RU8074U1

RU8074U1 - PIPELINE BELT COMPENSATOR

Info

Publication number: RU8074U1
Application number: RU98101377/20U
Authority: RU
Inventors: А.И. Евсеев; В.М. Сидоров; В.М. Гордиенко; Г.Г. Васильев; В.И. Кленин; М.Д. Соколов
Original assignee: ЗАО "Теплосеть Плюс"
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 1998-10-16

Abstract

1. Сильфонный компенсатор деформаций трубопроводов, содержащий два патрубка, соединенных цельнометаллической гофрированной трубой с толщиной стенки равной t, профиль выступов и впадин гофр которой выпонены по радиусу соответственно R и r, сопряженных с поднутрением под углом α прямолинейными участками, съемные армирующие полукольца, стянутые крепежными элементами и установленные во впадинах гофр, причем профиль армирующих полуколец образован двумя наклоненными друг к другу под углом γ двух прямолинейных участков с вершиной угла, ориентированной в сторону выступа гофры, со стороны впадины гофры сопряженных по радиусу равным радиусу профиля впадины гофры, а со стороны выступа - переходящих в профиль, совпадающий с профилем выступа гофры в предельно сжатом ее положении, при этом максимальная толщина армирующих полуколец на периферийном участке равна шагу гофр за минусом амплитуды компенсирующего осевого хода гофры, отличающийся тем, что радиус профиля выступов гофр равен R = (8 - 12)t, радиус профиля впадин гофр равен r = (0,3 - 0,4)R, высота гофр равна H = (2,5 - 3,2)R, угол наклона прямолинейных участков профиля армирующих полуколец равен γ = 7-10, а угол поднутрения прямолинейных участков гофр равен α = (0,45-0,55)γ.2. Компенсатор по п.1, отличающийся тем, что он содержит предохранительный кожух, охватывающий гофрированную трубу с полукольцами и одним концом жестко закрепленный на одном из патрубков, а также направляющую внутреннюю обечайку, закрепленную одним концом на внутренней поверхности одного из патрубков.1. A bellows-type compensator for pipe deformations, comprising two nozzles connected by an all-metal corrugated pipe with a wall thickness equal to t, the profile of the protrusions and troughs of the corrugations of which are radially R and r, conjugated with undercutting at an angle α by straight sections, removable reinforcing half rings, tightened by fixing elements and corrugations installed in the hollows, and the profile of the reinforcing half rings is formed by two straight sections inclined to each other at an angle γ with the apex of the angle corrugated to the ledge of the corrugation, from the side of the corrugation of the corrugated radii equal to the radius of the profile of the corrugation of the corrugation, and from the side of the protrusion - turning into a profile that matches the profile of the protrusion of the corrugation in its extremely compressed position, while the maximum thickness of the reinforcing half rings in the peripheral section is equal to the step corrugation minus the amplitude of the compensating axial stroke of the corrugation, characterized in that the radius of the profile of the protrusions of the corrugations is R = (8 - 12) t, the radius of the profile of the corrugations of the corrugations is r = (0.3 - 0.4) R, the height of the corrugations is H = (2.5 - 3.2) R, straight line angle eynyh profile portions of the reinforcing half-rings is γ = 7-10, and the angle of the undercut portions of rectilinear corrugations is α = (0,45-0,55) γ.2. The compensator according to claim 1, characterized in that it comprises a safety casing covering a corrugated pipe with half rings and one end rigidly fixed to one of the nozzles, as well as a guide inner shell fixed at one end on the inner surface of one of the nozzles.

Description

СИЛЬФОННЫЙ КОМПЕНСАТОР ДЕФОРМАЦИИ ТРУБОПРОВОДОВPIPELINE DEFORMATION BELLOW COMPENSATOR

Полезная модель относится к трубопроводной технике, а именно к устройствам для соединения высоконапорных магистральных трубопроводов преимущественно большого диаметра (более 150 мм) газовой и нефтеперерабатывающей промышленности и предназначено для осевой компенсации тепловых расширений, а также рабочих и монтажных смещений.The utility model relates to pipeline technology, namely, devices for connecting high-pressure trunk pipelines of predominantly large diameter (more than 150 mm) gas and oil refining industries and is intended for axial compensation of thermal expansions, as well as working and installation displacements.

Известны сильфоны металлические однослойные компенсаторные, армированные кольцами (ГОСТ 24553-81 и ГОСТ 24554-81). Указанные сильфоны представляют собой металлическую трубу, состоящую из кольцевых гофр, имеющих линзовый профиль. Наружные поверхности гофр по впадинам армированы кольцами. Причем отношение радиуса профиля впадин к радиусу профиля выступов гофр лежит в диапазоне 0,6... 1,0, а профиль армирующих колец образован двумя параллельными прямыми, сопряженными по радиусу, равным радиусу профиля впадин гофр.Known metal bellows single-layer compensatory, reinforced with rings (GOST 24553-81 and GOST 24554-81). These bellows are a metal pipe consisting of annular corrugations having a lens profile. The outer surfaces of the corrugations along the hollows are reinforced with rings. Moreover, the ratio of the radius of the profile of the depressions to the radius of the profile of the protrusions of the corrugations lies in the range of 0.6 ... 1.0, and the profile of the reinforcing rings is formed by two parallel straight lines that are conjugate in radius equal to the radius of the profile of the depressions of the corrugations.

К недостаткам данных сильфонов следует отнести сравнительно невысокое максимальное допустимое рабочее внутреннее давление, а также невысокую амплитуду осевого хода гофр компенсатора, что обусловлено неоптимальной взаимной геометрией профилей гофр и армирующих колец.The disadvantages of these bellows include the relatively low maximum permissible working internal pressure, as well as the low amplitude of the axial stroke of the corrugations of the compensator, which is due to the non-optimal mutual geometry of the corrugations and reinforcing rings profiles.

Известен волнистый осевой компенсатор КВО (Компенсаторы волнистые, их расчет и применение. - ВНИИОЭНТ, Москва, 1965. С. 47-49, рис. 20,а.). Данный компенсатор содержит два патрубка, соединенных цельнометаллической гофрированной трубой, во впадинах 2 гофр которой установлены съемные полукольца, стянутые болтами, предохранительный кожух, охватывающий гофрированную трубу с армированными полукольцами. Кожух одним концом жестко скреплен с одним из патрубков. Компенсатор содержит также направляющую внутреннюю обечайку, одним концом закрепленную на внутренней поверхности одного из патрубков. Профиль гофрированной трубы может иметь вид выполненных по радиусу выступов и впадин,Known wavy axial compensator KVO (Wavy compensators, their calculation and application. - VNIIOENT, Moscow, 1965. S. 47-49, Fig. 20, a.). This compensator contains two nozzles connected by an all-metal corrugated pipe, in the hollows of the 2 corrugations of which there are removable half rings tightened by bolts, a safety casing covering the corrugated pipe with reinforced half rings. The casing at one end is rigidly bonded to one of the nozzles. The compensator also contains a guide inner shell, one end fixed to the inner surface of one of the nozzles. The profile of the corrugated pipe may be in the form of protrusions and depressions made along the radius,

сопряженных прямыми линиями, наклоненными под углом а друг к другу, образуя при этом поднутренный профиль. Профиль армирующих полуколец образован радиусом равным радиусу профиля впадин гофры и прямыми линиями, наклоненными под углом у друг к другу (см. там же, стр. 9, табл. N 2, п.2).conjugated by straight lines, inclined at an angle a to each other, forming an undercut profile. The profile of the reinforcing half rings is formed by a radius equal to the radius of the profile of the corrugations of the corrugations and by straight lines inclined at an angle to each other (see ibid., P. 9, table. N 2, p. 2).

К недостаткам данного компенсатора можно отнести, прежде всего, высокую его металлоемкость, так как в профиле с поднутрением радиусы выступов и впадин гофр выбирают, как правило, равными. К тому же профиль гофрированной трубы не обеспечивает высокие рабочие давления для трубопроводов большого диаметра (150 мм) и максимальные амплитуды осевого хода гофр компенсатора при прочих равных габаритно-массовых характеристиках известных компенсаторов.The disadvantages of this compensator include, first of all, its high metal consumption, since in a profile with undercutting, the radii of the corrugations and troughs of the corrugations are chosen, as a rule, equal. In addition, the profile of the corrugated pipe does not provide high working pressures for large diameter pipelines (150 mm) and the maximum axial amplitudes of the compensator corrugations, other things being equal to the overall mass characteristics of the known compensators.

Данная полезная модель решает задачу повышения рабочего давления сильфонного компенсатора, повышения его надежности и работоспособности, сохранения амплитуды осевого хода при существенном уменьшении его габаритно-массовых характеристик.This utility model solves the problem of increasing the operating pressure of the bellows compensator, increasing its reliability and performance, maintaining the amplitude of the axial stroke with a significant decrease in its overall mass characteristics.

Поставленная задача решается тем, что в сильфонном компенсаторе деформаций трубопроводов, содержащем два патрубка, соединенных цельнометаллической гофрированной трубой с толщиной стенки равной t, профиль выступов и впадин гофр которой выполнены по радиусу соответственно R и г, сопряженных с поднутрением под углом ос прямолинейными участками, съемные армирующие полукольца, стянутые крепежными элементами и установленные во впадинах гофр, причем профиль армирующих полуколец образован двумя наклоненными друг к другу под углом у двух прямолинейных участков с вершиной угла, ориентированной в сторону выступа гофры, со стороны впадины гофры сопряженых по радиусу равным радиусу профиля впадины гофры, а со стороны выступа - переходящих в профиль, совпадающий с профилем выступа гофры в предельно сжатом ее положении, при этом максимальная толщина армирующих полуколец на периферийном участке равна шагу гофр за минусом амплитуды компенсирующего осевого хода гофры, при этом радиус профиля выступов гофр равен R (8...12)t, радиус профиля впадин гофр равен г 0,3...0,4)R, высота гофр равна Н (2,5...3,2)R, угол наклона прямолинейных участков профиля армирующих полуколец равен у 7°...10°, а угол поднутрения прямолинейных участков гофр равен ос (0,45...0,55)уThe problem is solved in that in a bellows expansion joint compensator containing two nozzles connected by an all-metal corrugated pipe with a wall thickness equal to t, the profile of the protrusions and troughs of the corrugations of which are made along the radius R and g, respectively, connected with undercutting at an angle os with straight sections, removable reinforcing half rings, tightened by fasteners and installed in the hollows of the corrugations, and the profile of the reinforcing half rings is formed by two angled at two straight to each other linear sections with the apex of the angle oriented towards the corrugation protrusion, from the corrugation depression side, radially equal to the radius of the corrugation cavity profile, and from the protrusion side, turning into a profile matching the profile of the corrugation protrusion in its extremely compressed position, while the maximum thickness of reinforcing the semicircles in the peripheral section is equal to the step of the corrugations minus the amplitude of the compensating axial course of the corrugations, while the radius of the profile of the protrusions of the corrugations is R (8 ... 12) t, the radius of the profile of the corrugations of the corrugations is g 0.3 ... 0.4) R, the height of the corrugations is equal to N (2.5 ... 3.2) R, the angle of inclination of the straight sections of the profile of the reinforcing half rings is 7 ° ... 10 °, and the angle of undercut of the straight sections of the corrugations is equal to oc (0.45 ... 0.55)

Сильфонный компенсатор может быть снабжен предохранительным кожухом, охватывающим гофрированную трубу с полукольцами и одним концом жестко закрепленным на одном изThe bellows expansion joint can be equipped with a safety cover covering the corrugated pipe with half rings and one end rigidly fixed to one of

патрубков, а также направляющей внутренней обечайкой, закрепленной одним концом на внутренней поверхности одного из патрубков.nozzles, as well as a guide inner shell secured at one end on the inner surface of one of the nozzles.

На Фиг. 1 представлен предлагаемый сильфонный компенсатор; на Фиг.2, 3, 4 - сечения гофрированной трубы компенсатора с армирующими полукольцами в исходном (среднем), растянутом и сжатом положении соответственно.In FIG. 1 shows the proposed bellows expansion joint; figure 2, 3, 4 - section of the corrugated pipe compensator with reinforcing half rings in the initial (average), extended and compressed position, respectively.

Сильфонный компенсатор деформаций трубопроводов состоит из основного элемента - цельнометаллической гофрированной трубы I, представляющей собой эластичную оболочку с внутренним диаметром большим 150 мм и имеющей кольцевые выступы 2 и впадины 3. Оба края гофрированной трубы 1 расположены на проточенных участках соответствующих патрубков 4, 5 и приварены к ним. Во впадинах 3 гофрированной трубы 1 расположены съемные армирующие кольца 6, стянутые крепежными элементами 7, например, болтами с гайками. Крайние полукольца 8 подпирают стойки 9, приваренные к соответствующим патрубкам 4, 5. Гофрированную трубу 1 с армирующими полукольцами 6 и 8 охватывает предохранительный кожух 10, один конец 11 которого жестко закреплен на одном из патрубков, например, на патрубке 5. Второй конец 12 предохранительного кожуха установлен с возможностью свободного скольжения по второму патрубку 4. Внутри гофрированной трубы 1 размещена направляющая обечайка 13, закрепленная одним концом на внутренней поверхности одного из патрубков 4 и имеет возможность свободного перемещения внутри второго патрубка 5.The bellows-type compensator for pipeline deformations consists of the main element - an all-metal corrugated pipe I, which is an elastic shell with an inner diameter of greater than 150 mm and having annular protrusions 2 and depressions 3. Both edges of the corrugated pipe 1 are located on the hollow sections of the corresponding pipes 4, 5 and are welded to him. In the hollows 3 of the corrugated pipe 1 are removable reinforcing rings 6, tightened by fasteners 7, for example, bolts with nuts. The extreme half rings 8 support the posts 9, welded to the corresponding pipes 4, 5. A corrugated pipe 1 with reinforcing half rings 6 and 8 is covered by a safety casing 10, one end 11 of which is rigidly fixed to one of the pipes, for example, to pipe 5. The second end 12 of the safety the casing is installed with the possibility of free sliding along the second pipe 4. Inside the corrugated pipe 1 there is a guide shell 13 fixed at one end on the inner surface of one of the pipes 4 and has the possibility of free movement inside the second pipe 5.

В исходном положении профиль гофрированной трубы состоит из выполненных по радиусу выступов и впадин гофр, сопряженных наклоненными прямолинейными участками 14, образующими угол поднутрения гофр а. Причем отношение радиуса г профиля впадин гофр к радиусу R профиля выступов лежит в пределах 0,3...0,4. При заданной по прочности толщине t гофрированной трубы, радиус профиля выступов гофр выбирают равным R (8...12)t, а высоту гофр Н выбирают равной Н (2,5...3,2)R.In the initial position, the profile of the corrugated pipe consists of radii of protrusions and depressions of the corrugations, conjugated by inclined rectilinear sections 14, forming an angle of undercut of the corrugation a. Moreover, the ratio of the radius r of the profile of the corrugations of the corrugations to the radius R of the profile of the protrusions lies in the range of 0.3 ... 0.4. For a given thickness t of the corrugated pipe, the radius of the profile of the protrusions of the corrugations is chosen equal to R (8 ... 12) t, and the height of the corrugations H is chosen equal to N (2.5 ... 3.2) R.

Профиль армирующих полуколец образован двумя наклоненными друг к другу под углом у 7°...10° прямолинейными участками 15, с вершиной угла, ориентированной в сторону выступа 2 гофры. Прямолинейные участки 15 армирующих колец со стороны впадины 3 гофры сопряжены по радиусу г, равному радиусу профиля впадины 3, а со стороны выступа гофр прямолинейные участки 15 переходят в профиль, совпадающий с профилем выступа гофры в предельно сжатом ее состоянии (Фиг.4). Максимальная толщина В армирующих полуколец 6 на периферийном участке равна шагу гофр Т за минусом амплитуды АThe profile of the reinforcing half rings is formed by two straight sections 15 inclined to each other at an angle of 7 ° ... 10 °, with the apex of the angle oriented towards the ledge 2 of the corrugation. The straight sections 15 of the reinforcing rings from the side of the corrugation cavity 3 are conjugated along a radius r equal to the radius of the profile of the depression 3, and from the side of the corrugation protrusion, the straight sections 15 go into a profile that coincides with the profile of the corrugation protrusion in its extremely compressed state (Figure 4). The maximum thickness B of the reinforcing half rings 6 in the peripheral section is equal to the step of the corrugations T minus the amplitude A

компенсирующего осевого хода гофры. При этом угол ос поднутрения гофр выбирают равным ос (0,45...0,55)у.compensating axial stroke of the corrugation. In this case, the angle os of the undercut of the corrugations is chosen equal to os (0.45 ... 0.55) y.

Устройство работает следующим образом. При подаче под высоким давлением газа или жидкости во внутреннюю полость гофрированной трубы 1 происходит расширение выступов 2 гофр, производя первоначально выбор зазора между гофрами и армирующими полукольцами о. Данный зазор образован за счет разности углов а и у профилей гофр и армирующих полуколец 6. При этом армирующие полукольца 6 воспринимают усилия от высокого внутреннего давления, ограничивая выпучивание оболочки выступов 2 гофр. Выбранное значение угла у наклона прямолинейных участков 15 армирующих полуколец увеличивает сопротивление продольному растяжению выступов 2 гофр, что позволяет гофрам воспринимать более высокие рабочие давления.The device operates as follows. When a gas or liquid is supplied under high pressure into the internal cavity of the corrugated pipe 1, the protrusions 2 of the corrugations expand, initially making a choice of the gap between the corrugations and the reinforcing half rings o. This gap is formed due to the difference between the angles a and the profiles of the corrugations and the reinforcing half rings 6. In this case, the reinforcing half rings 6 take up forces from high internal pressure, limiting the buckling of the shell of the protrusions of 2 corrugations. The selected value of the angle at the slope of the straight sections 15 of the reinforcing half rings increases the resistance to the longitudinal extension of the protrusions of 2 corrugations, which allows the corrugations to perceive higher working pressures.

При наличии осевой деформации трубопровода, например, за счет его температурного расширения, прямолинейные участки 14 выступов гофр 2 изгибаются и сжимаются в осевом направлении, изменяя при этом шаг между гофрами. Армирующие полукольца 6 сближаются, выбирая компенсационный зазор А и все больше воспринимая на себя усилия рабочего внутреннего давления. При полном выборе зазора периферийные участки армирующих полуколец 6 смыкаются, замыкая профиль выступов 3 гофр на себя, и в таком состоянии максимально воспринимая на себя рабочее давление, причем данное положение является основным рабочим состоянием компенсатора. Заданная толщина В периферийного участка армирующих полуколец 6 к тому же ограничивает уменьшение шага между гофрами, в пределах допустимых расчетных значений амплитуд компенсирующего осевого хода гофры, обеспечивая вместе с тем равномерную работу всех гофр сильфонного компенсатора.In the presence of axial deformation of the pipeline, for example, due to its thermal expansion, the straight sections 14 of the protrusions of the corrugations 2 are bent and compressed in the axial direction, while changing the pitch between the corrugations. The reinforcing half rings 6 approach each other, choosing the compensation gap A and more and more accepting the efforts of the working internal pressure. With a full choice of the gap, the peripheral sections of the reinforcing half rings 6 are closed, closing the profile of the protrusions 3 of the corrugations to themselves, and in this state, absorbing the working pressure as much as possible, and this position is the main working state of the compensator. The specified thickness In the peripheral section of the reinforcing half rings 6 also limits the decrease in the step between the corrugations, within the limits of the permissible calculated values of the amplitudes of the compensating axial stroke of the corrugation, while ensuring the uniform operation of all corrugations of the bellows compensator.

Заданные профили гофр и армирующих полуколец 6, а именно: соотношение радиусов R и г, выступов 2 и впадин 3 гофр, их высота Н, а также значение угла у наклона прямолинейных участков 14 армирующих полуколец и соотношение этого угла с углом поднутрения а гофр, позволяет прежде всего существенно снизить металлоемкость компенсатора при применении его на трубопроводах большого диаметра, за счет существенного уменьшения ширины впадин 3 гофр по отношению к ширине выступов 2 гофр, без уменьшения компенсирующей способности армирующих полуколец 6, как по впадинам 3 гофр, так и по наружней поверхности выступов 2 гофр, контролируя их выпучивание.The given profiles of corrugations and reinforcing half rings 6, namely: the ratio of the radii R and g, protrusions 2 and depressions 3 corrugations, their height H, as well as the angle value at the slope of the straight sections 14 of the reinforcing half rings and the ratio of this angle to the angle of undercut a corrugation, allows First of all, significantly reduce the metal consumption of the compensator when it is used on large-diameter pipelines, due to a significant reduction in the width of the hollows of the 3 corrugations with respect to the width of the protrusions of the 2 corrugations, without reducing the compensating ability of the reinforcing half rings 6, as about the depressions of the 3 corrugations, and on the outer surface of the protrusions of the 2 corrugations, controlling their buckling.

Использование внутренней направляющей обечайки 1.3 снижает завихрения транспортируемой среды, уменьшая потери ее напора (давления). К тому же скорость потока в зазоре между гофрированной трубой 1 и обечайкой 13 существенно снижается, что также благоприятно влияет на надежность работы компенсатора.The use of the inner guide of the shell 1.3 reduces the turbulence of the transported medium, reducing the loss of its pressure (pressure). In addition, the flow rate in the gap between the corrugated pipe 1 and the casing 13 is significantly reduced, which also favorably affects the reliability of the compensator.

Предохранительный кожух 10 защищает гофрированную трубу 1 от механических повреждений и загрязнений.The safety casing 10 protects the corrugated pipe 1 from mechanical damage and contamination.

Испытания сильфонного компенсатора со следующими конструктивными характеристиками:Testing a bellows expansion joint with the following structural characteristics:

-гофрированная труба выполнена из нержавеющей стали 08Х18Н10Т с шестью гофрами и толщиной стенки t 2 мм;- corrugated pipe made of 08X18H10T stainless steel with six corrugations and a wall thickness of t 2 mm;

-проходной диаметр компенсатора - 150 мм;- bushing diameter of the compensator - 150 mm;

-основные характеристики профилей гофр и армирующих полуколец: R 20 мм; г 7 мм; Н 55 мм; у 10°; а 5°,-basic characteristics of corrugation profiles and reinforcing half rings: R 20 mm; g 7 mm; H 55 mm; at 10 °; a 5 °

показали, что он выдерживает внутреннее рабочее давление до 16 МПа и имеет общую компенсирующую способность А +15 мм при температуре среды 70 °С.showed that it withstands an internal working pressure of up to 16 MPa and has a general compensating ability of A +15 mm at an ambient temperature of 70 ° C.

Предполагаемая конструкция сильфонного компенсатора деформаций позволяет использовать его на трубопроводах с большим проходным диаметром (150 мм) и больших рабочих давлениях (9 МПа), обеспечивая при этом большую компенсирующую способность, и иметь минимальны габаритно-массовые характеристики.The proposed design of the bellows strain relief allows it to be used on pipelines with a large bore diameter (150 mm) and large working pressures (9 MPa), while providing greater compensating ability, and have minimal overall mass characteristics.

Все это существенно повышает надежность работы сильфонного компенсатора осевых деформаций.All this significantly increases the reliability of the bellows expansion joint axial strain.

Claims

1. A bellows-type compensator for pipe deformations, comprising two nozzles connected by an all-metal corrugated pipe with a wall thickness equal to t, the profile of the protrusions and troughs of the corrugations of which are radially R and r, conjugated with undercutting at an angle α by straight sections, removable reinforcing half rings, tightened by fixing elements and corrugations installed in the hollows, and the profile of the reinforcing half rings is formed by two straight sections inclined to each other at an angle γ with the apex of the angle corrugated to the ledge of the corrugation, from the side of the corrugation of the corrugated radii equal to the radius of the profile of the corrugation of the corrugation, and from the side of the protrusion - turning into a profile that matches the profile of the protrusion of the corrugation in its extremely compressed position, while the maximum thickness of the reinforcing half rings in the peripheral section is equal to the step corrugation minus the amplitude of the compensating axial stroke of the corrugation, characterized in that the radius of the profile of the protrusions of the corrugations is R = (8 - 12) t, the radius of the profile of the corrugations of the corrugations is r = (0.3 - 0.4) R, the height of the corrugations is H = (2.5 - 3.2) R, straight line angle eynyh portions of the reinforcing profile is Semirings γ = 7-10 ^°, and the angle of the undercut portions of rectilinear corrugations is α = (0,45-0,55) γ.
2. The compensator according to claim 1, characterized in that it comprises a safety casing covering a corrugated pipe with half rings and one end rigidly fixed to one of the nozzles, as well as a guide inner shell fixed at one end on the inner surface of one of the nozzles.