КОМПЕНСАЦИОННЫЙ УЗЕЛ Российский патент 1995 года по МПК F16L51/02 

Изобретение относится к строительным и монтажным работам и может быть использовано для компенсации температурных изменений трубопровода в процессе его эксплуатации.

Известен компенсационный узел, включающий компенсатор с одной гармошкой, сконструированной для поглощения перемещения трубопроводной секции, в которой он устанавливается (Стандарты Ассоциации изготовителей компенсаторов Нью-Йорк, 1980, пятое издание).

Известное устройство трудоемко, нетехнологично, не позволяет одновременно поглощать осевое и боковое перемещение, а также угловые повороты трубопроводной системы из-за перепада температур в трубопроводе.

Известен также компенсационный узел, включающий наружный металлический цилиндрический кожух и цилиндрические направляющие фланцы, что обеспечивает защиту гибких элементов компенсатора, а также функцию самоустановки компенсатора при воздействии поперечных усилий, то есть создание направления движения гибких элементов компенсатора во избежание потери их устойчивости, а теплоизоляция из полиуретана повышает эффективность подземного трубопровода (Справочник для проектировщиков с каталогом стандартных сильфонных компенсаторов из нержавеющей стали, Компенсаторный завод "Дуро-Джакович-Теддингтон", Югославия, 1978, с. 12, 71).

Известное устройство также трудоемко и нетехнологично, требует жесткой юстировки сильфонных компенсаторов в направлении перемещения трубопровода, не позволяет одним узлом компенсировать осевое и боковое перемещения, а также угловые повороты.

Цель изобретения достигается тем, что компенсационный узел дополнительно содержит накладку опорную, ребро жесткости, ограничитель радиального перемещения и упоры.

Схема конструкции компенсационного узла приведена на фиг. 1.

Компенсационный узел применяется при наземной, канальной и безканальной прокладке тепловых сетей. Узел предназначен для использования на уровне грунтовых вод, расположенном ниже трубопровода, либо при наличии дренажа, обеспечивающего отсутствие воды возле уложенного трубопровода, а также для обеспечения направленного движения гибких элементов компенсатора без потери устойчивости сильфона при возможных радиальных нагрузках.

Компенсационный узел (КУ) представляет собой сильфонный компенсатор 1 (или два компенсатора, сваренные патрубками 2), размещенный в несущем кожухе 8, изготовленном из стальной трубы соответствующего диаметра. В связи с жесткими требованиями к соосности патрубков 2 компенсатора 1, а также значительными отклонениями геометрических размеров труб и формы труб, применяемых для кожуха 8, разработана конструкция узла, приведенная на фиг. 1. Кожух 8 служит для предохранения сильфона 1 от повреждения, а также является жесткой направляющей опорных фланцев 3 и 4, обеспечивающих прямолинейность оси сильфонного компенсатора 1. Ограничитель радиального перемещения 7 введен в конструкцию КУ для компенсации отклонений геометрических размеров кожуха 8 и его формы от номинальных. Внутренний объем КУ герметизируется смоляной паклей, которая набивается в кольцевое пространство между внутренней поверхностью кожуха 8 и наружной поверхностью изоляции трубы.

Длина патрубков 2 выбрана из условия производства сварочных и изоляционных работ без сдвижки кожуха 8 при монтаже узла на трубопроводе.

Изготовление КУ осуществляют по заранее разработанной технологической документации, обеспечивающей соответствие узлов требованиям технических условий эксплуатации трубопроводной системы. Сварка деталей узла производится в соответствии со СНИП 3,05-03-85 и рабочими чертежами. С целью уменьшения отходов металла фланцы больших диаметров изготавливают из нескольких двух-четырех-кольцевых секторов с последующей сваркой их встык. При проведении сварочных работ необходимо следить за мерами, исключающими попадание брызг расплавленного металла на поверхность сильфонов 1. Перед монтажом компенсатора 1 в кожух 8 после проведения сварочных работ удаляют предохранитель кожух и шпильки растяжки, если они имеются. Для обеспечения зазора между ограничителями 7 и накладками 5 приварку ограничителей производят следующим образом:
вырезают пазы в кожухе 8;
зачищают изнутри снаружи наплывы металла;
тщательно очищают внутреннюю поверхность кожуха 8 от грязи застывших брызг металла, шлака и других включений;
помещают компенсатор 1 в кожух 8;
через пазы в кожухе 8 замеряют расстояние от наружной поверхности кожуха 8 до накладки 5;
к измеренному расстоянию прибавляют 5,0 мм, полученный размер является высотой ограничителя;
удаляют из кожуха 8 компенсатор 1;
вставляют ограничитель 7 в паз так, чтобы расстояние между наружной поверхностью кожуха 8 и верхней поверхностью ограничителя 7 равнялось (6,0±1,0) мм и осуществляют приварку;
помещают компенсатор 1 в кожух 8;
изоляция 9 и набивка 10 уплотнения производится у изготовителя КУ: узел выпускается в полной заводской готовности, набивку уплотнения производят при полностью растянутом компенсаторе 1 (в этом случае после производства работ необходимо установить фланец запорный 11 и приварить упоры 12);
жесткость одного компенсатора 1, входящего в КУ, содержащий один или несколько компенсаторов, не должна отличаться более чем на 10%
КУ располагают на трубопроводе таким образом, чтобы была обеспечена подвижность опорных фланцев относительно кожуха, то есть контактные напряжения на сопрягаемых поверхностях компенсатора и кожуха не должны быть более проектных допускаемых, причем, расчет контактных напряжений производится исходя из следующих условий:
узел расположен в середине пролета между опорами (неподвижными при бесканальной и скользящими при канальной или воздушной прокладке);
для упрощения расчетов длина КУ принята равной нулю;
трубопровод в плане строго прямолинеен, причем прямолинейность трубопровода обеспечивается таким устройством опор, которое препятствует перемещению трубопровода в плане;
при бесканальной прокладке перемещению трубопровода в плане препятствует защемление грунтом;
нагрузка на опорные фланцы определяется исходя из веса КУ и нагрузок, возникающих от реакции кожуха на опорные фланцы при прогибе трубопровода;
максимальные контактные напряжения на сопрягаемых поверхностях компенсатора и кожуха не превышает 3050 кг/см², то есть вдвое меньше допускаемых;
если КУ находится у опоры, ближайшую к узлу вторую опору необходимо располагать на расстоянии, обеспечивающем максимальный (желательно равный нулю) угол поворота опорных фланцев 3, 4, при этом конструкция узла должна обеспечивать соосность всех опорных фланцев узла;
минимальное расстояние от КУ до опоры должно быть таким, чтобы была возможна сдвижка кожуха с компенсатора с целью осмотра или замены;
не рекомендуется устраивать опоры под кожухом, так как это может привести к увеличению нагрузки на опорные фланцы.

Преимуществами предлагаемого КУ являются: возможность поглощения узлом осевых и боковых перемещений, а также угловых поворотов; наличие несущей конструкции кожуха; обеспечение направленного движения гибких элементов компенсатора без потери устойчивости сильфона при возможных радиальных нагрузках.

Таким образом, использование изобретения позволит значительно повысить эффективность и надежность работы трубопроводной системы в процессе ее эксплуатации и увеличить срок службы КУ по сравнению с имеющимися устройствами.

П р и м е р. Приводится технологическая карта на монтаж КУ на тепловых сетях Ф50-1000 мм (фиг. 2, где 2 патрубок, 8 кожух, 9 теплоизоляция, 10 набивка сальниковая, 11 фланец запорный, 12 упоры, 13 скоба, 14 компенсатор сальниковый). До начала работа по монтажу КУ необходимо выполнить следующее:
при бесканальной прокладке: открыть приямки
смонтировать и закрепить в неподвижных опорах участки трубопроводов;
произвести предварительное гидравлическое испытание
узлы уложить на бровке траншеи на подкладки и закрепить клиньями.

Местоположение узлов обуславливается проектом, монтаж КУ осуществляют в следующей последовательности:
снять теплоизоляцию на прямом и обратном трубопроводе опиловкой или рубкой изоляции. Разметка снятия изоляции производится путем обертки трубы обрезком рулонного материала и обмеловкой торца или нанесением рисок, перпендикулярных оси трубопровода. Торец трубопровода должен быть перпендикулярен оси трубопровода. Длина снятия изоляции равна монтажной длине компенсационного узла +0,5 мм разметка монтажной длины компенсатора на трубах (катушки) производится аналогично предыдущему случаю причем, длина катушки равна монтажной длине Л_монт, которая определяется из выражения:
Л_монт=Л_устр ˙2У(Т_м-Т_ро) ˙Л, где Л_уст установочная длина компенсационного узла, мм;
У коэффициент линейного расширения трубной стали при монтаже, принимаемый равным 0,012 мм/м при 0^оС;
Т_м температура окружающего воздуха при монтаже, ^оС;
Т_ро расчетная температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки в С-Петербурге, принимаемая равной -26^оС по СНИП 2.01.01-82;
Л расстояние между неподвижными опорами расчетного участка, м;
застропить катушку;
вырезать катушку на прямой и обратной трубах (резку производить газоплазменным способом или механическим способом строго по разметке);
снять фаски на концах труб;
зачистить механическим или ручным способом концы труб от брызг, наплывов металла, и остатков изоляции на величину 100 мм;
одеть на концы труб запорные фланцы;
навесить ручной центратор на конец трубы, подлежащей первоочередной прихватке, на второй конец трубы навесить приемное устройство (при его отсутствии уложить деревянные прокладки);
осмотреть КУ на отсутствие повреждений и проверить наличие маркировки на кожухе, указывающей на направление движения воды, проверить совмещение рисок на кожухе и патрубке (при сдвижке сместить), сверить бирку с паспортом;
засторопить, за монтажные петли и подать в траншею к месту монтажа в соответствии с маркировкой движения воды, установить КУ по оси трубопровода (фиг. 2);
состыковать один конец трубы с патрубком узла подвижкой звенного концентратора, установить сварочный зазор, второй конец патрубка узла зафиксировать приемным устройство (при его отсутствии опустить узел на деревянные подкладки, подбить клинья);
снять стропы, отвести стрелу крана;
прихватить патрубок узла к трубопроводу в местах прилегания. Поворачивая центратор, совмещать кромки и прихватывать. Количество прихваток должно быть:
для труб диаметром до 100 мм: 2 прихватки Л_монт не менее 15 мм;
для труб диаметром 100-600 мм: 3-4 прихватки Л_монт не менее 30-60 мм;
для труб диаметром более 600 мм: прихватки располагать через каждые 300-400 мм при Л_монт=70-100 мм.

Применяемые для прихваток электроды должны быть тех же марок, что и для сварки шва трубопровода.

снять центратор, зачистить прихватки от шлака, брызг металла механическим или ручным способом;
сварку производить в соответствии с "Технологической инструкцией на сварку", прихватки полностью проварить;
на противоположный стык (со стороны приемного устройства) установить приспособление растяжки;
растянуть компенсатор, прихватить патрубок узла к трубопроводу в совпадающих точках и снять приемное приспособление;
установить на стык цепной центратор, совместить кромки и прихватить, снять центратор и убрать деревянные прокладки;
зачистить прихватки;
сварить стык;
зачистить стык;
установить кожух симметрично сварным стыкам вручную или приспособлением для сдвижки, несимметричность должна быть не более 5,0 мм;
произвести набивку сальника с уплотнением;
установить запорные фланцы;
приварить упоры;
произвести изоляцию стыков по принятой технологии;
работы по монтажу КУ должны быть осуществлены с соблюдениями ТБ согласно инструкции СНИП Ш-А-П.

Использование: при строительстве трубопроводов для компенсации температурных изменений. Сущность: компенсационный узел содержит соединенные с патрубками гибкие элементы и металлический кожух с направляющими фланцами. Узел снабжен дополнительными опорными фланцами, накладками, ограничителями радиального перемещения и упорами. 2 ил.

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ УЗЕЛ, содержащий гибкие элементы, патрубки и наружный металлический кожух с направляющими цилиндрическими фланцами, отличающийся тем, что узел снабжен дополнительными опорными фланцами, опорными накладками, ограничителями радиального перемещения и упорами, при этом в кожухе выполнены окна, в которых размещены ограничители радиального перемещения, а упоры закреплены по концам кожуха, причем опорные накладки расположены под ограничителями радиального перемещения, соединяют направляющий и опорный фланцы и усилены ребрами жесткости.