Сильфонный компенсатор температурных деформаций трубопроводов

 

Использование: компенсация температурных деформаций магистральных трубопроводов. Сущность изобретения: сильфонный компенсатор температурных деформаций трубопровода содержит фланцы, сильфон с гофрами с силовыми кольцами в их впадинах, обтекатель, ограничительные упоры и защитный корпус. Ограничительные упоры выполнены в виде цилиндрических сегментов с бортиками и размещены между обтекателем и сильфоном с охватом с зазором группы гофров бортиками. Зазор равен допустимой величине деформации гофров. Радиальный зазор между фланцем и защитным корпусом равен допустимой величине поперечного сечения фланца. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для компенсации температурных деформаций, преимущественно магистральных трубопроводов.

Известны компенсаторы температурных деформаций трубопроводов, по которым под давлением транспортируется рабочая среда (авт. свид. СССР N 580399). Он содержит сильфон, приваренный к патрубкам, два шарнирных узла, два упругих стержня, которые одним своим концом через стойку соединяются с патрубком, а другим входят в направляющие, приваренные к патрубку. На кольцах, армирующих сильфон, в средней ее части, расположены ролики, по которым перемещаются упругие стержни. Ход упругих стержней ограничивают упоры.

Устройство обеспечивает компенсацию линейных и угловых перемещений труб, однако не защищает сильфон от неравномерного растяжения и сжатия гофр, ошибок при монтаже и внешних воздействий.

Известен сильфонный компенсатор, предназначенный для восприятия температурных деформаций трубопроводов, возникающих от теплового расширения под действием окружающей среды. Он содержит приваренные к фланцам несколько сильфонов с установленными в их впадинах кольцами, укрепленные на фланцах разгрузочные тяги с ограничительными упорами, сферические шайбы, расположенные на тягах для устранения изгиба тяг при деформации компенсатора, и защитный корпус, закрывающий компенсатор снаружи, выполненные в виде полого цилиндра, одним концом жестко закрепленного к фланцу сильфона, а другой его конец свободно расположен над смежным с корпусом фланцем сильфона (авт. свид. СССР N 156390). Данное устройство может быть применено в магистральных трубопроводах.

Данное устройство не имеет надежной защиты от поперечных смещений фланцев, от монтажных ошибок, от чрезмерного сжатия. Не полностью решена проблема ограничения поперечного смещения сильфона от выпячивания гофров под давлением транспортируемой среды и продольного изгиба. Трение гофров о тяги в условиях действия всех агентов внешней среды, например абразивной пыли, инея и др. может привести к заклиниванию ограничительного упора. Не обеспечена также достаточная равномерность деформации гофров особенно при растяжении сильфона.

Задача изобретения создание сильфонного компенсатора, обеспечивающего компенсацию линейных и угловых смещений, а также ограничение поперечных смещений, возникающих в магистральных трубопроводах под воздействием изменений климатических условий и в процессе монтажа, а также надежную защиту от чрезмерного сжатия гофр, поперечного выпячивания и неравномерности их деформации особенно при растяжении сильфона.

Задача решена за счет того, что компенсатор снабжен расположенными между обтекателем и сильфоном ограничительными упорами в виде цилиндрических сегментов с боковыми бортиками, винтами с коническими концами, при этом цилиндрическая поверхность сегментов скользяще сопряжена с наружной поверхностью обтекателя, боковые бортики сегментов размещены между гофрами сильфона с охватом группы гофров с зазором, равным суммарно допустимой величине их деформации, а радикальный зазор между фланцем и защитным корпусом равен допустимой величине поперечного смещения фланцев, причем свободный конец защитного корпуса выполнен с утолщением, имеющим радиальные прорези и резьбовые отверстия вдоль оси защитного корпуса, а смежный с ним фланец имеет входящие в радиальные прорези защитного корпуса радиальные выступы с образованием осевого зазора, равного диапазону смещения фланцев при компенсации, а боковые поверхности выступов имеют конические углубления, в которых размещены конические концы ввернутых в резьбовые отверстия защитного корпуса винтов. Перед сварными швами, соединяющими сильфон с фланцами, выполнены паяные соединения.

Технический результат повышение таких технических характеристик компенсатора, как диапазон растяжения и сжатия при компенсации, допустимые усилия растяжения и сжатия при превышении диапазона компенсации, допустимое поперечное усилие, количество циклов растяжения и сжатия, температурный диапазон, спектр рабочих сред, надежность монтажа, что позволяет увеличить его долговечность, а значит и повысить срок службы магистральных трубопроводов и снизить вероятность аварий на них.

На чертеже представлено схематичное изображение предлагаемого сильфонного компенсатора.

Сильфонный компенсатор содержит сильфон 1, приваренный к фланцам 2 и 3, силовые кольца 4, защитный корпус 5, который одним своим концом жестко соединен с фланцем 3 сваркой с предварительной установкой штифта 6. Свободный конец защитного корпуса 5 выполнен с утолщением 7, имеющим радиальные прорези 8 и резьбовые отверстия 9 вдоль оси корпуса 5. Смежный с корпусом 5 фланец 2 выполнен с радиальными выступами 10, входящими в радиальные прорези 8. Боковые поверхности выступов 10 выполнены с коническими углублениями 11. В резьбовые отверстия 9 ввернуты винты 12 с коническими концами, входящими в конические углубления 11 выступов 10. Для уменьшения гидравлического сопротивления и механической защиты внутренней поверхности сильфона внутри его установлен обтекатель 13. Между последним и сильфоном 1 расположены ограничительные упоры 14, выполненные в виде сегментов со скользящей цилиндрической поверхностью, сопряженной с наружной поверхностью обтекателя 13, и боковыми бортиками 15. Боковые бортики 15 сегментов размещены между гофрами сильфона 1 с охватом группы гофр с зазором 16. Количество охватываемых гофр составляет 3 или 4 в каждой группе. Ограничительные упоры 14 размещают в гофрах так, что каждый последующий упор захватывает своим бортиком 15 2 3 гофра из предыдущей группы гофров. Такое размещение упоров 14 способствует повышению степени равномерности деформации гофров при их перемещении. Перед сварными швами 17, с помощью которых приварен сильфон 1 к фланцам 2 и 3, выполнены паяные соединения 18, что позволяет повысить работоспособность сильфона в условиях экстремальных нагрузок и агрессивных сред.

Радиальные выступы 10 входят в радиальные прорези 8 корпуса 5 так, что образуют с внутренними торцевыми поверхностями прорезей 8 суммарный осевой зазор, равный диапазону смещения фланцев при компенсации. Между наружной поверхностью фланца 2 и внутренней поверхностью корпуса 5 образован радиальный зазор 19, равный допустимой величине поперечного смещения фланцев 2 и 3 при компенсации.

Наличие силовых колец 4 во впадинах сильфона 1 предназначено для восприятия ими внутреннего давления рабочей среды в трубопроводе. Силовые кольца 4 выполнены так, что расстояние между их ближайшими боковыми стенками равно допустимой величины деформации гофра при сжатии сильфона, что повышает равномерность деформации гофр при их сжатии.

Расположение ограничительных упоров 14 на обтекателе 13 позволяет предотвратить радиальное выпячивание средней части сильфона 1, а наличие зазоров 16 в них предотвращает чрезмерное растяжение групп охватываемых ими гофров.

Перед тем как приварить сильфон 1 к фланцам 2 и 3 в местах, предназначенных к сварке, поверхности фланцев зачищают под пайку, устанавливают припой в зону 18. Осуществляют сварку концов сильфона с фланцами, а затем пайку в печи.

Перед монтажом, заключающимся в сварке компенсатора с трубами, с помощью винтов 12 устанавливают зазоры в прорезях 8. Их величину рассчитывают в зависимости от окружающей температуры при монтаже, длины и характеристик сопрягаемых труб, а также конструктивных и гидрогеологических параметров их укладки. После монтажа винты 12 выворачивают и выступы 10 получают свободу перемещения во всем диапазоне работы компенсатора.

Поперечные смещения, которые могут возникнуть, например, при подмывке одной из труб, ограничиваются выборкой зазора 19 между фланцем 2 и корпусом 5.

Компенсатор работает следующим образом.

При температурных изменениях длины труб, например при сжатии их при понижении температуры окружающей среды, фланцы 2 и 3 смещаются друг относительно друга, растягивая гофры сильфона 1. Если вследствие разницы в толщине гофров или иных причин какая-либо из групп гофров растягивается больше допустимого, то дальнейшее их растяжение ограничивается бортиками 15 ограничительных упоров 14. Бортики 15 препятствуют чрезмерному растяжению охватываемых ими групп гофров, причем размещение упоров 14 с перекрытием смежных групп обеспечивает наилучшую равномерность деформации гофров. Растяжение компенсатора 1 ограничивается при полной выборке зазора в прорези 8. При дальнейшем понижении температуры усилие растяжения компенсатора в допустимых пределах принимет на себя корпус 5, порочность которого соответствует прочности сопрягаемых труб.

При сжатии компенсатора в пределах рабочего диапазона роль ограничителей деформации гофров выполняют силовые кольца 4, которые соприкасаются своими боковыми стенками. Выпячивание центральной части сильфона от продольного изгиба, внутреннего давления и веса сильфона с транспортируемой через трубопровод средой ограничивается упорами 14, центрируемыми обтекателем 13, который рассчитан на соответствующую силовую нагрузку. Обтекатель 13 позволяет ограничительным упорам 14 свободно перемещаться вдоль компенсатора при его работе. Свободное перемещение обтекателя 13 в выточках фланцев 2 и 3 обеспечивает уменьшение неравномерности осевой нагрузки на различные участки сильфона.

Наличие паяных соединений 18 перед сварными швами 17, соединяющими сильфон 1 с фланцем 2 и 3, полностью исключает негерметичность даже при образовании трещиноватости сварных швов. Это обеспечивает работу компенсатора в условиях циклических нагрузок и агрессивных сред в течение длительного периода времени.

Таким образом, благодаря описанным выше конструктивным особенностям сильфонного компенсатора, значительно повышены основные его технические характеристики, что позволяет увеличить срок службы магистральных трубопроводов и снизить вероятность аварий на них.

Формула изобретения

1. Сильфонный компенсатор температурных деформаций трубопровода, содержащий приваренный к фланцам сильфон с гофрами, расположенные в его впадинах силовые кольца, помещенный внутри сильфона обтекатель, ограничительные упоры и выполненный в виде полого цилиндра защитный корпус, один конец которого жестко скреплен с фланцем сильфона, а другой свободный конец защитного корпуса образует зазор с вторым фланцем, отличающийся тем, что компенсатор снабжен расположенными между обтекателем и сильфоном ограничительными упорами в виде цилиндрических сегментов с боковыми бортиками, винтами с коническими концами, при этом цилиндрическая поверхность сегментов скользяще сопряжена с наружной поверхностью обтекателя, боковые бортики сегментов размещены между гофрами сильфона с охватом группы гофров с зазором, равным суммарно допустимой величине их деформации, а радиальный зазор между фланцем и защитным корпусом равен допустимой величине поперечного смещения фланцев, причем свободный конец защитного корпуса выполнен с утолщением, имеющим радиальные прорези и резьбовые отверстия вдоль оси защитного корпуса, а смежный с ним фланец имеет входящие в радиальные прорези защитного корпуса радиальные выступы с образованием осевого зазора, равного диапазону смещения фланцев при компенсации, а боковые поверхности выступов имеют конические углубления, в которых размещены конические концы ввернутых в резьбовые отверстия защитного корпуса винтов.

2. Компенсатор по п.1, отличающийся тем, что перед сварными швами, соединяющими сильфон с фланцами, выполнены паяные соединения.

РИСУНКИ

Рисунок 1