RU2224168C1

RU2224168C1 - Shear-rotation motion compensator

Info

Publication number: RU2224168C1
Application number: RU2002122360/06A
Authority: RU
Inventors: К.К. Лепорк; В.Г. Хангильдин; В.Н. Александров; В.И. Анухин
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Компенсатор"
Priority date: 2002-08-13
Filing date: 2002-08-13
Publication date: 2004-02-20
Also published as: RU2002122360A

Abstract

FIELD: building industry, particularly pipeline building, preferably pipeline systems of petroleum-refinery stations. SUBSTANCE: compensator has sylphons with end flanges and draw-bars formed as resilient flat guiding means arranged coaxially with sylphon longitudinal axis. Guiding means are located in plane of sylphon longitudinal axis and pivotally attached to end flanges. Hinge axes are perpendicular to draw-bars plane. Guiding means have cover plates which fix guiding means at ends of draw- bars. End flanges have grooves for draw-bars location with the purpose of pivotally connection thereof. EFFECT: increased pipeline reliability. 3 dwg

Description

Изобретение относится к компенсационным устройствам систем трубопроводов, преимущественно к обвязкам газонефтеперекачивающих станций. The invention relates to compensating devices of piping systems, mainly to piping gas-oil pumping stations.

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. Known as an analogue compensator for shear displacements (see WITZENMAN GmbH Metallschlauck catalog - Fabrik Pforzheim Order, no 456, 1973, edition HYDRA Handbook Expansion Joints; patent of Germany 2903570, MKI F 16 L 27/02, published 08.05.80, application from 01.31.79; catalog of the company HAWIKO Kompensatoren - und Apparatebau GmbH and Co, KG, Fig. 50), containing two bellows with end flange elements and rods, while the rods are connected to the end flange elements through articulated friction pairs formed by crosses.

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. The reason that prevents the use of known compensators is the significant rigidity and, accordingly, permutation forces during compensatory movements. Under real conditions of use (piping of gas and oil pumping stations) with the required parameters (DN 400-1000 mm and PN 7.5 MPa), considerable expansion forces (1200-6000 kN) arise in pipelines, while the compensating forces of the compensators, being a function of the expansion force, the use of friction pairs in traction is also significant (120-600 kN). Known expansion joints are used in the conditions of static displacements of pipelines, but for the protection of units under dynamic conditions, expansion joints of low rigidity are required.

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. The closest in technical essence and combination of features to the claimed object is a pipe compensator (Pipe Compensator), accepted application of Great Britain 1450555, announced on 11.29.73, published on 09.22.76. Swiss Priority, Convention Application 17406/72 of 11.29.72. MKI F 16 L 51 / 00.51 / 02, 51/04. NKI F 2 G 5A 5B 6F, including bellows with end flanges and rods in the form of flat guides rigidly fixed to end flanges and located along the axis of the bellows.

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. The known compensator solves the problem of reducing the rigidity of the compensator and, accordingly, the permutation force on the mechanisms and the pipeline from the action of dynamic and static shear loads in one direction perpendicular to the plane of the plane rods (guides). The well-known compensator, selected as a prototype, is built on the principle of elastic parallelogram, which provides only shear displacements with little effort due to the elastic deformation of the flat guides, but does not provide angular (rotary) movements. In real conditions, with a rated power of the pumping unit of 2500 kW, significant dynamic loads are created. At the same time, decoupling the unit from the pipeline using the compensator requires providing compensatory shear movements in one direction in the vertical plane passing through the longitudinal axis of the compensator, as well as rotary (angular) movements with the axis of rotation perpendicular to the shear plane. The permutation forces during these movements should be minimal. In addition, it is advisable to additional compensatory movement of the shift in the direction perpendicular to the main shift. This movement is low-cycle, static, caused by uneven settlement of the supports of the pipeline.

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. The task is to create a compensator for shear-rotational displacements of low stiffness while providing shear and rotational (angular) displacements in one direction, as well as shear displacements in the perpendicular direction with a possible reduction in stiffness requirements in this direction.

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. The essence of the compensator of shear and rotational movements, containing bellows with end flanges and traction in the form of flat guides located along the longitudinal axis of the bellows, according to the proposed solution, is that the elastic flat guides are installed parallel to the same plane passing through the longitudinal axis of the bellows and pivotally fixed on the end flanges, while the axis of the hinges are perpendicular to the plane of the rods. At the same time, the elastic flat guides are equipped with overlays that rigidly fix them at the ends of the rods, and the end flanges are made with grooves to accommodate the rods and provide articulation.

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. In the proposed solution, two flat guides installed in parallel and lying in a plane passing through the longitudinal axis of the bellows provide a shift in one direction with minimal permutation force. Rotation (angular displacement) relative to the axis perpendicular to the plane formed by the common axis of the bellows, and the direction of the shift are also carried out due to the deformation of the flat guide under conditions of minimal rigidity. Compensatory movement of the shift, caused by the uneven settlement of the supports of the pipeline, having a possible direction perpendicular to the main direction of the shift, is due to the articulation of the rods. The rods form an articulated parallelogram located in a plane perpendicular to the plane of the arrangement of the elastic guides. Significant loads on the joints from the spacer force in the pipeline, as well as the small thickness of the elastic guides (flat springs) cause significant contact stresses. In order to reduce stresses in the pair, the elastic guide — the hinge axis and the redistribution of loads at the ends of the elastic guides — are fitted with additional fixation of the elastic guides. The rods are inserted into the grooves of the end flanges and fixed by the axes, forming a parallelogram to ensure possible static shear movements. In addition, the articulated connection of the rods ensures pure axial loads of the latter, without causing a “collapse” of the elastic guide (flat spring), which could have occurred with rigid fastening due to manufacturing and installation errors, as well as bending deformation of the end flanges that receive spacer forces.

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. The shear-rotary compensator is illustrated in the drawings, where in FIG. 1 shows a General view of the compensator, figure 2 is a top view, figure 3 is a front view of the compensator.

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. The compensator for shear-rotational movements includes bellows 1 interacting with end flanges 2 having grooves 3 into which rods 4 are inserted, rod 4 is made in the form of a flat guide and contains a flat spring 5, linings 6 mounted on the ends of the rods on both sides and rigidly fixing the flat spring 5 with clean bolts 7, the articulation of the rods 4 with the end flanges 2 is ensured by the installation of the axes 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. Thus, in the compensator of shear-rotational movements of the thrust, the spacer force of the pipeline is perceived; due to the elastic deformation of two flat springs lying in the same plane, small displacements of both shear in the plane perpendicular to the plane of the arrangement of the flat guides and angular displacements with the axis of rotation perpendicular to the plane formed by the axis of the bellows and the direction of movement of the shear are ensured under conditions static and dynamic loading of the compensator. In addition, due to the articulated parallelogram, a static displacement of the shear is provided in the direction perpendicular to the elastic shear. These movements are low-cycle and are random in nature.

Claims

Compensator for shear-rotational movements, containing bellows with end flanges and traction in the form of flat guides located along the longitudinal axis of the bellows, characterized in that the elastic flat guides are installed in parallel in one plane passing through the longitudinal axis of the bellows and pivotally mounted on the end flanges, while the hinge axes are perpendicular to the plane of the rods, at the same time, the elastic flat guides are equipped with overlays that rigidly fix them at the ends of the rods, and the end flanges are made neny with grooves for placement of drafts and ensuring articulation.