сжаты, а с другой стороны - растянуты.
Силовой блок резко (ударно) смещается за пределы допустимого диапазона, что приводит к обрыву патрубков и к аварийной ситуации. К недостаткам относятся: большие габаритные размеры, нерациональность и повышенная материалоемкость силовых передаточных и опорных конструктивных элементов, конструктивная сложность и трудоемкость изготовления и запуска, как отдельных конструктивных элементов, так и всей совмещенной комплексной виброкомпенсационной защиты известного ТТК. Кроме того, многие детали конструктивных элементов устройства не унифицированы, изготовлены не по модульным, а по особым проектам, что исключает их взаимозаменяемость и универсальность, снижает ремонтопригодность и оперативность устранения аварийных ситуаций, что в конечном итоге приводит к существенным экономическим, материальным и психологическим затратам всего коллектива, эксплуатирующего ТТК. Именно все эти вышеперечисленные причины, влияющие комплексно на весь известный ТТК в общей своей совокупности, препятствуют получению технического результата, который обеспечивается заявляемым изобретением, а именно препятствуют повышению устойчивости функционирования (живучести) специализированного ТТК в широком диапазоне неблагоприятных воздействий природного и техногенного характера.
Общей задачей изобретения является повышение устойчивости функционирования (живучести) специализированного труботранспортного комплекса в широком диапазоне неблагоприятных совместных воздействий природного и техногенного характера. Локальными задачами изобретения являются: во-первых, обеспечение надежности работы труботранспортного комплекса в неизбежном эксплуатационном режиме «запуск/остановка»; во-вторых, повышение надежности работы стыковых, силовых передаточных и опорных конструктивных элементов, при одновременном снижении их габаритных размеров; в-третьих, упрощение монтажных, наладочных, эксплуатационных, ремонтных и демонтажных технологических операций; в-четвертых, расширение диапазона функциональных эксплуатационных параметров (расширение номенклатуры, увеличение объема и скорости транспортируемого продукта при одновременном повышении эксплуатационной безопасности, расширение диапазона природно-климатических и сейсмических ограничений нормативного режима эксплуатации и другое).
Указанный технический результат достигается тем, что труботранспортный комплекс, содержащий насосно-компрессорные установки, агрегированные на общей раме в единые сбалансированные технологические блоки, систему основных и вспомогательных трубопроводов и систему вибрационно-компенсационной защиты, выполненную в виде устройств, содержащих:
безраспорные эластичные гибкие патрубки, эластичные слои которых закреплены в фигурных пазах-канавках переходных фланцев, а внутренний контактно-несущий слой патрубков выполнен из материала, устойчивого к коррозии от транспортируемого продукта, внешний покровный слой - из теплоизоляционного материала, крепежные элементы, соединяющие фланец с патрубками, выполнены в виде фиксирующих и силовых несущих колец, при этом края патрубка вывернуты на внешнюю сторону и плавно огибают силовые несущие кольца;
упругоэластичные силовые передаточные элементы, установленные между двигателями и насосами, содержащие высокоэластичную фигурную муфту с регулируемой жесткостью передачи крутящего момента, собранную из ведущей и ведомой полумуфт и фигурного передаточного элемента с высокоэластичной оболочкой;
выполненные в виде пневматических амортизаторов пониженной и/или повышенной грузоподъемности опорные элементы, содержащие амортизационную эластичную камеру, соединенную с опорно-контактными элементами, снабженными винтами с регулируемыми по высоте опорными кольцами, с изменяемым диапазоном грузоподъемности, установленные под каждый агрегированный на общей раме силовой насосно-компрессорный блок и/или под индивидуальные опоры трубопровода. Новым в изобретении является то, что труботранспортный комплекс снабжен системой безопасной аварийной остановки, выполненной в виде ограничителя рабочего хода опорного элемента и размещенного в центральной внутренней его части, каждый переходной фланец стыкового конструктивного элемента дополнительно снабжен защитным удлинителем крепежной зоны, выполненным в виде стакана с переменной по толщине фигурной стенкой, фигурный паз фланца выполнен в виде одной, закрепляющей все слои одновременно, или в виде нескольких, закрепляющих послойно, кольцевых пазов-канавок с шероховатой внутренней поверхностью, расположенных на внешней поверхности фланцевого стакана-удлинителя, фиксирующее кольцо патрубка выполнено в виде проволочных проклеенных между собой обмоток, утопленных в фигурных пазах фланца, каждый пакет слоев, закрепляемых в одном фигурном пазе-канавке, дополнительно закреплен проволочной обмоткой с перекрытием рабочей зоны на величину, превышающую на 5% общую длину фланца; фигурный элемент силового передаточного конструктивного элемента выполнен из набора модульных фрагментарно-кольцевых элементов, изготовленных из упругого материала, внутри каждого фрагментарно-кольцевого элемента выполнены одна или несколько пар ведущих и ведомых фигурных лопаток-лопастей, закрепленных соответственно: одна из каждой пары - на ведомой, а другая из той же пары - на ведущей полумуфтах; корпуса амортизаторов выполнены в виде плоских дисков с выпуклой резинокордной боковой оболочкой, в центральной части которой установлен штуцер для подключения амортизатора к единой пневматической или гидравлической дополнительной виброгасящей системе, устройство аварийной блокировки выполнено в виде диска, расположенного внутри дискового корпуса параллельно верхнему и нижнему его основаниям и закрепленного на оси верхнего штока амортизатора и отбойников-ограничителей, установленных с заданными зазорами от поверхности диска по обе его стороны с жестким закреплением к нижней опорной части амортизатора, причем стыковые, силовые передаточные и опорные элементы выполнены из модульных унифицированных деталей.
Технический результат достигается также тем, что гибкая рабочая зона патрубка дополнительно снабжена подвижными жесткими обжимными кольцами, отношение суммарной длины свободных гибких рабочих зон патрубка к суммарной длине дополнительных подвижных обжимных и неподвижных жестких крепежных зон, выполнено равным не менее 0,618, при этом протяженность каждой дополнительной подвижной обжимной зоны и расстояние между каждыми смежными обжимными зонами выполнены отличными друг от друга.
Технический результат достигается также тем, что фигурная стенка удлинителя крепежной зоны фланца выполнена с конусообразным сгоном в сторону гибкой зоны патрубка и с углом наклона внешней стенки в диапазоне от 7 до 18 градусов, причем фигурный паз-канавка фланца выполнен с шириной канавки, равной не менее 10Т, минимальная глубина паза-канавки выполнена равной не менее 4Т, максимальная глубина - не более 8Т, где Т - суммарная толщина пакета закрепляемых в одном пазе-канавке слоев.
Технический результат достигается также тем, что фигурный паз-канавка в поперечном сечении выполнен в форме «ласточкиного хвоста».
Технический результат достигается также тем, что фигурная стенка удлинителя крепежной зоны фланца выполнена сборно-разборной из нескольких кольцевых модульных элементов, изготовленных из материалов с различным модулем жесткости.
Технический результат достигается также тем, что фигурная стенка удлинителя крепежной зоны фланца выполнена с бочкообразной внешней поверхностью.
Технический результат достигается также тем, что лопатки-лопасти выполнены цилиндрическими.
Технический результат достигается также тем, что лопатки-лопасти выполнены коническими.
Технический результат достигается также тем, что лопатки-лопасти выполнены сферическими.
Технический результат достигается также тем, что лопатки-лопасти выполнены с внутренними полостями, заполненными более податливым эластично-упругим материалом, чем материал фрагментарно-кольцевого элемента.
Технический результат достигается также тем, что в лопатках-лопастях выполнены сквозные фигурные отверстия.
Технический результат достигается также тем, что поперечный профиль лопаток-лопастей выполнен прямоугольной формы, а углы наклона главной оси плоских поверхностей лопаток-лопастей выполнены регулируемыми.
Технический результат достигается также тем, что поперечный профиль лопаток-лопастей выполнен эллиптической формы, а углы наклона главной оси эллипса выполнены регулируемыми.
Технический результат достигается также тем, что поперечный профиль лопаток-лопастей выполнен сегментарно-кольцевой формы с внешним и внутренним радиусами, совмещенными с центром вращения полумуфт.
Технический результат достигается также тем, что поперечные профили ведущих и ведомых лопаток-лопастей выполнены с отличающимися друг от друга формами и/или размерами и установлены на отличающихся друг от друга расстояниях от центра вращения.
Технический результат достигается также тем, что ведущие и ведомые лопатки-лопасти установлены на одном радиусе вращения.
Технический результат достигается также тем, что модульные фрагментарно-кольцевые элементы выполнены многослойными из материалов различной упругости.
Технический результат достигается также тем, что диск ограничителя выполнен линзообразной формы с плавно и равномерно уменьшающейся к периферии толщиной, а отбойники-ограничители выполнены в виде регулируемых болтов с упругими рабочими наконечниками, устанавливаемых равномерно в количестве не менее восьми штук с каждой стороны по краю диска.
Технический результат достигается также тем, что диск ограничителя выполнен с конусообразными внешними поверхностями, а требуемый зазор между диском и отбойниками-ограничителями устанавливается при помощи заранее выполненных в опорах амортизатора в расчетном месте посадочных гнезд, в которых фиксируются идентичные одноразмерные отбойники-ограничители.
Технический результат достигается также тем, что диск ограничителя выполнен полым со сквозными фигурными отверстиями.
Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
За счет того, что система совмещенной комплексной вибрационно-компенсационной защиты специализированного труботранспортного, например нефтегазоперекачивающего комплекса, дополнительно снабжена системой безопасной аварийной остановки, выполненной в виде аварийного ограничителя рабочего хода опорного конструктивного элемента и размещенного в его центральной внутренней части, - обеспечивается эксплуатационная надежность труботранспортного комплекса. За счет того, что стыковые, силовые передаточные и опорные конструктивные элементы выполнены из модульных унифицированных деталей, наращиваемых или убираемых в зависимости от требуемых функциональных параметров, существенно упрощается монтаж, наладка, эксплуатационное обслуживание, ремонт и демонтаж конструктивных элементов комплекса при одновременном снижении их габаритных размеров. За счет того, что каждый переходной фланец стыкового конструктивного элемента, дополнительно снабжен защитным удлинителем крепежной зоны, выполненным в виде стакана с переменной по толщине фигурной стенкой, - обеспечивается более надежное соединение фланца с патрубком. За счет того, что фигурный паз фланца выполнен в виде одной, закрепляющей все слои одновременно, или в виде нескольких, закрепляющих послойно, кольцевых пазов-канавок с шероховатой внутренней поверхностью, расположенных на внешней поверхности фланцевого стакана-удлинителя, - обеспечивается возможность выбора оптимального варианта закрепления патрубка на фланце, при котором существенно снижается материалоемкость стыкового конструктивного элемента.
За счет того, что, фиксирующее патрубок на фланце, кольцо выполнено в виде проволочных проклеенных между собой обмоток, утопленных в фигурных пазах фланца, - обеспечивается существенное снижение материалоемкости стыкового конструктивного элемента при одновременном повышении надежности крепления и появления возможности автоматизации процесса сборки многослойного патрубка. За счет того, что каждый пакет слоев, закрепляемых в одном фигурном пазе-канавке, дополнительно закреплен проволочной обмоткой с перекрытием рабочей зоны на величину, превышающую на 5% общую длину фланца, - обеспечивается компенсация опасных сдвиговых напряжений в зоне контакта патрубок/фланец и, тем самым, повышается эксплуатационная надежность стыкового конструктивного элемента, который является самым слабым звеном в труботранспортном комплексе.
За счет того, что гибкая рабочая зона патрубка дополнительно снабжена подвижными жесткими обжимными кольцами, а отношение суммарной длины свободных гибких рабочих зон патрубка к суммарной длине дополнительных подвижных обжимных и неподвижных жестких крепежных зон выполнено не менее 0,618 - обеспечивается решение инженерной задачи по устранению следующего технического противоречия. Для компенсации высоких рабочих давлений стыковой элемент должен обладать высокой прочностью, свойственной жестким конструкциям, а для компенсации вибрационной нагрузки и непредсказуемых перемещений стыковой элемент должен обладать соответствующей гибкостью и подвижностью.
За счет того, что протяженность каждой дополнительной подвижной обжимной зоны стыкового элемента и расстояния между каждыми смежными обжимными зонами выполнены отличными друг от друга - обеспечивается предотвращение опасных резонансных режимов эксплуатации в широком спектре частот непредсказуемых вибраций.
За счет того, что фигурная стенка удлинителя крепежной зоны фланца стыкового конструктивного элемента выполнена с конусообразным сгоном в сторону гибкой зоны патрубка и с углом наклона внешней стенки в диапазоне от 7 до 18 градусов и за счет того, что фигурный паз-канавка фланца выполнен с шириной канавки, равной не менее 10Т, минимальная глубина паза-канавки выполнена равной не менее 4Т, максимальная глубина - не более 8Т, где Т - суммарная толщина пакета закрепляемых в одном пазе-канавке слоев, - обеспечиваются оптимальные условия, при которых внутренние напряжения в материале слоев патрубка не превышают критических значений и, тем самым, обеспечивается надежное крепление патрубка к фланцу.
За счет того, что фигурный паз-канавка стыкового конструктивного элемента в поперечном сечении выполнен в форме «ласточкиного хвоста» - обеспечивается максимально надежное крепление патрубка к фланцу, что особенно актуально при существенной вибрационной нагрузке.
За счет того, что фигурная стенка удлинителя крепежной зоны фланца стыкового конструктивного элемента выполнена сборно-разборной из нескольких кольцевых модульных элементов, изготовленных из материалов с различным модулем жесткости, - обеспечивается плавное гашение (сглаживание) вибраций и появляется возможность наращивания или уменьшения рабочей толщины многослойного патрубка в соответствии с требуемыми функциональными параметрами.
За счет того, что фигурная стенка удлинителя крепежной зоны фланца стыкового конструктивного элемента выполнена с бочкообразной внешней поверхностью - обеспечивается вариант сборки патрубка, при котором оптимально выполняются требования надежного закрепления тонких прочных внутреннего и внешнего слоев патрубка в сочетании с толстым пакетом менее прочных, но более теплоустойчивых внутренних слоев патрубка. Такой вариант исполнения стыкового конструктивного элемента позволяет расширить номенклатурный ряд функциональных возможностей эксплуатации труботранспортного комплекса при одновременной упрощенной сборке и ремонте стыкового элемента.
За счет того, что фигурный передаточный элемент силового передаточного конструктивного элемента выполнен из набора модульных фрагментарно-кольцевых элементов, изготовленных из материала требуемой упругости и за счет того, что внутри каждого фрагментарно-кольцевого элемента выполнены одна или несколько пар ведущих и ведомых фигурных лопаток-лопастей, закрепленных соответственно: одна из каждой пары - на ведомой, а другая из той же пары - на ведущей полумуфтах - обеспечивается возможность наращивания или снижения передающей силовой нагрузки при одновременном существенном снижении габаритных размеров, что, в свою очередь, позволяет использовать унифицированный однотипный силовой передаточный конструктивный элемент для широкого разнообразного ряда имеющихся в наличии двигателей. В конечном итоге - обеспечивается возможность без проблемной замены одного типа двигателя на другой, например, более высокопроизводительный (более оборотистый).
За счет того, что в различных вариантах исполнения лопатки-лопасти силового передаточного конструктивного элемента выполнены в цилиндрической, конической, сферической, прямоугольной или эллиптической форме - обеспечивается возможность предсказуемой регулировки функциональных параметров силового передаточного конструктивного элемента с привязкой к эксплуатационным параметрам конкретно используемых двигателей и обеспечением возможности перекрытия широкого диапазона их типоразмеров. Это же позитивное качество достигается и в вариантах исполнения силового передаточного конструктивного элемента, при котором поперечный профиль лопаток-лопастей выполнен сегментарно-кольцевой формы с внешним и внутренним радиусами, совмещенными с центром вращения полумуфт.
За счет того, что лопатки-лопасти силового передаточного конструктивного элемента выполнены с внутренними полостями - обеспечивается более эффективное гашение высокочастотного спектра вибраций. Это позитивное качество расширяется и усиливается при варианте исполнения, при котором полости лопаток-лопастей силового передаточного конструктивного элемента заполнены более податливым эластично-упругим материалом, чем материал фрагментарно-кольцевого элемента.
За счет того, что поперечные профили ведущих и ведомых лопаток-лопастей силового передаточного конструктивного элемента выполнены с отличающимися друг от друга формами и/или размерами и установлены на отличающихся друг от друга расстояниях от центра вращения - обеспечивается предотвращение резонансных явлений. За счет того, что ведущие и ведомые лопатки-лопасти силового передаточного конструктивного элемента установлены на одном радиусе вращения обеспечивается оптимальный режим работы упругого передаточного элемента. За счет того, что в лопатках-лопастях силового передаточного конструктивного элемента выполнены сквозные фигурные отверстия, - обеспечивается более прочное соединение лопаток-лопастей с материалом упругого передаточного модульного элемента. За счет того, что модульные фрагментарно-кольцевые элементы силового передаточного конструктивного элемента выполнены многослойными из материалов различной упругости - обеспечивается более эффективное гашение вибраций в широком диапазоне непредсказуемых вибраций.
За счет того, что диск ограничителя опорного конструктивного элемента выполнен линзообразной формы с плавно и равномерно уменьшающейся к периферии толщиной и за счет того, что отбойники-ограничители выполнены в виде регулируемых болтов с упругими рабочими наконечниками, устанавливаемых равномерно в количестве не менее восьми штук с каждой стороны по краю диска, - обеспечивается минимизация материалоемкости при одновременном обеспечении высокой эксплуатационной надежности. За счет того, что диск ограничителя выполнен с конусообразными внешними поверхностями, а требуемый зазор между диском и отбойниками-ограничителями устанавливается при помощи заранее выполненных в опорах амортизатора в расчетном месте посадочных гнезд, в которых фиксируются идентичные одноразмерные отбойники-ограничители, - существенно упрощается сборка и ремонт опорного конструктивного элемента. За счет того, что диск ограничителя опорного конструктивного элемента выполнен полым и со сквозными фигурными отверстиями - обеспечивается более эффективное гашение вибраций в широком спектре эксплуатационных непредсказуемых частот.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на Фиг.1 изображен локальный фрагмент специализированного труботранспортного комплекса, подвергающегося техногенным внутренним 1, техногенным внешним 2, сейсмическим 3, циклическим знакопеременным климатическим 4 и геологическим 5 одновременным длительным непредсказуемым воздействиям. На Фиг.2 изображен разрез оптимального исполнения опорного конструктивного элемента, внутри которого выполнена аварийная предохранительная система стартового и финишного кратковременных опасных моментов эксплуатационного режима. На Фиг.3 изображен стыковой конструктивный элемент с комбинированными гибкими и жесткими рабочими участками. На Фиг.4 изображен фрагмент варианта стыковки эластичных слоев патрубка с фланцем, выполненным с конической внешней поверхностью и оптимальными геометрическими параметрами крепежных пазов-канавок. На Фиг.5 изображен фрагмент варианта стыковки эластичных слоев патрубка с фланцем, выполненным бочкообразной внешней поверхностью. На Фиг.6 изображен фрагмент варианта стыковки эластичных слоев патрубка с фланцем, выполненным с плавными оптимальными формами исполнения крепежных пазов-канавок. На Фиг.7 изображен фрагмент варианта стыковки эластичных слоев патрубка с фланцем, выполненным с пазами-канавками в форме "ласточкиного хвоста" и собранного из трубчато-кольцевых элементов различной жесткости. На Фиг.8 изображен фрагмент варианта стыковки эластичных слоев патрубка с фланцем, выполненным с пазами-канавками в форме "ласточкиного хвоста" и собранного из кольцевых элементов различной жесткости. На Фиг.9 изображен общий вид силового передаточного конструктивного элемента специализированного труботранспортного комплекса. На Фиг.10 изображен один передаточный гибкий элемент силового передаточного конструктивного элемента специализированного нефтегазоперекачивающего комплекса с вариантом исполнения ведущей и ведомой лопастей-лопаток цилиндрической формы. На Фиг.11 изображен один гибкий элемент силового передаточного конструктивного элемента с вариантом исполнения ведущей и ведомой лопастей-лопаток сегментарно-кольцевой формы с внешним и внутренним радиусами, совмещенными с центром вращения полумуфт формы. На Фиг.12 изображена схема наращивания/сокращения модульных передаточных гибких элементов силового передаточного конструктивного элемента специализированного труботранспортного комплекса.
Специализированный труботранспортный комплекс (например нефтеперекачивающий) содержит специализированные силовые перекачивающие системы, выполненные в виде насосно-компрессорных установок, агрегированных в единые виброизолированные от фундамента и специально сбалансированные на общей раме технологические блоки 6; комбинированную специализированную систему жестких и гибких основных и вспомогательных трубопроводов 7; систему совмещенной комплексной вибрационно-компенсационной защиты от техногенных внутренних и внешних вибрационных и знакопеременных циклических климатическо-геологических и сейсмических воздействий, выполненную в виде комплексного специализированного устройства, содержащего стыковые элементы, а именно - многослойно армированные по функциональному алгоритму безраспорные эластичные гибкие патрубки 8, установленные в местах вероятного возникновения вибрационных и смещающих нагрузок; силовые передаточные элементы, выполненные в виде упругоэластичных муфт 9 и установленные между двигателями и насосами и опорные элементы, выполненные в виде пневматических амортизаторов пониженной и/или повышенной грузоподъемности, установленные между фундаментом и насосно-компрессорными блоками 10, а также - между фундаментом и опорами трубопровода 11 (Фиг.1).
Кроме этого, комплекс дополнительно содержит систему безопасного штатного и аварийного запуска/остановки эксплуатационного режима, выполненную в виде аварийного самоограничителя рабочего хода опорного элемента и размещенного в центральной внутренней его части 12 (Фиг.2). Опорные конструктивные элементы 10, 11 выполнен в виде плоского диска и содержат выпуклую резинокордную боковую оболочку 13, в центральной части которой установлен штуцер 14 для подключения амортизаторов 10, 11 к единой пневматической или гидравлической дополнительной виброгасящей системе (не показано). Устройство аварийной самоблокировки рабочего хода опорных конструктивных элементов 10, 11 выполнено в виде диска 12, расположенного внутри дискового корпуса параллельно верхнему 15 и нижнему 16 его основаниям и закрепленного на оси верхнего штока амортизатора 17 и отбойников-ограничителей 18, установленных с заданными зазорами от поверхности диска по обе его стороны с жестким закреплением к нижней опорной части амортизатора (Фиг.2).
Стыковой конструктивный элемент содержит переходные фланцы 19 с фигурным пазом-канавкой 20 для закрепления эластичных слоев 21 безраспорного многослойно армированного по функциональному алгоритму патрубка 22, внутренний контактно-несущий слой которого выполнен из материала, устойчивого к коррозии от транспортируемого продукта 23, а внешний покровный слой - из теплоизоляционного материала 24. Кроме того, стыковой конструктивный элемент содержит крепежные элементы, выполненные в виде фиксирующих и силовых несущих колец, соединяющих фланец с патрубком, края которого вывернуты на внешнюю сторону и плавно огибают силовые несущие кольца (Фиг.4). Каждый переходной фланец 19, дополнительно снабжен защитным удлинителем крепежной зоны, выполненным в виде стакана с переменной по толщине фигурной стенкой 25. Фигурный паз фланца выполнен в зависимости от функциональных параметров - в виде одной, закрепляющей все слои одновременно (не показано), или в виде нескольких, закрепляющих послойно, кольцевых пазов-канавок с шероховатой внутренней поверхностью 20, расположенных на внешней поверхности фланцевого стакана-удлинителя. Фиксирующее кольцо выполнено в виде проволочных проклеенных между собой обмоток 26, утопленных в фигурных пазах 20 фланца. Каждый пакет слоев, закрепляемых в одном фигурном пазе-канавке, дополнительно закреплен проволочной обмоткой с перекрытием рабочей зоны на величину, превышающую на 5% общую длину фланца 27. Гибкая рабочая зона патрубка дополнительно снабжена подвижными жесткими обжимными кольцами 28. При этом отношение суммарной длины свободных гибких рабочих зон патрубка к суммарной длине дополнительных подвижных обжимных и неподвижных жестких крепежных зон выполнено равным не менее величины пропорции "золотого сечения" - 0,618, а протяженность каждой дополнительной подвижной обжимной зоны и расстояния между каждыми смежными обжимными зонами выполнены отличными друг от друга (не показано). Фланец 19 по различным вариантам исполнения может быть монолитным (Фиг.6), сборно-разборным, содержащим или трубчато-кольцевые 29, или кольцевые 30 элементы (Фиг.7, 8). Силовой передаточный конструктивный элемент 9 содержит ведущую 31 и ведомую 32 полумуфты и фигурные передаточные модульные элементы с высокоэластичной оболочкой 33. Фигурный передаточный элемент 33 выполнен из набора модульных фрагментарно-кольцевых элементов 34, 35, 36, 37 (Фиг.12), изготовленных из материала требуемой упругости. Внутри каждого фрагментарно-кольцевого элемента 33-37 выполнены одна или несколько пар ведущих 38 и ведомых 39 фигурных лопаток-лопастей, закрепленных соответственно: одна из каждой пары - на ведомой 31, а другая из той же пары - на ведущей 32 полумуфтах. Поперечный профиль лопаток-лопастей 38 и 39 выполнен с заданными в зависимости от диапазона передающего крутящего момента и требуемой скорости вращения конфигурационными и геометрическими параметрами, например цилиндрической (Фиг.10) или другой формы (Фиг.11).
Труботранспортный комплекс работает следующим образом. В момент запуска силовых насосных агрегатов 6, мгновенно срабатывает и система блокировки штоков, размещенная непосредственно в опорных конструктивных элементах 10, и в этот момент виброизолирующая опора приобретает несущие свойства жесткого монолита, который способен противостоять (компенсировать) пиковой сдвиговой нагрузке. Из-за того что моменты запуска и остановки кратковременны (в пределах 20-30 секунд), а сами опорные конструктивные элементы 10 выполнены в виде плоских дисков с повышенной площадью опоры, происходит процесс самостабилизации и самосохранения работоспособности всех важнейших конструктивных элементов труботранспортного комплекса. При этом после вхождения всего ТТК в "крейсерский" долгосрочный режим работы, опорные конструктивные элементы самостоятельно переходят в свой основной эксплуатационный режим и обретают виброгасящие свойства амортизаторов. Аналогичная картина происходит и при аварийной внезапной остановке ТТК. При этом самое слабое звено - стыковые конструктивные элементы 8, надежно защищено от запредельных критически опасных резких перемещений.
Пример технологии сборки патрубка с описанием преимуществ вариантов конкретного исполнения стыкового конструктивного элемента, обладающего наибольшей аварийной уязвимостью и важностью работы в труботранспортном комплексе. В зависимости от требуемых функциональных эксплуатационных параметров, индустриальным способом изготавливается требуемый стыковой конструктивный элемент 8. Для этого назначается материал каждого слоя патрубка 21, проводится расчет геометрических параметров (толщины, диаметры, длины слоев), с учетом границ оптимальных параметров (Фиг.4), приведенных в зависимых пунктах формулы изобретения, проводится окончательное проектирование патрубка, в процессе которого выбирается количество крепежных пазов-канавок 20, их оптимальная форма (20, 26 и другие), определяется диаметр и длина проволочного крепежа и состав фиксирующего клея, назначается технология сборки и испытания стыкового конструктивного элемента.
Примерный вариант технологии сборки стыкового конструктивного элемента 8 состоит в следующем. Из трубчатых элементов заданного геометрического размера (требуемой длины, диаметра и толщины стенки) и заданного материала (устойчивого к коррозии от нефтепродуктов, морозоустойчивого и др.) собирается гибкая многослойная часть 21 стыкового конструктивного элемента таким образом, чтобы все верхние слои были поочередно вывернуты наизнанку в сторону от концов. Далее, нижний внутренний слой 23 патрубка надвигается на фланец 19 патрубка, смазанный клеем, и в месте крайнего к концу фланца паза-канавки производится фиксация первого слоя проволочной обмоткой с одновременной пропиткой специальным клеем. В связи с тем, что внутренняя поверхность крепежного паза-канавки выполнена шероховатой (например, при помощи грубой обработки поверхности резцом токарного станка) и фигурной (сферической с расширяющимся дном, подобно дну кувшина (Фиг.6), или в форме "ласточкиного хвоста" (Фиг.5, 7, 8), то при фиксации проволокой достигается полный надежный и гарантированный контакт в месте закрепления. При этом, процесс фиксации проволокой легко поддается механизации, например, с использованием простого токарного станка или другого приспособления. В свою очередь, фиксирующее кольцо из проволоки также приобретает фигурную форму с расширением на дне паза-канавки 26. Тем самым, закрепляемый слой (или пакет закрепляемых слоев) надежно и гарантированно заклинивается в крепежном пазе-канавке фланца 19. Для снижения вероятных температурных напряжений в материале слоев патрубка, сборку патрубка производят при температуре окружающей среды, близкой к средней температуре эксплуатационного режима. Далее, закрепляемый слой выворачивается на изнанку, обрезается до заданной проектной величины и закрепляется проволокой с перекрытием рабочей зоны на величину, равную 1,05 длины фланца (Фиг.4). Такое закрепление слоя позволяет компенсировать резкий скачок напряжения внутреннего давления (гидроудары) на границе перехода фланец-патрубок. Аналогичная сборка производится и для всех остальных слоев стыкового конструктивного элемента 8.
Монолитное исполнение фланца (Фиг.4, 5, 6) предпочтительно при низких и средних давлениях рабочей среды и небольшом диаметре патрубка. Сборно-разборное исполнение фланца (Фиг.7, 8) предпочтительно при больших диаметрах патрубка и больших рабочих давлениях.
Исполнение кольцевых элементов фланца из материалов различной жесткости (Фиг.7, 8) позволяет демпфировать внутренние техногенные вибрации 1 и сгладить напряжения в месте контакта - фланец/патрубок, за счет чего обеспечивается надежность и увеличивается эксплуатационный ресурс патрубка 8. Особенно это важно при неизбежных техногенных виброударах (запуск технологического режима) рабочей перекачиваемой среды, которые в прототипе неизбежно приводят к повреждению патрубка в узкой зоне контакта жестких и гибких фрагментов стыкового конструктивного элемента.
Изготовление слишком длинного патрубка, когда суммарное отношение гибких участков к жестким - много больше величины 0,618, экономически нецелесообразно, а изготовление многослойного элемента большой длины трудоемко и требует специальных технологий, что приводит к удорожанию монтажных работ и повышению себестоимости.
Изготовление слишком короткого патрубка, когда суммарное отношение гибких участков к жестким - много меньше 0,618, также не эффективно, так как гибкость рабочей зоны стыкового конструктивного элемента резко снижается, тем самым, снижаются и полезные функционально-эксплуатационные качества.
В случае технологической необходимости изготовления длинномерного стыкового конструктивного элемента, вопрос оптимизации соотношения жестких и гибких рабочих зон стыкового конструктивного элемента решается добавлением в рабочую зону жестких обжимающих колец 28 (Фиг.3), которые могут быть выполнены в виде накладных разрезанных по оси жестких полумуфт, либо - в виде соответствующей длины проволочной обмотки закрепленной клеем.
Оптимизация соотношения жестких и гибких зон патрубка позволяет решить изобретательскую задачу по устранению следующего технического противоречия: для качественного осуществления своей основной заданной функции по гашению техногенных внешних вибраций 2 и одновременной компенсации сейсмических 3 геолого-климатических 4 и 5 перемещений, стыковой конструктивный элемент 8 должен быть гибким, а для гашения внутренних техногенных вибраций 1 и виброударов требуется соответствующая жесткость. Именно это творческое авторское решение, результатом которого стали используемые в изобретении существенные признаки, обеспечивает достигаемый технический результат, который выражается в повышении надежности и увеличении эксплуатационного ресурса виброкомпенсационной защиты и безаварийной эксплуатации труботранспортного, например - нефте- или газоперекачивающего комплекса.
Вариант сборки стыкового конструктивного элемента с бочкообразным фланцем (Фиг.5) целесообразен и эффективен в случае, когда внутренние слои патрубка имеют большую толщину по сравнению с наружными слоями 23, 24.
Дополнительным удлинением крепежной зоны фланца патрубка, индивидуальным (распределенным) закреплением эластичных слоев в оптимально исполненных фигурных пазах-канавках специального профиля и рационального проволочного крепления, выбором оптимального отношения гибких рабочих зон к жестким нерабочим зонам патрубка решаются следующие технические задачи. Во-первых, существенно снижаются опасные сдвиговые напряжения в зоне контакта фланца с эластичными слоями патрубка за счет оптимизации соотношения гибких и жестких рабочих зон, благодаря чему повышается общая жесткость патрубка при одновременном сохранении его требуемой гибкости и эластичности, что, в конечном итоге, повышает эксплуатационный ресурс важнейшего конструктивного элемента виброкомпенсационной защиты труботранспортного комплекса. Во-вторых, оптимизируется контактное напряжение в местах изгиба вывернутых слоев патрубка при одновременном повышении надежности их крепления к фланцу за счет:
- оптимального исполнения геометрической формы и оптимального соотношения размеров пазов-канавок (сферической формы или в форме "ласточкиного хвоста");
- оптимального исполнения внешней поверхности удлинителя фланца (конусообразной или бочкообразной формы);
- рационального применения проволочного крепежа.
Решению этих двух технических задач также способствует шероховатое исполнение внутренней поверхности пазов-канавок, выполненных на внешней фигурной поверхности удлинителя фланца, и исполнение элемента фланца сборно-разборным из материалов с различной жесткостью. Последнее позволяет исключить локальные виброрезонансные явления, а следовательно, повысить эксплуатационный ресурс стыкового элемента.
Стыковой конструктивный элемент 8 работает следующим образом. За счет гибкости рабочей зоны 22 в процессе эксплуатации осуществляется компенсация геолого-климатических 3, 4, 5 перемещений и одновременное гашение техногенных внутренних 1 и внешних 2 вибраций и виброударов. При этом оптимально подобранное, выбранное из заявленных вариантов исполнения и практически проверенное конструктивное исполнение стыкового элемента 8 обеспечивает надежность и увеличивает эксплуатационный ресурс всего ТТК.
Сборка силового передаточного конструктивного элемента 9 для труботранспортното комплекса осуществляется следующим образом. В зависимости от типа двигателя и типа насоса подбирается, например практическим путем, количество парных модульных эластичных передаточных элементов 33, 34, 35, 36, 37 и производится сборка (Фиг.9). При этом парные лопатки-лопасти 38 и 39, расположенные в одном и том же передаточном элементе 33 (Фиг.10, 11) закрепляются соответственно на ведущем 31 и ведомом 32 полуфланцах. Силовой передаточный конструктивный элемент 9 работает следующим образом. Закрепленная на ведущем полуфланце 31 лопатка-лопасть 38 воздействует на закрепленную, на ведомом полуфланце 32 лопатку-лопасть 39 посредством упругого передаточного элемента 33, который компенсирует осевые и угловые отклонения обоих полумуфт от единой результирующей оси вращения. Благодаря тому, что лопатки-лопасти 38 и 39, материал передаточного элемента 33 и их регулируемое количество по вариантам исполнения разнообразны 34, 35, 36, 37 (Фиг.12), то, тем самым, перекрывается практически весь спектр диапазона вероятного использования существующих двигателей и насосов, а следовательно, решается проблема оперативной безболезненной замены вышедших из строя силовых перекачивающих агрегатов. Выбор конкретного варианта исполнения лопастей-лопаток 38 и 39, их расположения в элементе 33 и определения геометрических параметров зависит от номенклатуры имеющихся в наличии насосов и двигателей и в любом случае проверяется и подтверждается только практическим путем с привязкой к конкретной практической ситуации для конкретных внешних и внутренних известных, прогнозируемых вероятностных факторов эксплуатации. Многообразие вариантов исполнения силового передаточного элемента для труботранспортного комплекса позволяет расширить диапазон применимости разнотипных силовых агрегатов.
Надежная работа стыковых 8, силовых передаточных 9 и опорных 10, 11 конструктивных элементов, обеспечивается за счет качественного и рационального (оптимизированного) промышленного применения необходимых и достаточных для конкретного случая перечисленных существенных признаков заявляемого изобретения. Этим самым, в конечном итоге, обеспечивается достижение единого технического результата - повышается устойчивость функционирования (живучести) специализированного труботранспортного комплекса, эксплуатируемого в широком диапазоне неблагоприятных совместных воздействий природного 3, 4, 5 и техногенного 1, 2 характера. Заявляемое изобретение позволяет проектировать, строить и запускать в эксплуатацию машинно-техногенные комплексы широкого специализированного профиля, сконструированные с повышенными требованиями увеличения эксплуатационной эффективности, надежности, долговечности, сохранения стабильности, при одновременном расширении диапазона требуемых функциональных параметров, уменьшении габаритов и материалоемкости при эффективном использовании имеющихся в наличии комплектующих агрегатов, унифицированных однотипных конструктивных элементов (запасных частей).
Технический результат от использования изобретения в промышленности состоит в следующем. Во-первых, повышается эксплуатационная надежность работы всего труботранспортного комплекса за счет совершенствования виброшумокомпенсационной защиты нефтегазоперекачивающей системы в моменты штатного и/или аварийного запуска/остановки комплекса. Во-вторых, упрощается изготовление (за счет механизации сборочных работ) и ремонт стыковых, силовых передаточных и опорных конструктивных элементов. В третьих, появляется возможность унификации и индустриализации изготовления стыковых, силовых передаточных и опорных конструктивных элементов при одновременном расширении их диапазона требуемых функциональных эксплуатационных параметров.
Дополнительно к этому техническому результату, за счет того, что труботранспортный комплекс работает практически в самонастраивающемся режиме, - существенно снижаются требования к нормативной квалификации обслуживающего персонала, тем самым, изобретение дополнительно решает социальные вопросы доступного трудоустройства для социально ослабленной и низкоквалифицированной части населения (молодежь, пенсионеры, инвалиды).
1. Труботранспортный комплекс, содержащий насосно-компрессорные установки, агрегированные на общей раме в единые сбалансированные технологические блоки, систему основных и вспомогательных трубопроводов и систему вибрационно-компенсационной защиты, выполненную в виде устройств, содержащих:
безраспорные эластичные гибкие патрубки, эластичные слои которых закреплены в фигурных пазах-канавках переходных фланцев, а внутренний контактно-несущий слой патрубков выполнен из материала, устойчивого к коррозии от транспортируемого продукта, внешний покровный слой - из теплоизоляционного материала, крепежные элементы, соединяющие фланец с патрубками, выполнены в виде фиксирующих и силовых несущих колец, при этом края патрубка вывернуты на внешнюю сторону и плавно огибают силовые несущие кольца;
упругоэластичные силовые передаточные элементы, установленные между двигателями и насосами, содержащие высокоэластичную фигурную муфту с регулируемой жесткостью передачи крутящего момента, собранную из ведущей и ведомой полумуфт и фигурного передаточного элемента с высокоэластичной оболочкой;
выполненные в виде пневматических амортизаторов пониженной и/или повышенной грузоподъемности опорные элементы, содержащие амортизационную эластичную камеру, соединенную с опорно-контактными элементами, снабженными винтами с регулируемыми по высоте опорными кольцами, с изменяемым диапазоном грузоподъемности, установленные под каждый агрегированный на общей раме силовой насосно-компрессорный блок и/или под индивидуальные опоры трубопровода, отличающийся тем, что ТТК снабжен системой безопасной аварийной остановки, выполненной в виде ограничителя рабочего хода опорного элемента и размещенного в центральной внутренней его части, каждый переходной фланец стыкового конструктивного элемента дополнительно снабжен защитным удлинителем крепежной зоны, выполненным в виде стакана с переменной по толщине фигурной стенкой, фигурный паз фланца выполнен в виде одной, закрепляющей все слои одновременно, или в виде нескольких, закрепляющих послойно, кольцевых пазов-канавок с шероховатой внутренней поверхностью, расположенных на внешней поверхности фланцевого стакана-удлинителя, фиксирующее кольцо патрубка выполнено в виде проволочных проклеенных между собой обмоток, утопленных в фигурных пазах фланца, каждый пакет слоев, закрепляемых в одном фигурном пазе-канавке, дополнительно закреплен проволочной обмоткой с перекрытием рабочей зоны на величину, превышающую на 5% общую длину фланца; фигурный элемент силового передаточного конструктивного элемента выполнен из набора модульных фрагментарно-кольцевых элементов, изготовленных из упругого материала, внутри каждого фрагментарно-кольцевого элемента выполнены одна или несколько пар ведущих и ведомых фигурных лопаток-лопастей, закрепленных соответственно: одна из каждой пары - на ведомой, а другая из той же пары - на ведущей полумуфтах, корпуса амортизаторов выполнены в виде плоских дисков с выпуклой резинокордной боковой оболочкой, в центральной части которой установлен штуцер для подключения амортизатора к единой пневматической или гидравлической дополнительной виброгасящей системе, устройство аварийной блокировки выполнено в виде диска, расположенного внутри дискового корпуса параллельно верхнему и нижнему его основаниям и закрепленного на оси верхнего штока амортизатора и отбойников-ограничителей, установленных с заданными зазорами от поверхности диска по обе его стороны с жестким закреплением к нижней опорной части амортизатора, причем стыковые, силовые передаточные и опорные элементы выполнены из модульных унифицированных деталей.
2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что гибкая рабочая зона патрубка дополнительно снабжена подвижными жесткими обжимными кольцами, отношение суммарной длины свободных гибких рабочих зон патрубка к суммарной длине дополнительных подвижных обжимных и неподвижных жестких крепежных зон не менее 0,618, при этом протяженность каждой дополнительной подвижной обжимной зоны и расстояние между каждыми смежными обжимными зонами выполнены отличными друг от друга.
3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что фигурная стенка удлинителя крепежной зоны фланца выполнена с конусообразным сгоном в сторону гибкой зоны патрубка и с углом наклона внешней стенки в диапазоне от 7 до 18°, причем фигурный паз-канавка фланца выполнен с шириной канавки, равной не менее 10Т, минимальная глубина паза-канавки выполнена равной не менее 4Т, максимальная глубина - не более 8Т, где Т - суммарная толщина пакета закрепляемых в одном пазе-канавке слоев.
4. Комплекс по п.1 или 3, отличающийся тем, что фигурный паз-канавка в поперечном сечении выполнен в форме "ласточкин хвост".
5. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что фигурная стенка удлинителя крепежной зоны фланца выполнена сборно-разборной из нескольких кольцевых модульных элементов, изготовленных из материалов с различным модулем жесткости.
6. Комплекс по п.1 или 5, отличающийся тем, что фигурная стенка удлинителя крепежной зоны фланца выполнена с бочкообразной внешней поверхностью.
7. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что лопатки-лопасти выполнены цилиндрическими.
8. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что лопатки-лопасти выполнены коническими.
9. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что лопатки-лопасти выполнены сферическими.
10. Комплекс по п.1 или по любому из пп.7-9, отличающийся тем, что лопатки-лопасти выполнены с внутренними полостями, заполненными более податливым эластично-упругим материалом, чем материал фрагментарно-кольцевого элемента.
11. Комплекс по п.1 или по любому из пп.7 и 8, отличающийся тем, что в лопатках-лопастях выполнены сквозные фигурные отверстия.
12. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что поперечный профиль лопаток-лопастей выполнен прямоугольной формы, а углы наклона главной оси плоских поверхностей лопаток-лопастей выполнены регулируемыми.
13. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что поперечный профиль лопаток-лопастей выполнен эллиптической формы, а углы наклона главной оси эллипса выполнены регулируемыми.
14. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что поперечный профиль лопаток-лопастей выполнен сегментарно-кольцевой формы с внешним и внутренним радиусами, совмещенными с центром вращения полумуфт.
15. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что поперечные профили ведущих и ведомых лопаток-лопастей выполнены с отличающимися друг от друга формами и/или размерами и установлены на отличающихся друг от друга расстояниях от центра вращения.
16. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что ведущие и ведомые лопатки-лопасти установлены на одном радиусе вращения.
17. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что модульные фрагментарно-кольцевые элементы выполнены многослойными из материалов различной упругости.
18. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что диск ограничителя выполнен линзообразной формы с плавно и равномерно уменьшающейся к периферии толщиной, а отбойники-ограничители выполнены в виде регулируемых болтов с упругими рабочими наконечниками, устанавливаемых равномерно в количестве не менее восьми штук с каждой стороны по краю диска.
19. Комплекс по п.1 или 18, отличающийся тем, что диск ограничителя выполнен с конусообразными внешними поверхностями, а требуемый зазор между диском и отбойниками-ограничителями устанавливается при помощи заранее выполненных в опорах амортизатора в расчетном месте посадочных гнезд, в которых фиксируются идентичные одноразмерные отбойники-ограничители.
20. Комплекс по п.1 или 18, отличающийся тем, что диск ограничителя выполнен полым со сквозными фигурными отверстиями.
