Износостойкий крутоизогнутый отвод "игр"



Износостойкий крутоизогнутый отвод игр
Износостойкий крутоизогнутый отвод игр
Износостойкий крутоизогнутый отвод игр

 


Владельцы патента RU 2580854:

Карелин Игорь Николаевич (RU)

Изобретение относится к средствам воздействия на поток текучей среды в трубах или каналах и может быть использовано в оборудовании газовой, нефтяной, химической, энергетической, металлургической и угольной промышленности. Износостойкий крутоизогнутый отвод содержит входную, выходную и центральную криволинейную части с углом изгиба от 45° до 180°. Внутри отвода вдоль оси кривизны между плоскостями торцов входной и выходной части установлена лопатка с заостренными кромками и шириной не более диаметра условного прохода отвода. Лопатка имеет поверхность отрицательной Гауссовой кривизны. Крепление лопатки внутри отвода вблизи торцов входной и выходной части выполнено неподвижным и обтекаемым. Лопатка выполнена из стойкого в рабочей среде моно- или полиматериала. Технический результат: устранение сосредоточенного воздействия загрязненного механическими примесями потока среды на стенку отвода и повышение износостойкости отвода. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

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

Известны конструкции износостойких биматериальных отводов труб с внутренней асимметричной наплавкой с максимальной толщиной износостойкого слоя на участке колена, имеющего больший радиус изгиба (см. патент SU 2492171 А1, кл. F16L 43/00), либо с внутренним равномерным слоем керамики (см. рекламный материал фирмы Cera System GmbH, Германия, 2012).

Недостаток известных конструкций заключается в отсутствии учета газодинамической ситуации вблизи изнашиваемого участка внутренней поверхности отвода и высокой трудоемкости изготовления. Это приводит к низкой надежности и высокой стоимости отвода.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является колено стального трубопровода, внутри которого вдоль оси установлена лопатка из керамического материала, имеющая плоскую поверхность и спрофилированная по винтовой линии (см. патент RU 2118737 С1, кл. F16L 43/00).

Недостаток известной конструкции колена стального трубопровода заключается в образовании за счет профилирования плоской поверхности лопатки по винтовой линии в области изнашиваемого участка колена цилиндрического желоба, не имеющего преимущества по износостойкости по сравнению с внутренней поверхностью тора (колена). Кроме этого способ крепления керамической лопатки внутри колена имеет повышенную трудоемкость, а сама керамическая лопатка имеет низкую прочность при взаимодействии с потоком рабочей среды, загрязненной механическими примесями.

Задачей изобретения является повышение износостойкости крутоизогнутого отвода в потоках рабочих сред, загрязненных механическими примесями, за счет изменения геометрии лопатки и схемы ее размещения внутри отвода, позволяющего устранить сосредоточенное воздействие потока на внутреннюю стенку отвода.

Поставленная задача достигается тем, что в износостойком крутоизогнутом отводе «ИГР», содержащем входную, выходную и центральную криволинейную части с углом изгиба от 45° до 180°, с диаметром условного прохода не менее диаметра условного прохода трубопровода и с установленной внутри вдоль оси кривизны между плоскостями торцов входной и выходной части лопаткой с заостренными кромками, лопатка выполнена шириной не более диаметра условного прохода отвода и имеет поверхность отрицательной Гауссовой кривизны, кроме того:

- крепление лопатки внутри отвода вблизи торцов входной и выходной части выполнено неподвижным и обтекаемым;

- лопатка выполнена из стойкого в рабочей среде моно- или полиматериала.

Сущность изобретения заключается в том, что в износостойком крутоизогнутом отводе «ИГР» установлена лопатка шириной не более диаметра условного прохода отвода и имеет поверхность отрицательной Гауссовой кривизны. Такая поверхность обеспечивает воздействие на газодинамическую ситуацию вблизи изнашиваемого участка отвода, что устраняет сосредоточенное воздействие загрязненного потока среды на стенку отвода и тем самым повышает его долговечность.

На фиг. 1 показана схема износостойкого крутоизогнутого отвода «ИГР» с углом изгиба 90°; на фиг. 2 - разрез Е-Е фиг. 1; на фиг. 3 - аналитическое представление формообразования поверхности лопатки; на фиг. 4 - ракурсы теоретической поверхности лопатки в теоретическом отводе.

Между концами трубопровода 4 для плавного изменения его направления размещен крутоизогнутый отвод, например, с углом изгиба 90°, содержащий входную 1, выходную 2 и центральную криволинейную 3 части. Диаметр условного прохода отвода DNO не менее диаметра условного прохода трубопровода DNT. Внутри отвода вдоль оси кривизны 5 между плоскостями торцов 6, 7 размещена лопатка 8 шириной не более диаметра условного прохода отвода и имеющая поверхность отрицательной Гауссовой кривизны. Заостренные навстречу потоку среды кромки 9, 10 лопатки 8 закреплены неподвижно вблизи торцов 6, 7 отвода и выполнены обтекаемыми. Лопатка 8 выполнена из стойкого в рабочей среде моно- или полиматериала, а размещение ее вдоль оси кривизны 5 допустимо произвольным (см. фиг. 2).

Износостойкий крутоизогнутый отвод «ИГР» работает следующим образом. Загрязненный механическими примесями поток рабочей среды, проходящий через отвод, обтекает лопатку 8 и закручивается. Тем самым устраняются агрессивные зоны турбулентности, имеющие место в безлопаточном отводе, т.е. на участках сквозного разрушения стенки отвода абразивной эрозией. Кроме того, твердые частицы загрязнений в потоке несущей среды вследствие геометрии лопатки с поверхностью отрицательной Гауссовой кривизны приобретают разнонаправленность векторов скорости относительно внутренней поверхности стенки отвода, что устраняет их сосредоточенное воздействие на стенку отвода, также приводящее к ее сквозному разрушению.

Технический результат данного решения состоит в повышении износостойкости крутоизогнутого отвода за счет реализации известного принципа разделения функций в трубопроводных устройствах для загрязненных сред (Карелин И. Техническая керамика в нефтегазовых трубопроводных устройствах. Опыт применения в России. - : Palmarium Academic Publishing, 2012. - С. 57-93). В износостойком крутоизогнутом отводе «ИГР» функцию защиты стенки отвода от абразивной эрозии протекающим загрязненным потоком выполняет лопатка путем воздействия на газодинамическую ситуацию в отводе, а отвод выполняет служебное назначение - функцию изменения направления трубопровода. Кроме этого симметричность лопатки относительно входной и выходной части крутоизогнутого отвода способствует повышению технологичности его монтажа на трубопроводе.

Обоснование вида поверхности лопатки представлено в нижеприведенном математическом выражении.

Рассмотрим трехмерное пространство с декартовыми координатами х, у, z (см. фиг. 3). В горизонтальной плоскости z = 0 проведем окружность С радиуса R>0 с центром в начале координат О. Часть L окружности С, состоящая из точек с неотрицательными координатами х, у, задается формулами

х=Rcost, у=Rsint, z=0, 0≤t≤π/2.

Пусть П - вертикальная плоскость, проходящая через ось z и точку Р дуги L. Введем в плоскости П декартову систему координат u, z с началом в точке О, где ось u определяется вектором . В плоскости П проведем отрезок I длины 2r, где 0<r<R, так, что:

- точка Р является серединой отрезка I;

- если точка Р лежит на оси х, то отрезок I лежит в плоскости z = 0;

- при равномерном вращении точки Р вокруг точки О по направлению от оси х к оси у отрезок I вращается вокруг точки Р по направлению от оси z к оси u с вдвое большей угловой скоростью (на фиг. 3 изображены две кривые, которые заметаются концами отрезка I при его движении в пространстве).

Отрезок I, проходящий через точку Р=(Rcost, Rsint, 0), задается формулами:

u=scost, z =-ssin2t, -r≤s≤r.

Поэтому объединение S отрезков I по всем точкам Р дуги L является параметризованной поверхностью

х=(R+scos2t)cost, у=(R+scos2t)sint, z =-ssin2t,

, -r≤s≤r.

Она и есть поверхность требуемого исполнения лопатки.

Легко видеть, что поверхность S может быть задана неявно уравнением

.

Это уравнение задает в пространстве алгебраическую поверхность 6-й степени. Поскольку градиент функции

определен и не равен нулю во всех точках (х, у, z), не лежащих на оси z, то S - гладкая поверхность.

Гауссова кривизна поверхности S вычисляется по формуле

.

Она отрицательна всюду, причем ее абсолютная величина отделена от нуля:

.

Следует отметить, что простейшие в изготовлении плоская, цилиндрическая и коническая поверхности имеют Гауссову кривизну, равную нулю.

Поверхность S лежит внутри тора, образованного окружностями радиуса r, имеющими центр на окружности С и лежащими в вертикальных плоскостях, проходящих через ось z. Часть Т этого тора, состоящая из точек с неотрицательными координатами х, у, задается формулами

х=(R+rcosφ)cost, у=(R+rcosφ)sint, z=rsinφ,

, 0≤φ≤2π.

Края

х=(R±rcos2t)cost, у=(R±rcos2t)sint, ,

поверхности S принадлежат поверхности Т, т.е. лопатка S вписана в крутоизогнутый отвод Т (см. фиг. 4).

1. Износостойкий крутоизогнутый отвод, содержащий входную, выходную и центральную криволинейную части с углом изгиба от 45° до 180°, с диаметром условного прохода не менее диаметра условного прохода трубопровода и с установленной внутри вдоль оси кривизны между плоскостями торцов входной и выходной части лопаткой с заостренными кромками, отличающийся тем, что лопатка выполнена шириной не более диаметра условного прохода отвода и имеет поверхность отрицательной Гауссовой кривизны.

2. Износостойкий крутоизогнутый отвод по п. 1, отличающийся тем, что крепление лопатки внутри отвода вблизи торцов входной и выходной части выполнено неподвижным и обтекаемым.

3. Износостойкий крутоизогнутый отвод по п. 1, отличающийся тем, что лопатка выполнена из стойкого в рабочей среде моно- или полиматериала.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к трубопроводной арматуре и предназначена для транспортировки газа или жидкости. Колено (1; 100) арматуры для транспортировки газа или жидкости имеет ввод (5) с одним впуском (2; 102) и как минимум одним выпуском (3).

Изобретение относится к судостроению, в частности к подвижным гибким патрубкам, предназначенным для использования в гидравлических системах при транспортировке жидкости по трубам и подаче вакуума.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам изготовления тепло-гидроизолированных переходов, а также самим конструкциям тепло-гидроизолированных переходов.

Изобретение относится к устройству для изменения направления протекающей в трубопроводе среды и может быть подключено перед подлежащим калибровке расходомером. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам изготовления тепло-гидроизолированных переходов, а также самим конструкциям тепло-гидроизолированных переходов, используемых для соединения трубопроводов различных диаметров.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам изготовления тепло-гидроизолированных переходов, а также самим конструкциям тепло-гидроизолированных переходов.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам изготовления тепло-гидроизолированных переходов, а также самим конструкциям тепло-гидроизолированных переходов, используемых для соединения трубопроводов различных диаметров, а также присоединения ответвления с одновременным переходом от одного диаметра трубопровода к другому.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам изготовления тепло-гидроизолированных переходов, а также к самим конструкциям тепло-гидроизолированных переходов.

Изобретение относится к транспортировке текучих сред по трубопроводам и может быть использовано в устройствах воздействия на поток текучей среды в трубопроводе. Завихритель содержит цилиндрический корпус, внутри которого концентрично установлены три лопатки треугольной формы.

Группа изобретений касается криволинейного канала, относящегося к гидравлической машине, а также распределительного узла для рабочего колеса турбины Пелтона и гидравлической машины, содержащей такой криволинейный канал.

Выходной узел предназначен для направления и регулирования расхода потока. Выходной узел содержит впуск флюида; выходную камеру; выпуск флюида, расположенный внутри выходной камеры, и отклонитель флюида, при этом отклонитель флюида соединен с впуском флюида и выходной камерой, причем флюид имеет возможность протекать от впуска флюида через отклонитель в выходную камеру и при этом форму отклонителя флюида выбирают таким образом, чтобы он имел возможность перенаправлять текущий от впуска флюид в первый флюидный канал, во второй флюидный канал или в оба канала в разных комбинациях, причем первый и второй флюидный каналы расположены внутри выходной камеры.

Изобретение относится к области гидротехники и может быть использовано для пропуска жидкостей, нефтепродуктов, газа и гидросмесей. Способ включает придание вращательного движения потоку в трубопроводе и увеличение скорости потока вдоль его продольной оси.

Способ и устройство предназначены для транспортировки газообразных и жидких продуктов по трубопроводам. Способ заключается в том, что создают избыточное давление транспортируемого продукта на входе в трубопровод и при этом продукту при помощи активаторов вращения, расположенных внутри трубопровода, придают вращательное движение на всем протяжении трубопровода, при этом активаторы вращения располагают в стыках трубопроводов.

Изобретение относится к устройствам для закручивания потока жидкости или газа и изменения направления движения их потоков. .

Изобретение относится к устройству для изменения направления протекающей в трубопроводе среды и может быть подключено перед подлежащим калибровке расходомером. .

Изобретение относится к системе выпрямления потока текучей среды посредством выпрямляющего устройства на участке трубопровода. .

Изобретение представляет собой клапан и поверхности управления потоком для продвижения ламинарного потока через клапан и предназначено для проведения испытаний труб. Первый клапанный элемент имеет ось и первую поверхность седла с сужающимся контуром, обращенным аксиально вниз по потоку. Второй клапанный элемент имеет вторую поверхность седла с сужающимся контуром, обращенным аксиально вверх по потоку. Второй клапанный элемент имеет закрытое положение, в котором вторая поверхность седла упирается в первую поверхность седла, и имеет открытое положение, в котором вторая поверхность седла расположена на расстоянии аксиально ниже по потоку от первой поверхности седла. Второй клапанный элемент дополнительно имеет терминальный концевой участок, выполненный в виде носового конуса. Носовой конус может быть расположен полностью ниже по потоку от второй поверхности седла и может иметь полость с дренажным отверстием. 6 н. и 14 з.п. ф-лы, 12 ил.
Наверх