RU2067231C1

RU2067231C1 - Damping device for pipe line

Info

Publication number: RU2067231C1
Application number: RU93039714/28A
Authority: RU
Inventors: А.П. Жуков; З.Т. Галиуллин; В.Н. Розов; Е.В. Леонтьев; С.Г. Плотницкий; нов В.М. Гурь; В.М. Гурьянов; В.М. Александриди; А.Х. Филиппский
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий
Priority date: 1993-08-03
Filing date: 1993-08-03
Publication date: 1996-09-27

Abstract

FIELD: construction. SUBSTANCE: damping device has flexible member made up as multi-strand rope. The straight and bent segments of the rope alternate in space in mutually perpendicular planes. The rope is made of a high-plasticity material. The coefficients of the temperature and flexible-plastic extension of the strands of the rope are different. The shape and area of the cross-section of the strands can differ from each other. EFFECT: enhanced damping. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к строительству и эксплуатации магистральных трубопроводов. Касается повышения надежности, долговечности и безопасности обвязок компрессорных, атомных и тепловых станций путем демпфирования (гашения колебаний) трубопроводов при пуске, остановке и изменении режимов работы газоперекачивающего и другого оборудования, а так же повышения энергоемкости и упрощения конструкции. The invention relates to the construction and operation of trunk pipelines. It relates to increasing the reliability, durability and safety of piping of compressor, nuclear and thermal stations by damping (damping vibrations) of pipelines when starting, stopping and changing operating modes of gas pumping and other equipment, as well as increasing energy consumption and simplifying the design.

Наиболее близким по конструктивным признакам является амортизатор, выполненный из многожильного троса, имеющего прямолинейные и изогнутые в пространстве во взаимноперпендикулярных плоскостях участки (авт. св. N 1054598, F 16 f 7/14, 1983). The closest by design features is a shock absorber made of a multi-strand cable having sections that are straight and curved in space in mutually perpendicular planes (ed. St. N 1054598, F 16 f 7/14, 1983).

Недостатком указанного прототипа является более низкая, по сравнению с предлагаемым устройством, энергопоглощающая способность. The disadvantage of this prototype is lower, compared with the proposed device, energy absorption capacity.

Изобретение направлено на повышение надежности и безопасности обвязок компрессорных, атомных, тепловых и других станций, а также повышения энергоемкости и упрощение конструкции демпфирующего устройства трубопровода. The invention is aimed at improving the reliability and safety of piping of compressor, nuclear, thermal and other stations, as well as increasing energy intensity and simplifying the design of the damping device of the pipeline.

Указанный технический результат достигается тем, что в демпфирующем устройстве трубопровода, содержащем упругий элемент в виде многожильного каната из отдельных прутков замкнутого контура, имеющего чередующиеся прямолинейные и изогнутые в пространстве во взаимноперпендикулярных плоскостях участки, канат выполнен из высокопластичного материала, прутки которого отличны друг от друга коэффициентами температурного и упруго-пластичного удлинения. Кроме того, форма и площадь поперечного сечения прутков отличны друг от друга. The specified technical result is achieved in that in a pipe damping device containing an elastic element in the form of a multi-strand rope from separate bars of a closed loop, having alternating straight and curved sections in mutually perpendicular planes, the rope is made of a highly plastic material, the rods of which are different from each other by coefficients temperature and elasto-plastic elongation. In addition, the shape and cross-sectional area of the rods are different from each other.

На фиг. 1 изображено демпфирующее устройство трубопровода, общий вид сбоку; на фиг. 2 то же, вид сверху (трубопровод условно не показан); на фиг. 3 вид по стрелке А; на фиг. 4 узел Б многожильного стержня свивка в виде каната из отдельных прутков разных марок стали и цветных металлов; на фиг. 5 - различные формы сечения отдельных прутков. In FIG. 1 shows a pipe damping device, a general side view; in FIG. 2 the same, top view (the pipeline is conventionally not shown); in FIG. 3 view along arrow A; in FIG. 4 knot B of a multicore rod lay in the form of a rope from individual rods of different steel grades and non-ferrous metals; in FIG. 5 - various sectional shapes of individual rods.

Демпфирующее устройство 1 трубопровода 2 жестко установлено на основании 3 посредством нижних монтажных участков 4 (фиг. 2), а верхними монтажными участками 5 при помощи хомута 6 болтами 7 прикреплено к трубопроводу 2. Нижние монтажные участки 4 с помощью горизонтальных деформируемых участков 8 (фиг. 2) и вертикальных деформируемых участков 9 (фиг. 1) переходят в верхние монтажные участки 5. The damping device 1 of the pipeline 2 is rigidly mounted on the base 3 by means of the lower mounting sections 4 (Fig. 2), and the upper mounting sections 5 are fastened to the pipeline 2 by means of a clamp 6 with bolts 7. The lower mounting sections 4 are used using horizontal deformable sections 8 (FIG. 2) and vertical deformable sections 9 (Fig. 1) pass into the upper mounting sections 5.

Все участки последовательно образуют замкнутую пространственную фигуру с горизонтальными и вертикальными деформируемыми участками, обеспечивающую перемещение трубопровода 2 при вибрациях и в аварийных ситуациях в любом направлении пространства по всем трем и вокруг трех взаимноперпендикулярных осей, что дает, таким образом 12 степеней свободы защищаемому объекту. All sections consistently form a closed spatial figure with horizontal and vertical deformable sections, which ensures the movement of pipeline 2 during vibrations and in emergency situations in any direction of space along all three and around three mutually perpendicular axes, which gives, thus, 12 degrees of freedom of the protected object.

Демпфирующее устройство 1 выполнено свивкой из отдельных прутков 10 в виде многожильного каната (фиг. 4). При этом для каждой жилы 10 используются непрерывные прутки из различных марок высокопластичной стали и цветного металла, например, одна жила из стали 3, другая из стали 20, третья из отожженного прутка стали 40Х, четвертая из сплава алюминия и т.д. т.е. из материалов с различными коэффициентами температурного и упруго-пластического удлинения в общем многожильном кривом стержне демпфирующего устройства. При вынужденных колебаниях трубопровода 2 в процессе пуска, остановки или изменения режимов работы газоперекачивающего оборудования на величину амплитуды колебаний, происходит смещение трубопровода относительно неподвижного основания 3 в заранее непредсказуемом направлении пространства, в общем виде определяемом различными массово-жесткостными характеристиками системы "трубопровод демпфер основание" по трем взаимноперпендикулярным осям и вокруг них. The damping device 1 is made by twisting from individual rods 10 in the form of a multi-strand rope (Fig. 4). In this case, for each core 10, continuous rods of various grades of high-ductility steel and non-ferrous metal are used, for example, one core of steel 3, another of steel 20, the third of annealed steel rod 40X, the fourth of an aluminum alloy, etc. those. from materials with different coefficients of temperature and elastoplastic elongation in a common multicore curved rod of a damping device. In case of forced oscillations of the pipeline 2 during the start-up, shutdown or change of the operating modes of the gas-pumping equipment by the value of the amplitude of the oscillations, the pipeline is displaced relative to the fixed base 3 in a previously unpredictable direction of space, generally determined by various mass-stiffness characteristics of the "pipeline damper-base" system three mutually perpendicular axes and around them.

Указанное смещение трубопровода вызывает упругие смещения горизонтальных 8 и вертикальных 9 деформируемых участков демпфирующего устройства 1. При этом отдельные прутки 10 в свивке на этих участках перемещаются по разным траекториям относительно мгновенных центров поворота, что порождает больше силы трения на поверхности контакта отдельных жил друг с другом. Указанные силы трения, совершая работу препятствуют колебаниям, а затем утилизируются в тепло, которое рассеивается через элементы конструкции в окружающее пространство. The indicated displacement of the pipeline causes elastic displacements of the horizontal 8 and vertical 9 deformable sections of the damping device 1. At the same time, individual rods 10 in the lay in these sections move along different paths relative to the instantaneous turning centers, which generates more friction on the contact surface of the individual cores with each other. The indicated frictional forces, when doing work, prevent oscillations, and then are utilized in heat, which is dissipated through the structural elements into the surrounding space.

Порождение полезных в данном устройстве сил трения происходит так же за счет разных коэффициентов температурного и упругого удлинения отдельных прутков 10 в свивке по причине различия физико-механических свойств сталей и цветных металлов разных марок, а так же за счет различной формы выполнения и площади поперечного сечения прутков. The generation of friction forces useful in this device also occurs due to different coefficients of temperature and elastic elongation of individual rods 10 in a lay due to the difference in the physicomechanical properties of steels and non-ferrous metals of different grades, as well as due to the different shape and cross-sectional area of the rods .

В аварийных и чрезвычайных ситуациях (взрыв ГВС, землетрясение, несанкционированные воздействия) перемещение трубопровода 2 может в сотни и тысячи раз превышать амплитуду упругих колебаний эксплуатационных нагрузок. В этом случае горизонтальные 8 и вертикальные 9 участки пластически деформируются с допустимой перегрузкой на заданную величину в направлении результирующей силы внешнего воздействия. При этом демпфирующее устройство 1 трубопровода превращается автоматически в устройство энергопоглощения. In emergency and emergency situations (hot water explosion, earthquake, unauthorized impact) the movement of the pipeline 2 can be hundreds and thousands of times greater than the amplitude of the elastic vibrations of the operating loads. In this case, the horizontal 8 and vertical 9 sections are plastically deformed with an allowable overload by a predetermined amount in the direction of the resulting external force. In this case, the damping device 1 of the pipeline is automatically converted into an energy absorption device.

Количество прутков 10 в многожильном криволинейном стержне демпфирующего устройства трубопровода 1, форма и площадь поперечного сечения прутка, шаг и форма их свивки в виде каната, количество деформируемых участков устанавливается экспериментально в зависимости от погонной массы, размеров амплитуды и частоты колебаний защищаемого трубопровода в обвязке компрессорных станций, а так же характера действующих кратковременных динамических нагрузок на трубопровод в аварийных ситуациях (взрыв ГВС, землетрясение, несанкционированные действия и т.п.). The number of rods 10 in the multicore curved rod of the damping device of pipeline 1, the shape and cross-sectional area of the rod, the pitch and shape of their twist in the form of a rope, the number of deformable sections is determined experimentally depending on the linear mass, the amplitude and vibration frequency of the protected pipeline in the compressor station piping , as well as the nature of the existing short-term dynamic loads on the pipeline in emergency situations (hot water explosion, earthquake, unauthorized actions ia, etc.).

Жилы 10, изготовленные в виде свивки из высокопластичных прутков, в зоне монтажных участков торцами сварены встык между собой. Средины монтажных участков 4 и 5 жестко скреплены с помощью болтов, или иным способом с трубопроводом 2 и основанием 3. The cores 10, made in the form of a bundle of highly flexible rods, butt welded end-to-end in the area of the mounting sections. The midpoints of the mounting sections 4 and 5 are rigidly fastened with bolts, or in another way with the pipeline 2 and the base 3.

Предлагаемое демпфирующее устройство трубопровода прошло экспериментальную проверку на вибрации и кратковременное воздействие произвольного направления. Испытания проводились на трубопроводе диаметром 720 мм. Вид нагрузки ударная волна 0,4 кг/см. При такого рода воздействии на трубопровод традиционной конструкции, обычно, происходит отрыв газопровода от опор на протяжении, как минимум, нескольких десятков метров. В результате проведения эксперимента на газопроводе, снабженном демпфирующими устройствами, были получены следующие результаты:
1. не произошло отрыва газопровода от опор;
2. на двух последних опорах произошла незначительная пластическая деформация (10 см) демпфирующих устройств;
3. затухание колебаний происходило таким образом, что каждая последующая амплитуда была меньше предыдущей на 1/3.The proposed damping device of the pipeline was experimentally tested for vibration and short-term exposure to an arbitrary direction. The tests were carried out on a pipeline with a diameter of 720 mm. Type of load shock wave 0.4 kg / cm. With this kind of impact on the pipeline of traditional design, usually, the pipeline breaks off from the supports for at least several tens of meters. As a result of the experiment on a gas pipeline equipped with damping devices, the following results were obtained:
1. There was no separation of the gas pipeline from the supports;
2. on the last two supports there was a slight plastic deformation (10 cm) of the damping devices;
3. The damping of the oscillations occurred in such a way that each subsequent amplitude was 1/3 less than the previous one.

Следовательно, предлагаемое устройство в каждом из указанных случаев нагружения как при эксплуатации, так и в экстремальных ситуациях способно выполнять демпфирующие и энергопоглощающие функции. Therefore, the proposed device in each of these cases of loading both during operation and in extreme situations is able to perform damping and energy-absorbing functions.

Благодаря такому конструктивному выполнению демпфирующего устройства можно повысить долговечность и безопасность трубопроводных обвязок компрессорных и других станций в 3 5 раз по сравнению с их жестким закреплением к фундаменту или свободной укладкой на основания (опоры). ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 Thanks to such a design of the damping device, it is possible to increase the durability and safety of piping of compressor and other stations by 3 to 5 times in comparison with their rigid fastening to the foundation or free laying on the base (supports). YYY2 YYY4

Claims

1. The damping device of the pipeline, containing an elastic element in the form of a multi-strand rope from individual rods of a closed loop, having alternating straight and curved in space in mutually perpendicular planes sections, characterized in that the rope is made of a highly plastic material, the rods of which are different from each other by temperature coefficients and elastoplastic elongation.

2. The device according to claim 1, characterized in that the shape and cross-sectional area of the rods are different from each other.