Компенсационное виброизолирующее соединение трубопровода

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 1781499 ПУБЛИК 3 51/00 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ П К АВТО 5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1689716, кл. Р 16 1. 51/00, 1989(54) КОМПЕНСАЦИОННОЕ ВИБРОИЗОЛИРУЮЩЕЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБОПРОВОДА (57) Использование; трубопроводная техника, компенсационные виброизолирующие соединительные устройства трубопроводов. Сущность изобретения: соединение состоит из установленного между концами трубопровода 1 с раструбами 2 дополнительного патрубка 5, взаимодействующего с4 Х б 2раструбами 2 через кольцевые резинометаллические элементы 4, установленные со сжатием на стыковочных поверхностях патрубка 5 и раструбов 2 в месте расположения отверстий в патрубке 5 и раструбах 2, Стыковочные поверхности раструбов 2 и патрубка 5 расположены на боковых поверхностях патрубов 2 и патрубка 5, параллельно и попарно-симметричноих оси, а пары стыковочных поверхностей на концах патрубка 5 размещены ва взаимно перпендикулярных плоскостях, что обеспечивает возможность поперечного и продольного взаимоперемещения раструбов 2 при вибрации трубопровода 1 за счет податливости эластичных слоев резинометаллических элементов 4 в направлении плоскостей их металлических колец. 9 ил.4Изобретение относится к трубопроводным системам и может быть использованов качестве виброизолирующего и компенсационного соединения трубопроводов внефтяной, газовой, химической промышленности, в мэшиностроении, например,для соединения труб энергетических установок и т. и,Известен технологический компенсатор стыка"трубопроводо 1 э, включающийфланцы, рззмЬЦетый между ними упругийэлемент и защйтйую оболочку, причем упругий элемент ус 1",Гйовлен с предварительнымнэтягом, э защитная оболочка выполнена ввиде концентрично установленных ленточных пружин сжатия.Недостатком известного устройства является то, что при увеличении внутреннегодавления в трубопроводе осевая и поперечная жесткостьупругого элемента заключенного взащитную оболочку изленточных пружин сжатия существенновозрастает, что не позволяет осуществитьэффективную виброизоляцию в осевом направлении при обеспечении возможностипространственной виброизоляции и компенсировать возможные статические воз мущения трубопровода.Известно флэнцевое соединение с жесткими и нэкидными фланцами, между которыми расположены скрепленные междусобой амортизационные элементы (центральный и два дополнительных).Недостатком известного устройства являются низкие виброизолирующие свойства флэнцевого соединения в условияхвысокого давления в трубопроводе, обусловленные возрастанием осевой и поперечной жесткости центрального амортизатора,представляющего собой толстостенную резиновую оболочку, при увеличении внутреннего давления.Известен гибкий патрубок, соединяющий две трубы и обеспечивающий пространственную подвижность соединяемыхэлементов, для основного применения вподводных. лодках,Недостатком известногоустройства является возрастание осевой и поперечнойжесткости патрубкэ при увеличении внутреннего давления рабочей среды в трубопроводе, обусловленное зависимостьюмодуля сдвига эластомерного материала упругих элементов гибкого пэтрубка, выполненных в виде толстостенных оболочек,находящихся в условиях всестороннегосжатия, и приводящее к ухудшению виброизолирующих свойств соединения.Известно гибкое соединение труб с упругим элементом эрмировэнным жесткими25 виброизолирующее соединение трубопро 30 водов, содержащее два соосных патрубкэ,4045 50 дуля объемного сжатия эластомерэ, кото 5 10 15 20 сферическими концентрическими кольцами с системой гидравлической разгрузки,Недостатками известного устройства являются низкие виброизолирующие и компенсационные свойства соединения в осевом и поперечном направлениях, обусловленные тем, что упругий элэстомерный элемент армированный жесткими сферическими концентрическими кольцами обладает большой податливостью только при деформации сдвига, то есть только при взаимном повороте фланцев соединяемых труб. Другие виды взаимных перемещений фланцев друг относительно друга, в частно. сти при осевом или поперечном смещении фланцев соединяемых труб, вынуждают деформироваться элэстомерные слои упругого элемента в направлении перпендикулярном срединной поверхности слоев. В этом направлении сжатые тонкие сферические слои из.эластомерного материала обладают большой жесткостью, поскольку онаопределяется величиной модуля объемного сжатия эластомера, который нэ 2.4 порядкэ превышает их модуль сдвига.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному устройству является компенсационное на смежных концах которых выполнены стыковочные поверхности с отверстиями для прохода среды и, размещенные между ними, кольцевые тонкослойные резинометаллические элементы. Принято за прототип.Недостатками устройства - прототипа являются низкие виброизолирующие и ком-, пенсационные свойства соединения в осевом направлении, обусловленные тем, что при осевом взэимном смещЕнии патрубков соединяемых труб упругие слои кольцевых токнослойных резинометэллических элементов вынуждены деформироваться в направлении ортогональном срединнойповерхности упругих слоев. В этом направлении сжатые тонкие слои из эластомерных материалов обладают большой жесткостью, поскольку она определяется величиной морый на 24 порядка превышает их модуль сдвига,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей зэ счет обеспечения виброизолирующих свойств в осевом направлении при одновременном повышении степени унификации.Постэвленнэя цель достигается тем, что в известном компенсационном виброизолирующем соединении трубопровода, содержащим два соосных пэтрубка, на смежных. концах которых выполнены стыковочные поверхности с отверстиями для прохода среды и, размещенные между ними, кольцевые тонкослойные резинометаллические 5 элементы, соединение снабжено дополнительным патрубком, установленным между основными патрубками соосно им, а стыковочные поверхности расположены на боковых поверхностях сопрягаемых между 10 собой концов патрубков параллельно и попарно-симметрично их оси, при этом пары стыковочных поверхностей на концах дополнительного патрубка размещены во взаимно перпендикулярных плоскостях.15На фиг. 1 изображена конструктивная схема компенсационного виброизолирующего соединения трубопровода; на фиг. 2 - второй вариант схемы; на фиг. 3 и 4- схемы . дополнительного патрубка; на фиг, 5 и 6 - 20 сечения А-А и Б-Б второго варианта схемы компенсационного виброизолирующего соединения трубопровода; на фиг. 7 - двухрядная схема установки кольцевых тонкослойных резинометаллических эле ментов; на фиг. 8 - схема кольцевых тонкослойных металлических элементов; на фиг, 9 - схема герметизирующего узла.Предлагаемое устройство состоит из следующих основных элементов: трубоп ровода 1, раструбов 2, внутрейних стенок раструба 3, кольцевых тонкослойных резинометаллических элементов 4, дополнительного патрубка 5 и вкладышей-обтекателей 6 и 7. Внутренняя стенка раструба 3 герметич но соединена с раструбом 2, например, при помощи крепежных элементов 8, Кольцевой тонкослойный резинометаллический эле-мент 4 состоит из фланцев 9 и пакета плоскихчередующихся жестких армирующих 10 и уп ругих 11 слоев. Поджатие уплотнений 12 производится крепежными элементами 13.Компенсационное виброизолирующее соединение трубопровода (см. фиг, 1 и фиг.2) содержит трубопровод 1 с двумя соосны ми патрубками, на смежных концах которых выполнены стыковочные поверхности с отверстиями для прохода среды, Патрубки могут быть выполены, например, в виде встречно направленных раструбов.2 Ч-об ,рэзной 1 формы и герметично соединеннымй с ними внутренними стенками патрубков 3, Соединения с трубопроводном часть раструба имеет форму конуса, сопряженного со свободным концом раструба, имеющим 55 форму прямоугольного параллелепипеда. Форма внутренних стенок раструба 3 соответствует форме раструбов, Между раструбами помещен дополнительный патрубок 5, Стыковочные поверхности с отверстиями для прохода среды расположены на боковых поверхностях сопрягаемых между собой концов патрубков параллельно ипопарно-симметрично их оси, при этом пары стыковочных поверхностей на концах дополнительного патрубка размещены вовзаимно-перпендикулярных плоскостях.Во втором варианте схемы компенсационного виброизолирующего соединениятрубопровода(см. фиг. 2) отверстия в дополнительном патрубке, имеющем форму прямоугольного параллелепипеда, выполненыодинаково на всех ее боковых гранях (см.фиг. 4). Каждый иэ патрубков охватываетдополнительный патрубок только с двух сторон, причем относительно друг друга патрубки повернуты вокруг оси трубопроводана угол девяносто градусов.Полости фланцев сообщены с полостьюдополнительного патрубка посредствомкольцевых тонкослойных резинометаллических элементов 4, установленных ортогонально оси трубопровода (см. фиг. 5 и фиг,6), На противоположных боковых стенкахдополнительного патрубка, симметрично поотношению к оси трубопровода может бытьустановлено несколько кольцевых тонкослойных резинометаллических элементов(один и более, см. фиг. 7). Такая схема установки упругих элементов позволяет припомощи ограниченного набора их типоразмеров создать компенсационные виброизолирующие соединения трубопроводовпроизвольного диаметра, то есть осуществить унификацию.Для улучшения условий течения рабочей среды в условиях разделяющихся потоков между внутренней стенкой раструба 3 ираструбом 2 может быть установлен вкладыш-обтекэтель 6. Подобный вкладыш-обте- .катель 7 может быть установлен возле торцовдополнительного патрубка 5 (см. фиг, 1),Кольцевой тонкослойный резинометаллический элемент 4 представляет собой пакет соединенных друг с другом, напримерсклеивания, плоских чередующихся жестких армирующих 10 и упругих 11 слоев (см,фиг. 8), с определенными физико-механическими и конструкционными характеристиками,Жесткие армирующие слои 10 могутбыть выполнены металлическими (сталь, латунь, титан и др.) или. из композиционныхматериалов, например, на основе синтетических и натуральных тканей или на основеграфитовых волокон и эпоксидных смол, Оптимальные толщины и А жестких эрмирующих слоев находятся в диапазоне Ь А - (0,00420,29)В,1781499 12, поджатие которых осуществляется крепежными элементами 13 (см. фиг. 9), 20 Заявленное устройство работает следу 25 30 35 Н /Р = 0,072., 0 70 б/р) 55 где В =(Р - б)/2 - ширина колец.Упругие слои 11 связаны с жесткими армирующими слоями 10 и фланцами 9, например склеиванием, и могут быть выполнейы на основе высокомолекулярных соединений обладающих определенными эластичными свойствами, например, специальной резины или термоэластопластов с модулем сдвига 6 материала упругих слоев и модулем объемного сжатия К в следующих диапазонах: 6 = 0,122,1 МПа, К = 0,94,1 ГПа Упругие материалы с указанными характеристиками являются слабосжимаемыми, так как их коэффициент Пуассона близок к 0,5 и свойство сжимаемости, определяющее способность кольцевых тонкослойных резинометаллических элементов выдерживать большие сжимающие нагрузки, проявляется только при сжатии тонких слоев. Степень тонкослойности определяется величиной параметра тонкослойности равного отношению толщины упругого слоя пу к ширине колец В, Возможный диапазон изменения параметра тонкослойности:,= 0,12 10 4,8 10, б/р) Жесткости упругих элементов, выпол. ненных из эластомерных материалов все линейные габаритные размеры которых являются величинами одного порядка, определяются величиной модуля сдвига 6 и при этом материал ведет себя как практически несжимаемый, Свойство сжимаемости, проявляемое эластичными материалами при сжатии тонких слоев, состоит в том, что их нормальная жесткость существенно возрастает(на 2 , 4 порядка), так как наЧинает определяться величиной модуля объемного сжатия К, который, в свою очередь, на 24.порядка превосходит модуль сдвига 6, При этом тангенциальная жесткость тонкого эластомерного слоя по-прежнему определяется величиной модуля сдвига 6.Относительная высота пакета плоских чередующихся жестких армирующих и упругих слоев ограничена соотношением: где Н - высота пакета, Н = пдпд+ пупу, где пА, пу - соогветственно, число жестких армирующих и упругих слоев, Р - внешний диаметр кольцевого тонкослойного резинометаллического элемента; а отношение толщин единичных жестких армирующих Ьд и упругих пу слоевравно 40 45 50 ЬА/Ьу = 0,0717,9, б/р,Относительный размер внутреннего отверстия ограничен соотношениемб/Р = 0,470,95, б/р, б - внутренний диаметр кольцевого тонкослойного резинометаллического элемента.Для повышения стойкости кольцевых тонкослойных реизнометаллических элементов 4 возможному воздействию агрессивных сред на его внутреннюю поверхность может быть нанесено защитное покрытие.Герметичность соединения обеспечивается установкой между фланцами 9 кольцевых тонкослойных резинометаллических элементов 4, патрубками трубопровода и дополнительным патрубком 5 уплотнений ющим образом. Кольцевые тонкослойные резинометаллические элементы 4; выполненные в виде пакета плоских чередующихся жестких армирующих и упругих слоев с определенными выше физико-механическими и конструкционными параметрами, имеют малую тангенциальную жесткость, то есть малую жесткость связи при смещении фланцев 9 друг относительно друга в плоскости слоев и выдерживают большие силы сжатия в направлении перпендикулярном плоскости слоев. При этом тангенциальная жесткость практически не зависит от давления среды в трубопроводе, так как, из-за наличия жестких армирующих слоев, упругие слои деформируются независимо друг от друга, модуль сдвига материала упругих слоев слабо зависит от гидростатического давления, а возникающие в упругих слоях при загрузке давлением главные напряжения быстро убывают при удалении от внутренней поверхности. Это позволяет обеспечить эффективную виброизоляцию осевых и поперечных вибрационных сил, передаваемых от одного патрубка трубопровода к другому в условиях высокого внутреннего давления в трубопроводе и при компенсации возможных статических относительных смещений патрубков трубопровода.Нежелательную работу кольцевых тонкослойных резинометаллических элементов 4 на растяжение при возможном наличии зазоров между внутренней стенкой раструба 3 и фланцами 9 кольцевых тонкослойных резинометаллических элементов 4 можно исключить путем их предварительной деформации сжатия, например нэ гидрэвлическом прессе, с последующим закреплением специальной струбциной. В таком виде осуществляется предварительная сборка соединений, после которой струбцины снимаются и кольцевые тонкослойные резинометаллические элементы, расправляясь, выбирают нежелательные зазоры;Формула изобретения Компенсационное виброизолирующее соединение трубопровода, содержащее два соосных патрубка, на смежных концах которых выполнены стыковочные поверхности с отверстиями для прохода среды, и размещенные между ними кольцевые тонкослойные резинометаллические элементы, о т л ич а ю щ е е С я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения виброиэолирующих свойств в осевом направлении при одновременном повышении степени унификации, соедине ние снабжено дополнительным патрубком,установленным между основными патрубками соосно с ними. а стыковочные поверхности расположены на боковых поверхностях сопрягаемых между собой концов патрубков 10 параллельно и попарно-симметрично ихоси, при этом пары стыковочных поверхно. "стей на концах дополнительного патрубкаразмещены во взаимно перпендикулярных плоскостях;1781499 Фиг иг.6 иг.9 актор ГКНТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 4266 ВНИИПИ Го Составитель Д.КлимовТехред М,Моргентал Корректор С,Юс Тираж Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5