компенсатор сдвигово-поворотных перемещений

Формула изобретения

1. Компенсатор сдвигово-поворотных перемещений, содержащий сильфон(ы) с концевыми патрубками и тягу в виде круглого гибкоупругого стержня, жестко закрепленного с концевыми патрубками, отличающийся тем, что стержень установлен внутри сильфона(ов), причем продольная ось стержня совпадает с продольной осью сильфона(ов), на концах стержня дополнительно установлены втулки с радиальными ребрами, при этом ребра жестко соединены с концевыми патрубками компенсатора, а втулки жестко взаимодействуют с концами стержня с возможностью продольного перемещения.

2. Компенсатор по п.1, отличающийся тем, что каждая втулка взаимодействует с концом стержня по цилиндрической и резьбовой поверхностям.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к компенсационным устройствам систем трубопроводов, преимущественно к обвязкам нефтяных резервуаров. Известен выбираемый в качестве аналога компенсатор сдвиговых перемещений (см. каталог фирмы WITZENMAN GmbH Metallschlauck - Fabrik Pforzheim Order no 4561973 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 перестановочные усилия при компенсационных перемещениях. В реальных условиях применения обвязки нефтяных резервуаров при требуемых параметрах (Ду 400-800 мм и Ру 1,6 МПа) имеют место перемещения (деформация) стенки резервуара при заполнении и опорожнении, перемещения от осадки днища резервуара, при смещении системы трубопроводов. При использовании компенсаторов с шарнирными парами трения усилия и моменты, передающиеся на стенки резервуаров от приемо-раздаточного патрубка, значительны из-за значительных распорных усилий (до 700 кН), имеет место увеличение усилия и (или) момента при страгивании (преодоление трения покоя), имеет место постоянное возрастание нагрузок от износа шарнирных пар трения в течение срока службы.

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 5 А 5 В 6 F, включающий сильфоны с концевыми патрубками и тяги в виде, по крайней мере, трех гибко-упругих стержней круглого поперечного сечения, жестко закрепленных на концевых патрубках и расположенных вокруг сильфонов.

В известном компенсаторе решается задача снижения нагрузок на стенки резервуаров, вызванных сдвигающими перемещениями, так как конструкция прототипа построена на принципе упругого пространственного параллелограмма, обеспечивающего только сдвиговые перемещения в плоскости при невозможности компенсировать угловые перемещения. Кроме того, при установке компенсаторов в систему обвязки резервуаров имеют место монтажные деформации, вызванные как сварочными напряжениями при приварке компенсаторов в систему, так и наличием необходимого зазора между патрубком компенсатора и трубопроводом. При этом стержень прототипа, жестко закрепленный на патрубках, дополнительно нагружается за счет утяжки сварного шва и компенсации зазора, что может привести к аварийной ситуации.

Задача - создание компенсатора сдвигово-поворотных перемещений с незначительным сопротивлением при компенсационных перемещениях сдвига и поворота, а также устранение влияния монтажных деформаций на нагрузочную способность стержня.

Сущность компенсатора сдвигово-поворотных перемещений, содержащего сильфон(ы) с концевыми патрубками и тягу, в виде круглого гибко-упругого стержня, жестко закрепленного с концевыми патрубками, согласно предлагаемому решению, заключается в том, что стержень установлен внутри сильфона(ов), причем продольная ось стержня совпадает с продольной осью сильфона(ов), на концах стержня дополнительно установлены втулки с радиальными ребрами, при этом, ребра жестко соединены с концевыми патрубками, а втулки жестко взаимодействуют с концами стержня с возможностью продольного перемещения. Вместе с тем, каждая втулка взаимодействует с концом стержня по двум поверхностям: резьбовой и цилиндрической, при этом резьба на концах имеет разное направление.

В предлагаемом решении упругий стержень, установленный по оси компенсатора, обеспечивает как угловые, так и сдвиговые взаимные перемещения концевых патрубков с минимальным сопротивлением перемещению. Связь стержня с патрубками обеспечивается через втулки с радиальными ребрами, которые жестко установлены между патрубками и втулками. Взаимодействие каждой из втулок с концами стержня осуществляется по двум поверхностям: резьбовой различного направления на каждом конце и цилиндрической. Цилиндрические поверхности контактной пары втулка-стержень обеспечивают силовое замыкание при упругой деформации рабочих перемещений стержня (угловых и сдвиговых). Резьбовые поверхности с правой и левой резьбой на концах обеспечивают осевую фиксацию для восприятия распорного усилия трубопровода, а также возможность регулирования строительной длины компенсатора для выборки монтажного зазора и устранения влияния монтажных деформаций при установке компенсатора в систему. При этом происходит незначительная осевая деформация сильфона, как правило, в пределах допуска на длину компенсатора. С целью устранения деформации резьбовой поверхности контактной пары при рабочих упругих перемещениях стержня (сдвиг и поворот компенсатора) зазор в резьбовом сопряжении целесообразно увеличить по сравнению с обычным крепежным резьбовым соединением.

Компенсатор сдвигово-поворотных перемещений поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид компенсатора, на фиг.2 - продольный разрез компенсатора, на фиг.3 - фрагмент узла соединения втулка-стержень.

Компенсатор сдвигово-поворотных перемещений включает в себя сильфоны 1 с концевыми патрубками 2, жестко связанными с втулками 3 через радиальные ребра 4, втулки 3 взаимодействуют с каждым концом стержня 5 по двум поверхностям: цилиндрической 6 и резьбовой 7.

Таким образом, в компенсаторе сдвигово-поворотных перемещений стержень воспринимает распорное усилие трубопровода. За счет упругой деформации стержня обеспечиваются рабочие перемещения патрубка в плоскости, перпендикулярной оси компенсатора, и угловые перемещения, относительно любой оси, лежащей в этой плоскости. Кроме того, за счет соединений с правой и левой резьбой стержня и втулок обеспечивается возможность регулирования длины стержня и, соответственно, строительной длины компенсатора для устранения влияния монтажных деформаций и обеспечения качества сварного соединения компенсатора с трубопроводом при выборке монтажного зазора.