SU1767273A1 - Компенсационное виброизолирующее соединение трубопровода - Google Patents

Abstract

Использование: машиностроение, виброизолирующие компенсационные соединительные устройства дл  трубопроводов машин и аппаратов. Сущность изобретени : компенсационное виброизолирующее соединение трубопровода состоит из соосных патрубков в виде раструба, в котором размещен конец патрубка. Полости патрубков посредством каналов и радиальных отверстий , выполненных на стыковочны поверхност х патрубков, соединены между собой. Стыковочные поверхности рагположены на боковых поверхност х патрубков, параллельно их оси, и между ними размещены кольцевые тонкослойные резинометалличе- ские элементы, высока  податливость которых в плоскости колец обеспечивает относительную осевую подвижность патрубков при малой силовой сварке между ними. 6 ил.

Description

сл

с

Изобретение относитс  к трубопроводным системам и может быть использовано в качестве виброизолирующего и компенсационного соединени  трубопроводов в неф- т ной,газовой,химической

промышленности, в машиностроении, например , дл  соединени  труб энергетических установок и т.п.

Известен технологический компенсатор стыка трубопроводов, включающий фланцы, размещенный между ними упругий элемент и защитную оболочку, причем упругий элемент установлен с предварительным нат гом, а защитна  оболочка выполнена в виде концентрично установленных ленточных пружин сжати  (см. авт.св-во СССР Ns 945580, кл. F 16 L 51/00, 1976).

Недостатком известного устройства  вл етс  то, что при увеличении внутреннего давлени  в трубопроводе осева  жесткость упругого элемента, заключенного в защитную оболочку из ленточных пружин сжати ,

существенно возрастает, что не позвол ет осуществить эффективную виброизол цию в осевом направлении и компенсировать возможные квазистатические перемещени  фланцев трубопровода в осевом направлении .

Известно фланцевое соединение с жесткими и накидными фланцами, между которыми расположены скрепленные между собой амортизационные элементы (центральный и два дополнительных) (см.авт.св- во СССР №779715, кл. F 16 L 23/02, 1980).

Недостатком известного устройства  вл ютс  низкие виброизолирующие свойства фланцевого соединени  в услови х высокого давлени  в трубопроводе, обусловленные возрастанием осевой жесткости центрального амортизатора, представл ющего собой толстостенную резиновую оболочку, при увеличении внутреннего давлени ,

Известен гибкий па трубок, соедин ющий две трубы и обеспечивающий проо

V

к

о;

странственную подвижность соедин емых элементов, дл  основного применени  в подводных лодках (см. патент США № 3853337, кл F 16 L 27/10, 1974)

Недостатком известного устройства  вл етс  возрастание осевой жесткости патрубка при увеличении внутреннего давлени  рабочей среды в трубопроводе, обусловленное зависимостью модул  сдвига эластомерного материала упругих элементов гибкого патрубка, выполненных в виде толстостенных оболочек, наход щихс  в услови х всестороннего сжати , и привод щее к ухудшению виброизолирующих свойств соединени  в осевом направлении.

Известно гибкое соединение труб с упругим элементом,армированным жесткими сферическими концентрическими кольцами с системой гидравлической разгрузки (см. патент США № 4068864, кл. F 16 L 11/12, 1976).

Недостатками известного устройства  вл ютс  низкие виброизолйрующме и компенсационные свойства соединени  в осевом направлении, 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 соедин емых труб. Другие виды взаимных перемещений фланцев друг относительно друга, в частности при осевом смещении фланцев соедин емых труб, вынуждают деформироватьс  эластомерные слои упругого элемента в направлении,пер- пендикул рном срединной поверхности слоев. В этом направлении сжатые тонкие сферические слои из эластомерного материала обладают большой жесткостью, поскольку она определ етс  величиной модул  объемного сжати  эластомера, который на 2...4 пор дка превышает их модуль сдвига.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к за влен- чомуустройству вл етс 

компенсационное виброизолирующее соединение трубопровода, содержащее два со- осных патрубка, йа смежных концах которых выполнены стыковочные поверхности с отверсти ми дл  прохода среды и раз- мещенные между ними кольцевые тонкослойные резинометаллические элементы (см. патент Франции № 1304195, кл. F 16 L, 1962). Прин то за прототип.

Недостатками устройства - прототипа  вл ютс  низкие виброизолирующие и компенсационные свойства соединени  в осевом направлении, обусловленные тем, что

при осевом взаимном смещении патрубков соедин емых труб упругие слои пакета вынуждены деформироватьс  в направлении, перпендикул рном срединной поверхности

упругих слоев. В этом направлении сжатые тонкие слои из эластомерных материалов обладают большой жесткостью, поскольку она определ етс  величиной модул  объемного сжати  эластомера, который на 2...4

0 пор дка превышает их модуль сдвига.

Цель изобретени  - повышение надежности за счет обеспечени  виброизолирующих свойств в осевом направлении при одновременном повышении степени унифи5 кации.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном компенсационном виброизолирующим соединении трубопровода, содержащем два соосных патрубка, на смежных

0. концах которых выполнены стыковочные поверхности с отверсти ми дл  прохода среды и размещенные между ними кольцевые тонкослойные резинометаллические элементы, стыковочные поверхности распо5 ложены на боковых поверхност х сопр гае- мых концов патрубков попарно и переллельно их оси.

На фиг. 1 изображена конструктивна  схема компенсационного виброизолирую0 щего соединени  трубопровода; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (компенсационного виброизолирующего соединени  трубопровода ); на фиг. 3 - двухр дный вариант установки кольцевых тонкослойных

5 резинометаллических элементов; на Фиг. 4 - схема кольцевых тонкослойных резинометаллических элементов; на фиг. 5 и 6 - варианты сопр жени  фланцев кольцевых тонкослойных резинометаллических эле0 ментов с патрубками трубопровода.

За вленное устройство состоит из следующих основных элементов: трубопровода 1, раструба 2, внутренней стенки раструба 3, кольцевых тонкослойных резинометаллических элементов 4, заглушки 5 и вклады5 шей-обтекателей 6 и 7. Внутренн   стенка раструба 3 герметично соединена с раструбом 2, например, при помощи крепежных элементов 8. Кольцевые тонкослойные резинометаллические элементы 4 состо т из

0 фланцев 9, 10 и пакета плоских чередующихс  жестких армирующих 11 и упругих 12 слоев. Поджатие уплотнений 13 и И производитс  крепежными элементами 15 и 16. Компенсационное виброизолирующее

5 соединение трубопровода (см. фиг. 1) содержит трубопровод 1 с двум  соосными патрубками , на смежных концах которых выполнены стыковочные поверхности с отверсти ми дл  прохода среды. Один из патрубков может быть выполнен, например, в виде торца трубопровода, герметично закрытого заглушкой 5. Второй патрубок может быть выполнен в виде жестко соединенного с трубопроводом 1, например сваркой, раструба 2 с круговой полостью, например, V-образной формы. Соединенна  с трубопроводом часть раструба имеет форму конуса, а свободный конец раструба - форму цилиндра. Внутренн   стенка раструба 3 герметично соединена с раструбом 2, например, при помощи крепежных элементов 8. Стыковочные поверхности с отверсти ми дл  прохода Среды расположены на боковых поверхност х сопр гаемых концов патрубков попарно и параллельно их оси.

Между стыковочными поверхност ми патрубков размещены кольцевые тонкослойные резонометаллические элементы 4 в один или несколько р дов (см. фиг. 2 и фиг. 3). Така  схема установки позвол ет при помощи ограниченного набора типоразмеров кольцевых тонкослойных резинометал- лическихэлементовсоздать

компенсационное виброизолирующее сое- динение трубопровода произвольного диаметра , то есть осуществить унификацию.

Дл  улучшени  условий течени  среды в услови х раздел ющихс  потоков между внутренней стенкой раструба 3 и раструбом 2 может быть установлен вкладыш-обтекатель 6. Подобный вкладыш-обтекатель 7 может быть установлен возле заглушенного торца трубопровода 1.

Кольцевые тонкослойные резинометал- лические элементы 4 представл ют собой пакет соединенных друг с другом, например склеиванием, плоских чередующихс  жестких армирующих 11 и упругих 12 слоев (см.фиг. 4), с определенными физико-меха- ническими и конструкционными характеристиками .

Жесткие армирующие слои 11 могут быть выполнены металлическими (сталь, латунь , титат и др.) или из композиционных материалов, например, на основе синтетических и натуральных тканей или на основе графитовых волокон и эпоксидных смол. Оптимальные толщины ha жестких армирующих слоев наход тс  в диапазоне

ha (0,0041...0,29). В,

где В (D - d)/2 - ширина колец.

Упругие слои 12 св заны с жесткими армирущими сло ми 11 и фланцами 9, 10, например склеиванием, и могут быть выполнены на основе высокомолекул рных соединений , обладающих определенными

эластичными свойствами, например специальной резины или термоэластопластов с модулем сдвига G материала упругих слоев и модулем объемного сжати  К в следующих диапазонах:

G 0,12...2,2 МПа, К 0.9...4.2 ГПа.

Упругие материалы с указанными характеристиками  вл ютс  слабосжимаемыми , так как их коэффициент Пуассона близок к 0,5 и свойство сжимаемости, определ ющее способность упругого элемента выдерживать большие сжимающие нагрузки, про вл етс  только при сжатии тонких слоев . Степень тонкослойное™ определ етс  величиной параметра тонкослойности, равного отношению толщины упругого сло  hy к ширине колец В. Возможный диапазон изменени  параметра тонкослойности:

Ј-0,11

...4,8

v2

10V,6/P.

Жесткости упругих элементов, выполненных из эластомерных материалов,все линейные габаритные размеры которых  вл ютс  величинами одного пор дка, определ ютс  величиной модул  сдвига G и при этом материал ведет себ  как практически несжимаемый. Свойство сжимаемости, про вл емое эластичными материалами при сжатии тонких слоев, состоит в том, что их нормальна  жесткость существенно возрастает (на 2...4 пор дка), так как начинает определ тьс  величиной модул  объемного сжати  К, который, в свою очередь, на 2,,.4 пор дка превосходит модуль сдвига G. При этом тангенциальна  жесткость тонкого эластомерного сло  пб-прежнему определ етс  величиной модул  сдвига G.

Относительна  высота пакета плоских чередующихс  жестких армирующих и упругих слоев ограничена соотношением

H/D 0,07...0,71, б/р,

где Н - высота пакета, Н hana + hyny, где Па/ty соответственно число жестких армирующих и упругих слоев; D - внешний диаметр кольцевого тонкослойного резинометаллического элемента, а отношение толщин единичных жестких армирующих ha и упругих hy слоев равно

ha/hy 0,07...18,0,6/p.

Относительный размер внутреннего отверсти  ограничен соотношением d/D 0,47...0,95, б/р,

где d - внутренний диаметр кольцевого тонкослойного резинометаллического элемента .

Дл  повышени  стойкости кольцевых тонкослойных резинометаллических эле- ментов 4 к возможному воздействию агрессивных сред на их внутреннюю поверхность может быть нанесено защитное покрытие.

Герметичность соединени  обеспечиваетс  установкой между фланцами кольце- вых тонкослойных резинометаллических элементов 4 и патрубками трубопровода (см. фиг. 5 и фиг. 6) уплотнений 13 и 14, поджатие которых осуществл етс  крепежными элементами 15 и 16.

За вленное устройство работает следующим образом.

Кольцевой тонкослойный резинометал- лический элемент 4, выполненный в виде пакета плоских чередующихс  жестких ар- мирующих и упругих слоев с определенными выше физико-механическими и конструкционными параметрами,имеет малую тангенциальную жесткость, то есть малую жесткость св зи при смещении фланцев упругого элемента друг относительно друга в плоскости слоев и выдерживает большие силы сжати  в направлении7 перпендикул рном плоскости слоев. При этом тангенциальна  жесткость упругого элемента практически на зависит от давлени  рабочей среды в трубопроводе, так как, из-за наличи  жестких армирующих слоев, упругие слои деформируютс  независимо друг от друга, модуль сдвига материала уп- ругих слоев слабо зависит от гидростатического давлени , а возникающие в упругих сло х при загрузке давлением главные напр жени  быстро убывают при удалении от внутренней поверхности. Это позвол ет с

фнг.1

помощью таких элементов обеспечить эффективную виброизол цию осевых вибрационных сил, передаваемых от одного патрубка трубопровода к другому в услови х высокого внутреннего давлени  в трубопроводе и при компенсации возможных статических перемещений патрубков трубопровода друг относительно друга в осевом направлении.

Нежелательную работу кольцевых тонкослойных резинометаллических элементов 4 на раст жение при возможном наличии зазоров между внутренней стенкой раструба 3 и фланцами 9 можно исключить путем их предварительной деформации сжати , например на гидравлическом прессе, с последующим закреплением специальной струбциной. В таком виде осуществл етс  предварительна  сборка соединени , после которой струбцины снимаютс  и кольцевые тонкослойные резинометаллические элементы , расправл  сь, выбирают нежелательные зазоры.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Компенсационное виброизолирующее соединение трубопровода, содержащее два соосных патрубка, на смежных концах которых выполнены стыковочные поверхности с отверсти ми дл  прохода среды и размещенные между ними кольцевые тонкослойные резинометаллические элементы, от л и- чающеес  тем, что, с целью повышени  надежности за счет обеспечени  виброизолирующих свойств в осевом направлении при одновременном повышении степени унификации, пары стыковочных поверхностей расположены на боковых поверхност х сопр гаемых концов патрубков параллельно их оси.

   ; //V//////////4N

   ei2i9a

   1-лгЛ