компенсатор сдвигово-поворотных перемещений

Формула изобретения

Компенсатор сдвигово-поворотных перемещений, содержащий сильфоны с концевыми фланцами и тяги в виде плоских направляющих, расположенных вдоль продольной оси сильфонов, отличающийся тем, что упругие плоские направляющие установлены параллельно в одной плоскости, проходящей через продольную ось сильфонов, и шарнирно закреплены на концевых фланцах, при этом оси шарниров перпендикулярны плоскости расположения тяг, вместе с тем, упругие плоские направляющие снабжены накладками, жестко фиксирующими их на концах тяг, а концевые фланцы выполнены с пазами для размещения тяг и обеспечения шарнирного соединения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к компенсационным устройствам систем трубопроводов, преимущественно к обвязкам газонефтеперекачивающих станций.

Известен выбираемый в качестве аналога компенсатор сдвиговых перемещений (см. каталог фирмы WITZENMAN GmbH Metallschlauck - Fabrik Pforzheim Order, no 456, 1973, edition HYDRA Handbook Expansion Joints; патент ФРГ 2903570, МКИ F 16 L 27/02, опубликован 08.05.80, заявка от 31.01.79; каталог фирмы HAWIKO Kompensatoren - und Apparatebau GmbH and Co, KG, фиг.50), содержащий два сильфона с концевыми фланцевыми элементами и тяги, при этом тяги соединены с концевыми фланцевыми элементами через шарнирные пары трения, образованные крестовинами.

Причиной, препятствующей использованию известных компенсаторов, являются значительные жесткость и, соответственно, перестановочные усилия при компенсационных перемещениях. В реальных условиях применения (обвязки газонефтеперекачивающих станций) при требуемых параметрах (Ду 400-1000 мм и Ру 7,5 МПа) в трубопроводах возникают значительные распорные усилия (1200-6000 кН), при этом перестановочные усилия компенсаторов, являясь функцией распорного усилия, при использовании в тягах пар трения также значительны (120-600 кН). Известные компенсаторы находят применение в условиях статических перемещений трубопроводов, но для защиты агрегатов в условиях динамических воздействий требуются компенсаторы малой жесткости.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности признаков к заявляемому объекту является компенсатор для труб (Pipe Compensator), акцептованная заявка Великобритании 1450555, заявлено 29.11.73, опубликовано 22.09.76. Приоритет Швейцарии, конвенционная заявка 17406/72 от 29.11.72. МКИ F 16 L 51/00,51/02, 51/04. НКИ F 2 G 5А 5В 6F, включающий сильфоны с концевыми фланцами и тяги в виде плоских направляющих, жестко закрепленных на концевых фланцах и расположенных вдоль оси сильфона.

В известном компенсаторе решается задача снижения жесткости компенсатора и, соответственно, перестановочного усилия на механизмы и трубопровод от воздействия динамических и статических нагружений сдвига в одном направлении, перпендикулярном плоскости плоских тяг (направляющих). Известный компенсатор, выбранный в качестве прототипа, построен на принципе упругого параллелограмма, который обеспечивает только сдвиговые перемещения с малыми усилиями за счет упругой деформации плоских направляющих, но не обеспечивает угловых (поворотных) перемещений. В реальных условиях при номинальной мощности насосного агрегата 2500 кВт создаются значительные динамические нагрузки. При этом развязка агрегата с трубопроводом с помощью компенсатора требует обеспечения компенсационных перемещений сдвига в одном направлении в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось компенсатора, а также поворотных (угловых) перемещений с осью поворота, перпендикулярной плоскости сдвига. Перестановочные усилия при этих перемещениях должны быть минимальны. Кроме того, целесообразно дополнительное компенсационное перемещение сдвига в направлении, перпендикулярном основному сдвигу. Это перемещение является малоцикловым, статическим, вызывается неравномерностью осадки опор крепления трубопровода.

Задача - создание компенсатора сдвигово-поворотных перемещений малой жесткости при обеспечении сдвиговых и поворотных (угловых) перемещений в одном направлении, а также сдвиговых перемещений в перпендикулярном направлении при возможном снижении требований к жесткости в этом направлении.

Сущность компенсатора сдвигово-поворотных перемещений, содержащего сильфоны с концевыми фланцами и тяги в виде плоских направляющих, расположенных вдоль продольной оси сильфонов, согласно предлагаемому решению заключается в том, что упругие плоские направляющие установлены параллельно в одной плоскости, проходящей через продольную ось сильфонов, и шарнирно закреплены на концевых фланцах, при этом оси шарниров перпендикулярны плоскости расположения тяг. Вместе с тем упругие плоские направляющие снабжены накладками, жестко фиксирующими их на концах тяг, а концевые фланцы выполнены с пазами для размещения тяг и обеспечения шарнирного соединения.

В предлагаемом решении две плоские направляющие, установленные параллельно и лежащие в плоскости, проходящей через продольную ось сильфонов, обеспечивают сдвиг в одном направлении с минимальным перестановочным усилием. Поворот (угловое перемещение) относительно оси, перпендикулярной плоскости, образованной общей осью сильфонов, и направление сдвига также осуществляются за счет деформации плоской направляющей в условиях минимальной жесткости. Компенсационное перемещение сдвига, вызываемое неравномерностью осадки опор крепления трубопровода, имеющее возможное направление, перпендикулярное основному направлению сдвига, осуществляется за счет шарнирного крепления тяг. Тяги образуют шарнирный параллелограмм, расположенный в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения упругих направляющих. Значительные нагрузки на шарнирах от распорного усилия в трубопроводе, а также малая толщина упругих направляющих (плоских пружин) вызывают значительные контактные напряжения. С целью снижения напряжений в паре упругая направляющая - ось шарнира и перераспределения нагрузок на концах упругих направляющих установлены накладки с дополнительной фиксацией упругих направляющих. Тяги вставляются в пазы концевых фланцев и фиксируются осями, образовывая параллелограмм для обеспечения возможных статических перемещений сдвига. Кроме того, шарнирное соединение тяг обеспечивает чисто осевые нагрузки последних, не вызывая "схлапывания" упругой направляющей (плоской пружины), которое могло бы возникнуть при жестком креплении ввиду наличия погрешностей изготовления и монтажа, а также изгибной деформации концевых фланцев, воспринимающих распорные усилия.

Компенсатор сдвигово-поворотных перемещений поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид компенсатора, на фиг.2 - вид сверху, на фиг.3 - фронтальная проекция компенсатора.

Компенсатор сдвигово-поворотных перемещений включает в себя сильфоны 1, взаимодействующие с концевыми фланцами 2, имеющими пазы 3, в которые вставлены тяги 4, тяга 4 выполнена в виде плоской направляющей и содержит плоскую пружину 5, накладки 6, установленные на концах тяг с двух сторон и жестко фиксирующие плоскую пружину 5 чистыми болтами 7, шарнирное соединение тяг 4 с концевыми фланцами 2 обеспечено установкой осей 8.

Таким образом, в компенсаторе сдвигово-поворотных перемещений тяги воспринимают распорное усилие трубопровода; за счет упругой деформации двух плоских пружин, лежащих в одной плоскости, обеспечиваются с малыми усилиями перемещения как сдвига в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения плоских направляющих, так и угловые перемещения с осью поворота, перпендикулярной плоскости, образованной осью сильфонов и направлением перемещения сдвига, в условиях статического и динамического нагружения компенсатора. Кроме того, за счет шарнирного параллелограмма обеспечивается статическое перемещение сдвига в направлении, перпендикулярном упругому сдвигу. Эти перемещения малоцикловые и носят случайный характер.