RU2293901C1 - Bellows compensator for main pipelines - Google Patents
Bellows compensator for main pipelines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2293901C1 RU2293901C1 RU2005124261/06A RU2005124261A RU2293901C1 RU 2293901 C1 RU2293901 C1 RU 2293901C1 RU 2005124261/06 A RU2005124261/06 A RU 2005124261/06A RU 2005124261 A RU2005124261 A RU 2005124261A RU 2293901 C1 RU2293901 C1 RU 2293901C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- section
- corrugation
- bellows
- corrugations
- reinforcing
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Joints Allowing Movement (AREA)
- Diaphragms And Bellows (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и может найти применение в системах энергетики, трубопроводных конструкциях и других областях народного хозяйства.The invention relates to mechanical engineering and can find application in energy systems, pipeline structures and other areas of the national economy.
Известны металлические сильфонные компенсаторы, используемые в трубопроводных конструкциях, при этом компенсаторы, применяемые в магистралях с высокими давлениями, имеют подкрепляющие кольца (см. кн.: Гусенков А.П. и др. "Унифицированные гибкие элементы трубопроводов". М., 1988).Known metal bellows expansion joints used in pipeline structures, while the expansion joints used in high-pressure lines have reinforcing rings (see book: Gusenkov AP and other "Unified flexible pipe elements. M., 1988) .
В качестве прототипа выбран армированный сильфон, выполненный из эластичного материала с утолщениями в гребнях гофров, а во впадинах установлены армирующие кольца с V-образной формой поперечного сечения, вершина которого обращена к оси сильфона, причем наружный диаметр армирующих колец больше наружного диаметра гофров (изобретение SU 1536110 А1). Исходя из краткого описания конструкции армированный сильфон может быть использован только при существенно ограниченном диапазоне осевой компенсации, когда зазор между армирующими кольцами имеет малую величину, достаточную для подкрепления гребней гофров при действии давления. Такая конструкция не может быть использована в магистральных трубопроводах при высоких давлениях и значительном диапазоне требуемых осевых в магистральных трубопроводах компенсаций.As a prototype, a reinforced bellows made of an elastic material with thickenings in the crests of the corrugations was selected, and reinforcing rings with a V-shaped cross section, the apex of which is facing the axis of the bellows, the outer diameter of the reinforcing rings being larger than the outer diameter of the corrugations, are installed in the troughs (invention SU 1536110 A1). Based on a brief description of the design, the reinforced bellows can only be used with a significantly limited range of axial compensation, when the gap between the reinforcing rings is small enough to reinforce the corrugations of the corrugations under pressure. Such a design cannot be used in main pipelines at high pressures and a significant range of required axial compensations in the main pipelines.
Основной задачей настоящего изобретения является создание конструкции сильфонного компенсатора из композиционных материалов для магистральных трубопроводов высокого давления, которая обеспечивает надежную работоспособность при увеличении компенсирующего диапазона без увеличения габаритов сильфона.The main objective of the present invention is to provide a design of a bellows expansion joint made of composite materials for high-pressure pipelines, which provides reliable performance while increasing the compensating range without increasing the dimensions of the bellows.
Технический результат, который может быть получен от использования нового технического решения: при использовании сильфонного компенсатора для магистральных трубопроводов, имеющего гофры с расположенными во впадинах гофр подкрепляющими кольцами, отличающегося тем, что гофры и подкрепляющие кольца выполнены из армированного композиционного материала, при этом боковая поверхность подкрепляющего кольца выполнена выпуклой (например, торообразной формы), а основные геометрические параметры системы подкрепляющего кольца и гофра должны удовлетворять соотношениямThe technical result that can be obtained from the use of a new technical solution: when using a bellows expansion joint for trunk pipelines having corrugations with reinforcing rings located in the corrugations of the corrugations, characterized in that the corrugations and reinforcing rings are made of reinforced composite material, while the lateral surface of the reinforcing the rings are convex (for example, toroidal), and the basic geometric parameters of the reinforcing ring and corrugation system should satisfy the relations
Bв≥(tmin+Bmax)·(1-sinβв), B in ≥ (t min + B max ) (1-sinβ in ),
где Sк - длина образующей боковой стенки подкрепляющего кольца;where S to - the length of the generatrix of the side wall of the reinforcing ring;
tmin - расстояние между боковыми поверхностями соседних подкрепляющих колец при максимально допустимом сжатии сильфона;t min is the distance between the side surfaces of adjacent reinforcing rings at the maximum allowable compression of the bellows;
βо - угол в радианах между касательной к боковой поверхности в основании сечения подкрепляющего кольца и осью вращения сильфона;β about - the angle in radians between the tangent to the side surface at the base of the section of the reinforcing ring and the axis of rotation of the bellows;
βв - угол в радианах между касательной к боковой поверхности верхней части сечения подкрепляющего кольца и осью вращения сильфона;β in - the angle in radians between the tangent to the side surface of the upper part of the section of the reinforcing ring and the axis of rotation of the bellows;
Р - длина средней линии изменяемого сечения гофра между основаниями соседних подкрепляющих колец;P is the length of the midline of the variable cross section of the corrugation between the bases of adjacent reinforcing rings;
Вmax - максимальная ширина сечения подкрепляющего кольца;In max - the maximum width of the section of the reinforcing ring;
Вв - ширина верхней части сечения подкрепляющего кольца;In in - the width of the upper part of the section of the reinforcing ring;
h - толщина гофра.h is the thickness of the corrugation.
На фиг.1-3 представлено в трех рабочих положениях (при различных степенях растяжения-сжатия) сечение предлагаемой конструкции компенсатора.Figure 1-3 presents in three operating positions (at various degrees of tension-compression) section of the proposed design of the compensator.
На фиг.4 представлена геометрическая схема предлагаемой конструкции.Figure 4 presents the geometric diagram of the proposed design.
На фиг.5-8 представлено при различных степенях растяжения-сжатия сечение сильфонного компенсатора из КМ с подкрепляющими кольцами прямоугольного сечения.Figures 5-8 show, at various degrees of tension-compression, a section of a bellows expansion joint made of KM with reinforcing rings of rectangular cross section.
На фиг.9-11 представлено при различных степенях растяжения-сжатия сечение сильфонного компенсатора из КМ с подкрепляющими кольцами трапецеидального сечения.Figures 9-11 show, at various degrees of tension-compression, a section of a bellows expansion joint made of CM with reinforcing rings of a trapezoidal section.
Сильфонный компенсатор (фиг.2) состоит из гофров и подкрепляющих колец 3, расположенных во впадинах гофров. При этом гребень гофра состоит из двух частей: одна часть гофра 1 является свободной, вторая часть 2 контактирует с подкрепляющим кольцом. При растяжении-сжатии компенсатора под давлением длины частей гофра 1 и 2 изменяются, но их суммарная длина остается постоянной.The bellows compensator (figure 2) consists of corrugations and reinforcing
На фиг.1-3 представлено в трех рабочих положениях (при максимальном сжатии (фиг.1), в среднем положении (фиг.2), при максимальном растяжении (фиг.3)) сечение предлагаемой конструкции компенсатора, у которого гофры и подкрепляющие кольца выполнены из армированного композиционного материала. Боковая поверхность подкрепляющего кольца 3 выполнена выпуклой и в сечении имеет "бочкообразную" форму, а основные геометрические параметры системы подкрепляющего кольца и гофра удовлетворяют приведенным выше соотношениям.Figure 1-3 presents in three operating positions (with maximum compression (figure 1), in the middle position (figure 2), with maximum tension (figure 3)), the cross section of the proposed design of the compensator, in which the corrugations and reinforcing rings made of reinforced composite material. The lateral surface of the reinforcing
При работе компенсатора из КМ образующая свободной поверхности гофра 1 под давлением практически принимает форму части окружности, радиус которой зависит от величины расстояния между подкрепляющими кольцами при растяжении-сжатии сильфонного компенсатора. При сжатии компенсатора поверхность контакта с боковой стенкой подкрепляющего кольца увеличивается, при растяжении - уменьшается (вплоть до нуля при предельном растяжении).When the compensator is made from KM, the generatrix of the free surface of the
На фиг.1 показано, что в данной конструкции при максимальном сжатии участок 2 контактирует с подкрепляющим кольцом 3 по всей боковой поверхности. При этом исключается перегиб гофра на вершине сечения подкрепляющего кольца 3 путем плавного сопряжения в зоне А (фиг.1) участков гофра 1 и 2. При растяжении компенсатора максимальное раскрытие гофра определяется из условия плавного сопряжения гофра с боковой поверхностью подкрепляющего кольца 3 на минимальном радиусе без "распрямления" угла в основании сечения кольца (фиг.3). В этом случае длина контактирующей с кольцом части гофра равна нулю.Figure 1 shows that in this design, with maximum compression,
Для вывода приведенных выше зависимостей, при выполнении которых обеспечивается плавное сопряжение в зоне А двух участков 1, 2 гофра, на фиг.4 представлены в сечении: половина гофра с участками 1, 2 и половина подкрепляющего кольца 3 сильфонного компенсатора из КМ в максимально сжатом состоянии. Поскольку разрушающее давление сильфонного компенсатора для магистральных трубопроводов в несколько раз превышает максимальное рабочее, можно считать, что в диапазоне рабочих давлений длина сечения гофра Р (по средней линии между подкрепляющими кольцами, включая участки 1 и 2) при растяжении (сжатии) сильфона остается постоянная. Полупериметр P05 состоит из двух участков: свободного 1 с радиусом Rг по средней линии и контактирующего 2 с образующей боковой поверхности подкрепляющего кольца 3 длиной Sc также по средней линии. Длина полупериметра сечения гофраTo derive the above dependencies, the fulfillment of which ensures smooth coupling in zone A of two
Длина средней линии Sc может быть выражена через длину боковой линии сечения кольца Sк The length of the midline S c can be expressed in terms of the length of the lateral section line of the ring S k
здесь βо, βв - углы в радианах между касательной к боковой поверхности в нижней части и верхней части сечения подкрепляющего кольца осью вращения сильфона соответственно;here β about , β in are the angles in radians between the tangent to the side surface in the lower part and the upper part of the section of the reinforcing ring with the axis of rotation of the bellows, respectively;
h - толщина гофра.h is the thickness of the corrugation.
Длина отрезка с может быть выражена как через параметры свободного участка гофра 1, так и через параметры подкрепляющего кольца 3The length of the segment c can be expressed both through the parameters of the free section of the
c=(Rг+h/2)sinβв,c = (R g + h / 2) sinβ in ,
c=tmin/2+(Bmax/2-Bв/2),c = t min / 2 + (B max / 2-B in / 2),
здесь tmin - минимально допустимый зазор между соседними кольцами в сжатом состоянии (минимальная величина может быть равна двум толщинам гофра);here t min is the minimum allowable gap between adjacent rings in a compressed state (the minimum value can be equal to two corrugations);
Bmax, Bв - максимальная ширина сечения кольца и ширина сечения в вершине.B max , B in - the maximum width of the cross section of the ring and the width of the cross section at the top.
Из формул для параметра с определяется радиус Rг From the formulas for the parameter c determines the radius R g
Из выражений (1)-(3) окончательно получаем соотношение, которому должны удовлетворять геометрические параметры подкрепляющего кольца при заданных основных параметрах гофра (сечения по средней линии и толщины)From expressions (1) - (3) we finally obtain the relation that the geometric parameters of the reinforcing ring must satisfy for given basic corrugation parameters (cross-section along the midline and thickness)
Кроме того, чтобы исключить контакт между соседними гофрами в крайних боковых точках сечения D, D' при максимальном сжатии сильфона, необходимо, чтобы точка D сечения свободной части гофра (фиг.4) не выходила за пределы линии симметрии сечения кольца, то есть должно быть выполнено условиеIn addition, in order to exclude contact between adjacent corrugations at the extreme lateral points of the section D, D 'with maximum compression of the bellows, it is necessary that the point D of the cross section of the free part of the corrugation (Fig. 4) does not go beyond the symmetry line of the section of the ring, i.e. the condition is satisfied
С помощью выражений (3), (4) данное условие запишется в видеUsing expressions (3), (4), this condition can be written in the form
Соотношения (4), (5) определяют геометрические параметры сечения подкрепляющего кольца, при выполнении которых исключается перегиб гофра на максимальном радиусе кольца.Relations (4), (5) determine the geometric parameters of the section of the reinforcing ring, the fulfillment of which eliminates the bending of the corrugation at the maximum radius of the ring.
Максимально допустимое растяжение гофра (без "распрямления" угла в основании сечения подкрепляющего кольца в зоне Б) определяется углом βо между касательной к боковой поверхности в основании сечения подкрепляющего кольца и осью вращения сильфона (фиг.4).The maximum allowable stretching of the corrugation (without "straightening" the angle at the base of the cross section of the reinforcing ring in zone B) is determined by the angle β about between the tangent to the side surface at the base of the cross section of the reinforcing ring and the axis of rotation of the bellows (figure 4).
Для сравнения с предлагаемой конструкцией на фиг.5-11 приведены сечения компенсаторов из КМ с подкрепляющими кольцами 3, боковые поверхности которых выполнены плоскими (прямоугольное сечение, фиг.5-7) или конусными (в сечении - трапеция, фиг.8-10).For comparison with the proposed design, FIGS. 5–11 show sections of compensators made of KM with reinforcing
При сжатии компенсатора с подкрепляющим кольцом прямоугольного сечения (фиг.5) возможны резкие перегибы гофра ("излом") в зоне стыка частей гофра 1 и 2 (зона А). При растяжении компенсатора возможно также резкое изменение кривизны гофра ("распрямление" начального угла) в основании сечения кольца (зона Б, Фиг.8). При многоцикловом растяжении-сжатии компенсатора в процессе работы может наступить преждевременное разрушение. Для такой конструкции необходимо существенно уменьшить диапазон изменения ширины гофра таким образом, чтобы в пределах диапазона компенсации направление сечения в точке стыка свободной части гофра 1 с контактирующей частью 2 в точке контакта с боковой поверхностью располагалось по касательной к боковой стенке подкрепляющего кольца. Пределы допустимого диапазона растяжения-сжатия, определенные таким образом, представлены на фиг.6 и 7. При этом восполнение компенсирующего диапазона компенсатора в целом влечет за собой увеличение количества гофр и, соответственно, увеличение общей длины сильфона.When compressing the compensator with a reinforcing ring of rectangular cross section (Fig. 5), sharp corrugations of the corrugation (“kink”) are possible in the joint zone of the
Коническая форма боковой стенки подкрепляющего кольца позволяет исключить "излом" гофра при сжатии (фиг.9). Однако для исключения перегибов гофра у основания сечения кольца в зоне Б (фиг.11) необходимо уменьшить (по сравнению с прямоугольным сечением кольца) максимальное растяжение гофра (фиг.10), чтобы направление сечения гофра было расположено по касательной к боковой стенке подкрепляющего кольца. Использование трапецеидального сечения кольца при сохранении компенсационной способности сильфона в целом также требует увеличения количества гофр и увеличения общей длины сильфона.The conical shape of the side wall of the reinforcing ring eliminates the "kink" of the corrugation during compression (Fig.9). However, to eliminate kinks of the corrugation at the base of the ring section in zone B (Fig. 11), it is necessary to reduce (compared with the rectangular section of the ring) the maximum stretch of the corrugation (Fig. 10) so that the direction of the corrugation section is tangent to the side wall of the reinforcing ring. The use of a trapezoidal section of the ring while maintaining the compensatory ability of the bellows as a whole also requires an increase in the number of corrugations and an increase in the total length of the bellows.
Ниже в таблице приведены расчетные данные по допустимым диапазонам компенсации одного гофра для рассмотренных конструкций сильфонных компенсаторов. Длина средней линии Р сечений гофров для всех конструкций принята одинаковой. В таблице значения периода Т расположения гофров по длине сильфона в крайних точках допустимого диапазона компенсации и в среднем положении отнесены к длине средней линии Р сечения гофра.The table below shows the calculated data on the acceptable compensation ranges for one corrugation for the considered designs of bellows expansion joints. The length of the midline P of the corrugation sections for all structures is assumed to be the same. In the table, the values of the period T of the location of the corrugations along the length of the bellows at the extreme points of the allowable compensation range and in the middle position are assigned to the length of the middle line P of the corrugation section.
Из таблицы видно, что предлагаемая конструкция сильфона существенно увеличивает допустимый диапазон компенсирующей способности сильфона (в 2,76 раза относительно сильфона с прямоугольным сечением подкрепляющих колец).The table shows that the proposed design of the bellows significantly increases the allowable range of the compensating ability of the bellows (2.76 times relative to the bellows with a rectangular section of the reinforcing rings).
Таким образом, использование данного технического решения позволит повысить надежность работы сильфонного компенсатора для магистральных трубопроводов, в котором гофры и подкрепляющие кольца выполнены из армированного композиционного материала, при минимальных габаритах с обеспечением требуемой величины компенсирующего диапазона.Thus, the use of this technical solution will improve the reliability of the bellows expansion joint for trunk pipelines, in which the corrugations and reinforcing rings are made of reinforced composite material, with minimal dimensions, ensuring the required value of the compensating range.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005124261/06A RU2293901C1 (en) | 2005-07-29 | 2005-07-29 | Bellows compensator for main pipelines |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005124261/06A RU2293901C1 (en) | 2005-07-29 | 2005-07-29 | Bellows compensator for main pipelines |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2293901C1 true RU2293901C1 (en) | 2007-02-20 |
Family
ID=37863487
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005124261/06A RU2293901C1 (en) | 2005-07-29 | 2005-07-29 | Bellows compensator for main pipelines |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2293901C1 (en) |
-
2005
- 2005-07-29 RU RU2005124261/06A patent/RU2293901C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7607700B2 (en) | Sealing device with ridges for corrugated stainless steel tubing | |
RU2352848C2 (en) | Tubular threaded connection resistant to bending stresses | |
RU2261395C2 (en) | Treaded member for pipe threaded connection with high fatigue limit | |
US20020020971A1 (en) | Resilient seals with inflection regions and/or PLY deformation | |
NO156342B (en) | FLEXIBLE SKATING ELEMENT FOR AA CONNECT TWO UNDERWATERS. | |
JP2007514109A (en) | Improvement of fatigue resistance of threaded pipe joints | |
AU9713398A (en) | Flexible pipe for great depths | |
MX2011004112A (en) | Threaded joint for steel pipes. | |
CN102341626A (en) | Sealing arrangements | |
CN105864534A (en) | Strip wound hose | |
AU2009300862B2 (en) | Flexible pipe having pressure armour layer and components thereof | |
AU747333B2 (en) | Subsea flexible pipe | |
RU2293901C1 (en) | Bellows compensator for main pipelines | |
US6916049B2 (en) | Corrugated pipe coupling having six degrees of freedom | |
US20070256751A1 (en) | Corrugated Pipe Made of Thermoplastic Plastic | |
RU2328643C1 (en) | Bellows compensator for main lines made of composite materials | |
CN109844387A (en) | Interlocked layers and manufacturing method | |
RU2122148C1 (en) | Bellows for compensation of deformation in pipe line | |
JP2006153239A (en) | Flexible expansion joint | |
US20210148493A1 (en) | Flush joint high torque thread | |
JP2022528544A (en) | Fluid piping with corrugated parts | |
CA2526332A1 (en) | Thermoplastic corrugated pipe | |
RU2208194C2 (en) | Metal pipeline expansion joint | |
RU181958U1 (en) | COMPENSATION BOX | |
RU119061U1 (en) | COMPENSATOR |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100730 |