Компенсационное виброизолирующее соединение трубопровода

 

Использование: в качестве виброизолирующего и компенсационного соединения . трубопроводов, в нефтяной, газовой, химической промышленности, в машиностроении , а именно для соединения труб энергетических установок. Сущность изобретения: данное устройство за счет малой тангенциальной жесткости тонкослойных резинометаллических элементов позволяет обеспечить эффективную виброизоляцию поперечных и осевых сил крутящего и изгибающих моментов, передаваемых от одного фланца трубопровода к другому, в условиях высокого внутреннего давления в трубопроводе и при компенсации возможных взаимных смещений и поворотов фланцев трубопровода. 2 ил.

" СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспуБлик (О) (11) (s1)s Р 16 1. 51/03

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4926848/29 (22) 09,04.91

° °

46) 15.07.93. Бюл.N. 26

71) Институт машиноведения им.А.А. Благонравова (72) Д.В.Климов. С.В.Кравченко, А,В.Êèðþ. хин, В.П.Мальцев и Н.Г.Яковлев (56) Патент Франции N. 1304195, кл, F 16 L, опублик. 1962. (54) КОМПЕНСАЦИОННОЕ ВИБРОИЗОЛИРУЮЩЕЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБОПРОВОДА (57) Использование: в качестве виброиэолирующего и компенсационного соединения, трубопроводов, в нефтяной, газовой, химиИзобретение относится к трубопроводным системах и может быть использована в качестве виброизолирующего и компенсационного соединения трубопровода в нефтяной, . газовой, . химической промышленности, в машиностроении. например. для соединения труб энергетических установок и т.п.

Цель изобретения — повышение компенсационных и виброиэолирующих .свойств соединения при кручении при обеспечении возможности пространственной виброиэоляции. Положительный эффект от использования изобретения состоит в повышении виброизолирующих и компенсационных свойств соединения при действии крутящего и изгибающих моментов, а также осевых и поперечных .се . возникающих в трубопроводе при работе связанного C ним оборудования.

На фиг.1 изображена конструктивная схема компенсационного вибраизалирующего соединения трубопровода: на фиг.2 — схеческай промышленности, в машиностроении, а именна для соединения труб энергетических установок. Сущность изобретения: данное устройства за счет малой тангенциальнай жесткости тонкаслайных резинометаллических элементов позволяет обеспечить эффективную вибраиэоляцию поперечных и осевых сил крутящего и изгибающих моментов, передаваемых ат одного фланца трубопровода к другому, в условиях высокого внутреннего давления s трубопроводе и при компенсации возможных взаимных смещений и поворотов фланцев трубопровода. 2 ил, Ф ма кольцевых тонкаслойных резинометаллических элементов.

Устройство состоит из следующих основных элементов: трубопровода 1, раструба 2. внутренней стенки раструба 3, кольцевых тонкослайных резинаметал л ических элементов 4, установленных ортоганальна оси трубопровода, кольца 5, кольцевых тонкослойных реэинометалл ических элементов 6, установленных параллельно оси трубопровода, фигурного фланца 7 с крышкой 8, уплотнений 9 и крепежных элементов 10. Кольцевые тонкослойные резинометаллические элементы 4 и

6 состоят из фланцев 11, 12 и пакета плоских чередующихся жестких армирующих 13 и упругих 14 слоев.

Компенсационное виброизолирующее соединение трубопровода(см,фиг.1) содержит трубопровод 1 с двумя соосными патрубками, смежные концы которых снабжены фланцами, причем, в одном из фланцев выполнена канавка. в которой раэвещено кольцо 5 и ксиьцевые танкослойные резинометаллические элементы 6. Для

1827494 обеспечения возможности сборки соединения этот фланец выполнен разборным и состоит из двух деталей — фигурного фланца 7 и- крышки 8. На боковых поверхностях канавки, образуемой фигурным фланцем 7 и крышкой 8, имеются стыковочные поверхности, соединенные отверстиями и каналами с полостью патрубка, Герметичное сочленение крышки 8 с фигурным фланцем

7 осуществляется при помощи крепежных элементов 10 и уплотнений 9.

Кольцо 5 представляет собой сварную деталь, в которой имеются каналы Т-образной формы, причем два противолежащих отверстия Т-образных каналов выходят на стыковочные поверхности на торцах кольца, а третье — на стыковочную поверхность на внешнем цилиндрическом участке кольца, Между стыковочными поверхностями на боковых поверхностях канавки фланца и стыковочными поверхностями на торцах кольца 5 параллельно оси трубопровода установлены кольцевые тонкослсйные резинометаллические элементы 6. Число стыковочных поверхностей и отверстий на боковых стенках канавки и торцах кольца 5 соответствует числу кольцевых тонкослойных резинометаллических. элементов 6, их расположение должно исключать сдвиговую деформацию кольцевых тонкослойных резинометаллических элементов 6 при сборке соединения. Герметичность соединения каналов в кольце 5 с кольцевыми тонкослойными резинометаллическими элементами 6 и каналами во фланце с канавкой обеспечивается уплотнениями 9., Фланец с канавкой размещен в центральном отверстии фланца другого патрубка, на внутренней стенке которрго выполнены стыковочные поверхности и отверстия для прохода среды, соединенные каналами с полостью патрубка, Этот фланец может быть выполнен, например, в виде жестко соединенного с трубопроводом 1, например сваркой, раструба 2 и герметично соединенной с ним при помощи крепежных элементов 10 и уплотнений 9 внутренней стенкой раструба 3 с образованием полости.

Стыковочные поверхности на внутренней стенке центрального отверстия фланца, например на внутренней стенке раструба 3, и внешнем цилиндрическом участке кбльца

5, параллельное оси патрубка, позволяет при помощи уплотнений 9 герметично установить кольцевые тонкослойные.резинометаллические элементы 4 ортогонально оси трубопровода. Расположение стыковочных поверхностей на внутренней стенке центрального .отверстия и внешне цилиндриче45

50 ческих и натуральных тканей или на основе графитовых волокон и эпоксидных смол. Оптимальные толщины Ьд жестких армирующих слоев находятся в диапазоне

h — (0,0045-0,29) В, где  — (D-d)/2 — ширина колец, О и d— внешний и внутренний диаметры кольцевых тонкослойных резинометаллических элементов.

Упругие слои 14 связаны с жесткими армирующими слоями 13 и фланцами 11, 12, например склеиванием, и могут быть выполнены на основе высокомолекулярных соединений обладающих определенными эластичными свойствами, например. специском участке кольца 5 должно исключать сдвиговую деформацию тонкослойных резинометаллических элементов 4. расположенных равномерно по окружности. при

5 сборе соединения.

Каналами во фланце с цилиндрическим отверстием поток среды в трубопроводе преобразуется из кругового в кольцевое, затем при помощи отверстий на его внутрен10 ней стенке и кольцевых тонкослойных резинометаллических элементов 4 разбивается нэ составляющие, ортогональные оси трубопровода. Каналы в кольце 5 и кольцевые тонкослойные. резинометаллические элементы 6 разделяют эти составляющие потока на две части, движущиеся параллельно оси трубопровода в противоположных направлениях. В каналах фланца с канавкой осуществляется поворот и слияние этих составляющих в единый поток, До20 пустимо движение рабочей среды в обратном направлении.

Представленная схема установки кольцевых тонкослойных резинометэллических элементов 4 и 6 позволяет при помощи or25 раниченного набора их типоразмеров создать компенсационные виброизолирующие соединения трубопроводов произвольного диаметра, то есть осуществить унификацию.

Кольцевые тонкослойные резинометаллические элементы 4 и 6 представляют собой пакеты соединенных друг с другом и фланцами 11, 12, например склеиванием, . плоских чередующихся жестких армирующих 13 и упругих 14 слоев (см.фиг.2), с определенными физико-механическими и конструкционными характеристиками. Наиболее простой формой пакета является цилиндрическая с концентрично расположенным . цилиндрическим отверстием.

40 - Жесткие, армирующие слои 13 могут быть выполнены металлическими (сталь, латунь, титан и др.) или из композиционных материалов, например, на основе синтети1827494 альной резины или термоэластопластов с модулем сдвига G материала упругих слоев и модулем объемного сжатия К в следующих диапазонах:

G = 0,12-1,9 Mfla, K = 0,9-4,0 ГПа.

Упругие материалы с указанными характеристиками являются слабосжимаемыми, так как их коэффициент Пуассона близок к 0,5 и свойство сжимаемости, определяющее способность кольцевых тонкослойных резинометаллических элементов выдерживать большие сжимающие нагрузки, проявляется только при сжатии тонких слоев.

Степень тонкослойности определяется величиной параметра тонкослойности равного отношению толщины упругого слоя hy к ширине колец В. Возможный диапазон изменения параметра тонкослойности: д = 0,12.10 — 4,8.10, (б/р).

В тонких упругих слоях с указанными выше параметрами при сжатии проявляется 20 свойство сжимаемости, которое состоит в том, что их нормальная жесткость существенно возрастает (на 2-4 порядка), так как начинает определяться величиной модуля объемного сжатия К, который, в свою оче- 25 редь, на 2 — 4 порядка превосходит модуль сдвига G. При этом тангенциальная и крутильная жесткость по-прежнему определяется величиной модуля сдвига G.

Относительная высота пакета плоских чередующихся жестких армирующих и упругих слоев ограничена соотношением:

Н/D = 0,074 — 0,69, (б/р), где Н вЂ” высота пакета; Н = hANp, + hyny, где пА, ny — соответственно, число жестких армирующих и упругих. слоев, .а отношение толщин единичных жестких армирующих Ьд и упругих hy слоев равно пд/йу = 0,07-17,5, (б/р).

Относительный размер внутреннего отверстия ограничен соотношением 40

d/D = 0,48 — 0,95, (б/р).

Для повышения стойкости кольцевых тонкослойных резинометаллических элементов 4 и 6 к возможному воздействию агрессивных сред на их внутреннюю и 45 внешнюю поверхности может быть нанесено защитное покрытие.

Кольцевые тонкослойные резинометаллические элементы 4 и 6, выполненные в виде пакета плоских чередующихся жестких 50 армирующих и упругих слоев с определенными выше физико-механическими и конструкционными параметрами, имеют малую тангенциальную и крутильную жесткости, то есть малую жесткость связи при смещениях и поворотах фланцев 11 и 12 друг относительно друга в плоскости слоев и выдерживают большие силй сжатия в направлении перпендикулярном плоскости слоев. При этом, их тангенциальная и крутильная жесткости практически не зависят от давления среды в трубопроводе, так как, иэ-за наличия жестких -..ðìèðóþùèõ слоев. упругие слои деформируются независимо друг от друга, модуль сдвига материала упругих слоер слабо зависит от гидростатического давления, а возникающие в упругих слоях при загрузке давлением главные напряжения быстро убываютпри удалении от внутренней поверхности.

Представленная консгрукция эа счет малой тангенциальной жесткости тонкослойных реэинометаллических элементов 6 позволяет обеспечить эффективную виброизоляцию поперечных и осеаих сил и крутящего и изгибающих моментов, передаваемых от одного фл"-.íöã трубопровода к другому, в условиях высокого внутреннего давления в трубопроводе и при компенсации возможных взаимных смещЕний и поворотов фланцев трубопровода, возникающих в трубопроводе при работе связанного с нлм оборудования.

Формула изобретения

Компенсационное виброизолирующее соединение трубопровода, содержащее два соосных патр, бка, смежные концы которых снабжены фланцами со cTbfKQBo÷íütìè поверхностями с отверстиями для прохода среды и размещенные между ними кольцевые тонкослойные резинометаллические элементы, отл ич а ющеес я тем, что на цилиндрическом участке одного из фланцев выполнена канавка с размещенным в ней кольцом с каналами Т-образной формы, два противолежащих отверстия которых выходят на стыковочньГе поверхности на торцах кольца, а третье — на стыковочную поверхность на внешнем цилиндрическом участке кольца, стыковочные поверхности на боковых стенках канавки соединены отверстиями и каналами с полостью патрубка, фланец с канавкой которого размещен в центральном отверстии флайца другого патрубка, на внутренней стенке которого выполнена стыковочные поверхности, причем упомянутые стыковочные поверхности и сопрягаемые с ними стыковочные поверхности на внешнем цилиндрическом участке кольца расположены параллельно оси патрубков, 1827494

Составитель Д.Климов

Техред М.Моргентал Корректор Г.Кос

Редактор

Заказ 2350 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., а/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101