Компенсационное виброизолирующее соединение трубопровода

Компенсационное виброизолирующее соединение трубопровода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: трубопроводная техника , компенсационные виброизолирующие соединительные устройстве трубопроводов . Сущность изобретения: соединение состоит из установленного между концами трубопровода 1 с раструбами 2 дополнительного патрубка 5, взаимодействующего с 4 56 раструбами 2 через кольцевые резинометаллические элементы 4, установленные со сжатием на стыковочных поверхностях патрубка 5 и раструбов 2 в месте расположения отверстий в патрубке 5 и раструбах 2. Стыковочные поверхности раструбов 2 и патрубка 5 расположены на боковых поверхностях патрубов 2 и патрубка 5, параллельно и попарно-симметричноТих оси, а пары стыковочных поверхностей на концах патрубка 5 размещены во взаимно перпендикулярных плоскостях, что обеспечивает возможность поперечного и продольного взаимоперемещения раструбов 2 при вибрации трубопровода 1 за счет податливости эластичных слоев резинометаллических элементов 4 в направлении плоскостей их металлических колец. 9 ил. 4 СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s F F16 1. 51/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4786505/29 (22) 29.01.90 (46) 15.12.92. Бюл. М 46 (71) Институт машиноведения им. А.А. Благонравова (72) Д.В. Климов, С.В. Кравченко, А.В. Кирюхин, В;П. Мальцев и Н.Г. Яковлев (56) Авторское свидетельство СССР

М 1689716, кл. F 16 (51/00, 1989.. (54) КОМПЕНСАЦИОННОЕ ВИБРОИЗОЛИРУЮЩЕЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБОПРОВОДА (57) Использование: трубопроводная техника, компенсационные виброизолирующие соединительные устройства трубопроводов. Сущность изобретения: соединение состоит из установленного между концами трубопровода 1 с раструбами 2 дополнительного патрубка 5, взаимодействующего с,, Ы,, 1781499 А1 раструбами 2 через кольцевые резинометаллические элементы 4, установленные со сжатием на стыковочных поверхностях патрубка 5 и раструбов 2 в месте расположения отверстий в патрубке 5 и раструбах 2. Стыковочные поверхности раструбов 2 и патрубка 5 расположены на боковых поверхностях патрубов 2 и патрубка 5, параллельно и попарно-симметричноих оси, а пары стыковочных поверхностей на концах патрубка 5 размещены ва взаимно перпендикулярных плоскостях, что обеспечивает возможность поперечного и продольного взаимоперемещения раструбов 2 при вибрации трубопровода 1 за счет податливости эластичных слоев резинометаллических элементов 4 в направлении плоскостей их металлических колец. 9 ил.

1781499

Изобретение относится к трубопроводHblM системам и может быть использовано в качестве виброизолирующего и компенсационного соединения трубопроводов в нефтяной, газовой, химической промышленности, в машиностроении, например, для соединения труб энергетических установок и т. и, Известен технологический компенсатор стыка"трубопроводо э, включающий фланцы, размЬЦенуый между ними упругий элемент и защйтйую оболочку, причем упругий элвмент ус1ФГйовлен с предварительным натягом, а защитная оболочка выполнена в виде концентрично установленных ленточных пружин сжатия.

Недостатком известного устройства является то, что при увеличении внутреннего давления в трубопроводе осевая и поперечная жесткость упругого элемента заключенного в„защитную оболочку из ленточных пружин сжатия существенно возрастает, что не позволяет осуществить эффективную виброизоляцию в осевом направлении при обеспечении возможности пр6странственной виброизоляции и компенсировать возможные статические воз мущения трубопровода.

Известно фланцевое соединение с жесткими и накидными фланцами, между которыми расположены скрепленные между собой амортизационные элементы (центральный и два дополнительных).

Недостатком известного устройства являются низкие виброизолирующие свойства фланцевого соединения в условиях высокого давления в -трубопроводе, обусловленные возрастанием осевой и поперечной жесткости центрального амортизатора, представляющего собой толстостенную резиновую оболочку, при увеличении внутреннего давления.

Известен гибкий патрубок, соединяющий две трубы и обеспечивающий пространственную подвижность соединяемых элементов, для основного применения в подводных. лодках.

Недостатком известного устройства является возрастание осевой и поперечной жесткости патрубка при увеличении внутреннего давления рабочей. среды в трубопроводе, обусловленное зависимостью модуля сдвига эластомерного материала упругих элементов гибкого патрубка, выполненных в виде толстостенных оболочек, находящихся в условиях всестороннего сжатия, и приводящее к ухудшению виброизолирующих свойств соединения.

Известно гибкое соединение труб с упругим элементом армированным жесткими

50 дуля объемного сжатия эластомера, который на 2...4 порядка превышает их модуль сдвига.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет обеспечения виброизолирующих свойств в осевом направлении при одновременном повышении степени унификации.

Поставленная цель достигается тем, что в известном компенсационном виброизолирующем соединении трубопровода, содер5

45 сферическими концентрическими кольцами с системой гидравлической разгрузки.

Недостатками известного устройства являются низкие виброизолирующие и компенсационные свойства соединения в осевом и поперечном направлениях, обусловленные тем, что упругий эластомерный элемент армированный жесткими сферическими концентрическими кольцами обладает большой податливостью только при деформации сдвига, то есть только при взаимном повороте фланцев соединяемых труб. Другие виды взаимных перемещений фланцев друг относительно друга, в частности при осевом или поперечном смещении фланцев соединяемых труб, вынуждают деформироваться эластомерные слои упругого элемента в направлении перпендикулярном срединной поверхности слоев. В этом направлении сжатые тонкие сферические слои из .эластомерного материала обладают большой жесткостью, поскольку она определяется величиной модуля объемного сжатия эластомера, который на 2...4 порядка превышает их модуль сдвига.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному устройству является компенсационное виброизолирующее соединение трубопроводов, содержащее два соосных патрубка, на смежных концах которых выполнены стыковочные поверхности с отверстиями для прохода среды и, размещенные между ними, кольцевые тонкослойные резинометаллические элементы. Принято за прототип.

Недостатками устройства — прототипа являются низкие виброизолирующие и ком-, пенсационные свойства соединения в осевом направлении, обусловленные тем, что при осевом взаимном смещении патрубков соединяемых труб упругие слои кольцевых токнослойных резинометаллических элементов вынуждены деформироваться в направлении ортогональном срединной поверхности упругих слоев. В этом направлении сжатые тонкие слои из эластомерных материалов обладают большой жесткостью, поскольку она определяется величиной мо1781499 жащим два соосных патрубка, на смежных. концах которых выполнены стыковочные поверхности с отверстиями для прохода среды и, размещенные между ними, кольцевые тонкослойные резинометаллические 5 элементы. соединение снабжено дополнительным патрубком, установленным между основными патрубками соосно им, а стыковочные поверхности расположены на боковых поверхностях сопрягаемых между 10 собой концов патрубков параллельно и попарно-симметрично их оси, при этом пары стыковочных поверхностей на концах дополнительного патрубка размещены во взаимно перпендикулярных плоскостях. 15

На фиг. 1 изображена конструктивная схема компенсационного виброизолирующего соединения трубопровода; на фиг. 2— второй вариант схемы; на фиг. 3 и 4- схемы . дополнительного патрубка; на фиг. 5 и 6 — 20 сечения А-А и Б-Б второго варианта схемы компенсационного виброизолирующего соединения трубопровода; на фиг. 7 — двухрядная схема установки кольцевых тонкослойных резинометаллических эле- 25 ментов; на фиг. 8 — схема кольцевых тонкослойных металлических элементов; на фиг.

9 — схема герметизирующего узла.

Предлагаемое устройство состоит из следующих основных элементов: трубоп- 30 ровода 1, раструбов 2, внутрейних стенок раструба 3, кольцевых тонкослойных резинометаллических элементов 4, дополнительного патрубка 5 и вкладышей-обтекателей 6 и 7. Внутренняя стенка раструба 3 герметич- 35 но соединена с раструбом 2, например, при помощи крепежных элементов 8. Кольцевой тонкослойный резинометаллический эле- мент 4 состоит из фланце в 9 и пакета плоских чередующихся жестких армирующих 10 и уп- 40 ругих 11 слоев. Поджатие уплотнений 12 производится крепежными элементами 13.

Компенсационное виброизолирующее соединение трубопровода (см. фиг. 1 и фиг.

2) содержит трубопровод 1 с двумя соосны- 45 ми патрубками, на смежных концах которых выполнены стыковочные поверхности с отверстиями для прохода среды, Патрубки могут быть выполены, например, в виде встречно направленных раструбов.2 Y-об- 50, разнойt формы и герметично соединеннымй с ними внутренними стенками патрубков

3, Соединения с трубопроводом часть раструба имеет форму конуса. сопряженного со свободным концом раструба, имеющим 55 форму прямоугольного параллелепипеда.

Форма внутренних стенок раструба 3 соответствует форме раструбов. Между раструбами помещен дополнительный патрубок 5, Стыковочные поверхности с отверстиями для прохода среды расположены на боковых поверхностях сопрягаемых между собой концов патрубков параллельно и попарно-симметрично их оси, при этом пары стыковочных поверхностей на концах дополнительного патрубка размещены во взаимно-перпендикулярных плоскостях.

Во втором варианте схемы компенсационного виброизолирующего соединения трубопровода(см. фиг. 2) отверстия в дополнительном патрубке, имеющем форму прямоугольного параллелепипеда, выполнены одинаково на всех ее боковых гранях (см. фиг. 4). Каждый иэ патрубков охватывает дополнительный патрубок только с двух сторон, причем относительно друг друга патрубки повернуты вокруг оси трубопровода на угол девяносто градусов.

Полости фланцев сообщены с полостью дополнительного патрубка посредством кольцевых тонкослойных резинометаллических элементов 4, установленных ортогонально оси трубопровода (см. фиг. 5 и фиг, 6). На противоположных боковых стенках дополнительного патрубка, симметрично по отношению к оси трубопровода может быть установлено несколько кольцевых тонкослойных резинометаллических элементов (один и более, см. фиг. 7). Такая схема установки упругих элементов позволяет при помощи ограниченного набора их типоразмеров создать компенсационные виброизолирующие соединения трубопроводов произвольного диаметра, то есть осуществить унификацию.

Для улучшения условий течения рабочей среды в условиях разделяющихся потоков между внутренней стенкой раструба 3 и раструбом 2 может быть. установлен вкладыш-обтекатель 6. Подобный вкладыш-обте- . катель 7 может быть установлен возле торцов дополнительного патрубка 5 (см. фиг. 1).

Кольцевой тонкослойный резинометаллический элемент 4 представляет собой пакет соединенных друг с другом, например склеивания, плоских чередующихся жестких армирующих 10 и упругих 11 слоев (см. фиг. 8), с определенными физико-механическими и конструкционными характеристиками.

Жесткие армирующие слои 10 могут быть выполнены металлическими (сталь, латунь, титан и др.) или. из композиционных материалов, например, на основе синтетических и натуральных тканей или на основе графитовых волокон и эпоксидных смол, Оптимальные толщины h А жестких армирующих слоев находятся в диапазоне

h A - (0,0042...0,29)В, 1781499

hA/hy = 0,07...17,9, (б/р), Относительный размер внутреннего отверстия ограничен соотношением

d/D = 0,47...0,95, (б/р), d — внутренний диаметр кольцевого тонкослойного резинометаллического элемента.

Для повышения стойкости кольцевых тонкослойных реизнометаллических элементов 4 возможному воздействию агрессивных сред на его внутреннюю поверхность может быть нанесено защитное покрытие.

Герметичность соединения обеспечивается установкой между фланцами 9 кольцевых тонкослойных резинометаллических элементов 4, патрубками трубопровода и дополнительным патрубком 5 уплотнений

G = 0,12...2,1 МПа, К = 0,9...4,1 ГПа

12, поджатие которых осуществляется крепежными элементами 13 (см. фиг. 9).

20 Заявленное устройство работает следующим образом. Кольцевые тонкослойные резинометаллические элементы 4; выполненные в виде пакета плоских чередующихся жестких армирующих и упругих слоев с определенными выше физико-механически25 ми и конструкционными параметрами, имеют малую тангенциальную жесткость, то есть малую жесткость связи при смещении = 0,12 10 ...4,8 10, (б/р) фланцев 9 друг относительно друга в плоскости слоев и выдерживают большие силы сжатия в направлении перпендикулярном плоскости слоев. При этом тангенциальная

30 жесткость практически не зависит от давления среды в трубопроводе, так как, из-за наличия жестких армирующих слоев, упругие слои деформируются независимо друг от друга, модуль сдвига материала упругих слоев слабо зависит от гидростатического давления, а возникающие в упругих слоях

Н/D = 0,072...0,70, (б/p), где Н вЂ” высота пакета, Н = пдпд + пупу, где

4 на растяжение при возможном наличии зазоров между внутренней стенкой раструба 3 и фланцами 9 кольцевых тонкослойных резинометаллических элементов 4 можно исключить путем их предварительной деформации сжатия, например нэ гидрэвличе55 пА, ny — соответственно, число жестких армирующих и упругих слоев, 0 — внешний диаметр кольцевого тонкослойного резинометаллического элемента, а отношение толщин единичных жестких армирующих hA и ском прессе, с последующим закреплением упругих пу слоев равно специальной струбциной. В таком виде осугде В = (Р - d)/2 — ширина колец.

Упругие слои 11 связаны с жесткими армирующими слоями 10 и фланцами 9, например склеиванием, и могут быть выполнейы на основе высокомолекулярных соединений обладающих определенными эластичными свойствами, например, специальной резины или термоэластопластов с модулем сдвига G материала упругих слоев и модулем объемного сжатия К в следующих диапазонах:

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:

Жесткости упругих элементов, выпол. ненных из эластомерных материалов все линейные габаритные размеры которых являются величинами одного порядка, определяются величиной модуля сдвига G u при этом материал ведет себя как практически несжимаемый, Свойство сжимаемости, проявляемое эластичными материалами при сжатии тонких слоев, 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 очередь, на 2...4. порядка превосходит модуль сдвига G, При этом тангенциальная жесткость тонкого эластомерного слоя по-прежнему определяется величиной модуля сдвига G.

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

50 при загрузке давлением главные напряжения быстро убывают при удалении от внутренней поверхности. Это позволяет обеспечить эффективную виброизоляцию осевых и поперечных вибрационных сил, передаваемых от одного пэтрубка трубопровода к другому в условиях высокого внутреннего давления в трубопроводе и при компенсации возможных статических относительных смещений патрубков трубопровода.

Нежелательную работу кольцевых тонкослойных резинометаллических элементов

1781499

Фиг.2 ществляется предварительная сборка соединений, после которой струбцины снимаются и кольцевые тонкослойные резинометаллические элементы, расправляясь, выбирают нежелательные зазоры;

Формула изобретения

Компенсационное виброизолирующее соединение трубопровода, содержащее два соосных патрубка, на смежных концах которых выполнены стыковочные поверхности с отверстиями для прохода среды, и размещенные между ними кольцевые тонкослойные резинометаллические элементы, о т л ич а ю щ е е С я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения виброиэолирующих свойств в осевом направлении при одновременном повышении степени унификации, соедине5 ние снабжено дополнительным патрубком, установленным между основными патрубками соосно с ними. а стыковочные поверхности расположены на боковых поверхностях сопрягаемых между собой концов патрубков

10 параллельно и попарно-симметрично их оси, при этом пары стыковочных поверхно. "стей на концах дополнительного патрубка размещены во взаимно перпендикулярных плоскостях;

1781499 г.5

1781499. Фиг.7 иг.8

Фиг.9

Составитель Д.Климов

Техред М,Моргентал Корректор С.Юско

Редактор

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

Заказ 4266 Тираж Подписное

ВНИИ

ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5