Компенсирующее устройство

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и предназначено для компенсации линейных перемещений трубопроводов высокого давления. Части корпуса устройства представляют собой два массивных круглых тела, одно выполнено в виде толстостенного кольца, второе - в виде полого толстостенного цилиндра, в теле которых с внутренней стороны выполнены проточки, в одной из которых размещен элемент уплотнения. Части корпуса охватывают металлическую втулку и соединены между собой и с фланцем запорно-регулирующей арматуры. В центральной части на внешней стороне втулки выполнен выступ, расположенный перпендикулярно оси втулки, а ответной частью для выступа втулки служит проточка с внутренней стороны части корпуса и с шириной, определяемой величиной линейной компенсации. Торец втулки выступает из корпуса и присоединяется к трубопроводу. Расширяет арсенал технических средств. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Заявляемое изобретение относится к компенсационным устройствам трубопроводов и аппаратов, работающих под давлением, и предназначено для обеспечения упрощения монтажа и демонтажа запорно-регулирующей арматуры, замены прокладок и т.д.

Известны линзовые компенсаторы к трубопроводам [авт. свид. SU №139886], состоящие из двух податливых элементов в виде пластинчатых колец, соединенных с трубами и внешней обоймой.

Такие компенсаторы применяются для трубопроводов низкого давления, транспортирующих пар, газ, воздух, воду и т.д., и не пригодны для работ при высоких давлениях.

Известны также волнистые компенсаторы [Фролов В.Н. Волнистые компенсаторы для теплообменных аппаратов и трубопроводов. М., 1966, с.10]. Эти компенсаторы содержат гибкий элемент в виде тонкостенной полой оболочки-линзы.

Недостатком такого компенсатора является низкая несущая способность по внутреннему давлению ввиду низкой прочности гибкого элемента. Повышение прочности гибкого элемента за счет увеличения толщины его стенки ведет к повышению жесткости и снижению компенсирующей способности.

Известны также компенсаторы перемещений [патент США №2481472, кл.285-225, опублик.1948. Сильфоны металлические. Однослойные компенсаторы. Волнистый осевой компенсатор КВО. Компенсаторы волнистые, их расчет и применение. - М.: ВНИИОЭНТ, 1965, с.47-49, рис.20а].

Однако и они характеризуются сравнительно невысоким максимально допустимым рабочим давлением и высокой металлоемкостью.

Известны также сильфонные компенсаторы деформаций трубопроводов [патент RU №2122148].

Однако данному техническому решению также присущи описанные выше недостатки.

Известно также компенсационное устройство [патент Чехословакии № 122998, кл. F16L 51/02, 1959], содержащее эластичную резиновую трубу с фланцами, с двумя ободами жесткого крепления, охватывающими цилиндрические части резиновой трубы, внешние торцы которых соединены с опорными кольцами, а внутренние торцы, расположенные у фальца растяжения, имеют кольцевую отбортовку или усиливаются кольцами из пруткового материала. Фланцы резиновой эластичной трубы, опорные кольца и фланцы трубопровода жестко скреплены на шпильках с гайками.

Недостатки данного технического решения заключаются в том, что конструкция не обеспечивает жесткости компенсатора в планово-высотной ее ориентации, ободы жесткого крепления не защищают фальцевую часть от механических повреждений и атмосферных воздействий, компенсационное устройство легко доступно для умышленных повреждений, что приводит к быстрой изнашиваемости компенсатора в целом. Фальцевая часть компенсатора испытывает значительное неравномерное радиальное расширение под давлением и создает условия гидравлического удара, а это приводит к быстрому износу компенсатора и трубопровода в целом и к разрывам по стыкам трубопровода.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является втулочный компенсатор [патент RU №2083907]. Он состоит из эластичной резиновой втулки, которая по всей длине имеет форму цилиндра с фланцами на концах. Компенсатор имеет ободы жесткого крепления, выполненные в виде кожуха, закрывающего всю наружную поверхность втулки. Кожух состоит из двух телескопических входящих друг в друга труб своими смежными внутренними торцами. Эластичная резиновая втулка в зоне большого диаметра трубы кожуха снабжена пружиной, нанизанной на втулку, или выполнена в цельнолитом исполнении с армированной пружиной, вместо нанизанной поверх втулки, образуя компенсирующую часть эластичной резиновой части трубы втулки между фланцем втулки и внутренней торцевой гранью труб меньшего диаметра кожуха. Кожух из труб выполнен из металла или пластмассы из термостойких компонентов, защищающих от возгорания, температурных воздействий и химических реагентов. Опорные кольца кожуха и фланцы трубопровода зажимают фланцы эластичной резиновой втулки при скреплении шпильками с гайками. Конструкция втулочного компенсатора с кожухом и пружиной, нанизанной на втулку также, как и вариант втулочного компенсатора с кожухом с армированной эластичной резиновой частью трубы втулки, выполненной в цельнолитом исполнении пружиной, позволяет рассеять сосредоточенный гидравлический удар на армированную длину эластичной резиновой втулки и в целом всего трубопровода, устраняет недостатки в планово-высотной ориентации трубопровода по длине компенсатора за счет жесткости последнего. Устраняется воздействие атмосферных и химических реагентов, механических повреждений, в том числе и умышленных за счет ограждения кожухом эластичной резиновой втулки устраняются чрезмерные радиальные расширения в компенсирующей части втулки за счет пружины. Это позволяет продлить срок службы компенсатора и трубопровода в целом, сокращаются эксплуатационные расходы на замену втулок компенсаторов. Сборка втулочного компенсатора производится предварительно в цехах по диаметрам проектируемых трубопроводов. Монтаж трубопровода ведется обычным путем с одновременной установкой компенсатора с помощью скрепления фланцев кожуха с фланцами трубопровода со стяжкой вместо прокладки резиновых фланцев эластичной резиновой втулки. Разметка и изготовление отверстий фланцев трубопровода, кожуха и фланцев втулки выполняются в цехах подготовки к сборке трубопроводных компенсаторов. Подготовленный трубопровод вместе с втулочными компенсаторами опрессовывается и принимается к эксплуатации.

Однако у данного технического решения остались следующие недостатки: относительно большие габариты, наличие некомпенсирующей части резиновой трубы; невозможность работы под вакуумом из-за наличия неармированной части резиновой трубы. Из-за отсутствия ограничителя перемещения фланцев при неправильной установке возможен разрыв эластичной резиновой трубки. Из-за невысокой технической прочности и выносливости резины остается возможность работы только при низком рабочем давлении.

Задачей заявляемого технического решения является возможность работы в широком диапазоне высоких рабочих давлений при относительно небольшой длине компенсирующего устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что в компенсирующем устройстве, имеющем втулку в виде цилиндра, крепежные элементы, ободы жесткого крепления, выполненные в виде двух частей корпуса, охватывающих цилиндрическую часть втулки, части корпуса представляют собой два массивных круглых тела, одно из которых выполнено в виде толстостенного кольца, другое - в виде полого толстостенного вытянутого цилиндра, в теле которых с внутренней стороны выполнены проточки, в одной из которых помещен элемент уплотнения, и каждая из частей корпуса выполнена по типу фланцевого соединения с возможностью прочного контакта их между собой и с фланцем запорно-регулирующей арматуры крепежными элементами, протяженность втулки превышает протяженность корпуса, обеспечивая выход части втулки за торцевую часть корпуса с возможностью прочного присоединения к магистральному трубопроводу, а на внешней цилиндрической стороне втулки выполнен выступ, расположенный в центральной части ее и ориентированный перпендикулярно оси втулки, причем ответной частью для выступа втулки служит проточка, расположенная с внутренней стороны второй части корпуса с шириной, определяемой заданной величиной линейной компенсации и обеспечивающей заход в нее выступа, а втулка выполнена металлической.

Кроме того, компенсирующее устройство имеет стопорное кольцо и защитные кольца, положение последних обеспечено проточками в частях корпуса.

Техническим результатом заявляемого устройства является долговечность, снижение трудоемкости монтажа и демонтажа запорно-регулирующей арматуры на трубопроводах, а также возможность установки данного компенсирующего устройства на трубопроводы с высокими рабочими давлениями - до 32 МПа и выше, работа как при вакууме, так и под избыточным давлением. Отсутствие надежных фланцевых компенсаторов линейных перемещений частей газопроводов, трубопроводов и механизмов, работающих с высокими давлениями, позволяет считать данное решение оригинальным. Это объясняется прежним опытом авторов, конструировавших ранее другие разные фланцевые устройства и способных поэтому решить поставленную задачу. Значительное упрочнение заявляемой конструкции обеспечили изобретению не массивность конструкции, а ее надежность за счет отсутствия прогиба частей компенсирующего устройства в отличие от наиболее близкого аналога, где это не исключается, поскольку в нем были использованы тонкостенные трубы. Ненадежность резиновой втулки у наиболее близкого аналога также неприемлема на высоких давлениях из-за возможного разрыва. В заявляемом устройстве разработан механизм замены применительно к выполнению этого конструктивного замысла и механизм укрепления ее в надежном корпусе.

Заявляемое решение поясняется с помощью чертежа, на котором показан поперечный разрез компенсирующего устройства, где позициями 1-11 обозначены:

1 - втулка;

2 - выступ втулки;

3, 9 - первая и вторая, левая и правая части корпуса;

4 - элемент для уплотнения - круглое резиновое кольцо, манжета или др.;

5, 7 - кольцо защитное;

6 - кольцо стопорное;

8 - фланец запорно-регулирующей арматуры;

10 - шпильки;

11 - гайка.

Заявляемое устройство содержит втулку 1, представляющую из себя металлическую цилиндрическую полую трубку с выступом втулки 2, упирающимся в первую часть корпуса 3, который представляет из себя кольцо, имеющее центральное отверстие для перемещения втулки 1 и крепежные отверстия.

Во второй части корпуса 9, представляющей из себя цилиндр, имеется два центральных, соосно расположенных отверстия для перемещения в нем втулки 1. Внутри второй части корпуса 9 установлены элемент для уплотнения 4 и кольцо защитное 5.

Наружная поверхность втулки 1 имеет канавку под кольцо стопорное 6, которое фиксирует первую часть корпуса 3 в крайнем левом положении. Внутри первой части корпуса 3 установлено защитное кольцо 7. Защитное кольцо 5 защищает элемент для уплотнения 4 от воздействия механических частиц, содержащихся в транспортируемой среде, а кольцо защитное 7- от пыли и грязи из окружающей среды. Элемент для уплотнения 4 служит уплотнителем втулки 1. Первая часть корпуса 3 имеет отверстия для соединения со второй частью корпуса 9 и с фланцем запорно-регулирующей арматуры 8 с помощью шпилек 10 стайками 11.

Устройство работает следующим образом: компенсирующее устройство присоединяется первой частью корпуса 3 к фланцу запорно-регулирующей арматуры 8 с помощью шпилек 10, а втулка 1, которая находится в крайнем левом положении, приваривается к трубопроводу. При необходимости демонтажа арматуры крепежное соединение - шпилька 10 и гайка 11 разбирается, снимается стопорное кольцо 6 и сдвигается первая часть корпуса 3 влево до упора. В результате чего между второй частью корпуса 9 и арматурой образуется зазор, что позволяет снять арматуру без отжима фланцев запорно-регулирующей арматуры 8 с помощью дополнительных механизмов. Это значительно упрощает и облегчает демонтаж арматуры.

В качестве элемента 4 для уплотнения могут быть использованы резиновые кольца круглого сечения, резиновые манжеты для гидравлических или пневматических устройств и др.

В качестве защитных колец 5, 7 могут быть использованы сальниковые войлочные кольца, резиновые грязесъемные кольца и др.

Описанное компенсирующее устройство собрано в цехах завода «Газпроммаш» - г.Саратов, апробировано в условиях эксплуатации при 32 МПа с успешным результатом. При других, более совершенных уплотнителях по материалу, апробация устройств продолжается с целью расширения диапазона в сторону более высоких давлений.

1. Компенсирующее устройство, имеющее втулку в виде цилиндра, крепежные элементы, ободы жесткого крепления, выполненные в виде двух частей корпуса, охватывающих цилиндрическую часть втулки, отличающееся тем, что части корпуса представляют собой два массивных круглых тела, одно из которых выполнено в виде толстостенного кольца, второе - в виде полого толстостенного вытянутого цилиндра, в теле которых с внутренней стороны выполнены проточки, в одной из которых помещен элемент уплотнения, и каждая из частей корпуса выполнена по типу фланцевого соединения с возможностью прочного контакта их между собой и с фланцем запорно-регулирующей арматуры крепежными элементами, протяженность втулки превышает протяженность корпуса, обеспечивая выход части втулки за торцевую часть корпуса с возможностью прочного присоединения к магистральному трубопроводу, а на внешней цилиндрической стороне втулки выполнен выступ, расположенный в центральной части ее и ориентированный перпендикулярно оси втулки, причем ответной частью для выступа втулки служит проточка, расположенная с внутренней стороны второй части корпуса с шириной, определяемой заданной величиной линейной компенсации и обеспечивающей заход в нее выступа, а втулка выполнена металлической.

2. Компенсирующее устройство по п.1, отличающееся тем, что оно имеет стопорное кольцо и защитные кольца, положение последних обеспечено проточками в частях корпуса.