ДЕМПФИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ТРУБОПРОВОДА Российский патент 1996 года по МПК F16F7/14 F16F9/30 

Изобретение относится к строительству и эксплуатации магистральных трубопроводов. Касается повышения надежности, долговечности и безопасности обвязок компрессорных, атомных и тепловых станций путем демпфирования (гашения колебаний) трубопроводов при пуске, остановке и изменении режимов работы газоперекачивающего и другого оборудования, а так же повышения энергоемкости и упрощения конструкции.

Наиболее близким по конструктивным признакам является амортизатор, выполненный из многожильного троса, имеющего прямолинейные и изогнутые в пространстве во взаимноперпендикулярных плоскостях участки (авт. св. N 1054598, F 16 f 7/14, 1983).

Недостатком указанного прототипа является более низкая, по сравнению с предлагаемым устройством, энергопоглощающая способность.

Изобретение направлено на повышение надежности и безопасности обвязок компрессорных, атомных, тепловых и других станций, а также повышения энергоемкости и упрощение конструкции демпфирующего устройства трубопровода.

Указанный технический результат достигается тем, что в демпфирующем устройстве трубопровода, содержащем упругий элемент в виде многожильного каната из отдельных прутков замкнутого контура, имеющего чередующиеся прямолинейные и изогнутые в пространстве во взаимноперпендикулярных плоскостях участки, канат выполнен из высокопластичного материала, прутки которого отличны друг от друга коэффициентами температурного и упруго-пластичного удлинения. Кроме того, форма и площадь поперечного сечения прутков отличны друг от друга.

На фиг. 1 изображено демпфирующее устройство трубопровода, общий вид сбоку; на фиг. 2 то же, вид сверху (трубопровод условно не показан); на фиг. 3 вид по стрелке А; на фиг. 4 узел Б многожильного стержня свивка в виде каната из отдельных прутков разных марок стали и цветных металлов; на фиг. 5 - различные формы сечения отдельных прутков.

Демпфирующее устройство 1 трубопровода 2 жестко установлено на основании 3 посредством нижних монтажных участков 4 (фиг. 2), а верхними монтажными участками 5 при помощи хомута 6 болтами 7 прикреплено к трубопроводу 2. Нижние монтажные участки 4 с помощью горизонтальных деформируемых участков 8 (фиг. 2) и вертикальных деформируемых участков 9 (фиг. 1) переходят в верхние монтажные участки 5.

Все участки последовательно образуют замкнутую пространственную фигуру с горизонтальными и вертикальными деформируемыми участками, обеспечивающую перемещение трубопровода 2 при вибрациях и в аварийных ситуациях в любом направлении пространства по всем трем и вокруг трех взаимноперпендикулярных осей, что дает, таким образом 12 степеней свободы защищаемому объекту.

Демпфирующее устройство 1 выполнено свивкой из отдельных прутков 10 в виде многожильного каната (фиг. 4). При этом для каждой жилы 10 используются непрерывные прутки из различных марок высокопластичной стали и цветного металла, например, одна жила из стали 3, другая из стали 20, третья из отожженного прутка стали 40Х, четвертая из сплава алюминия и т.д. т.е. из материалов с различными коэффициентами температурного и упруго-пластического удлинения в общем многожильном кривом стержне демпфирующего устройства. При вынужденных колебаниях трубопровода 2 в процессе пуска, остановки или изменения режимов работы газоперекачивающего оборудования на величину амплитуды колебаний, происходит смещение трубопровода относительно неподвижного основания 3 в заранее непредсказуемом направлении пространства, в общем виде определяемом различными массово-жесткостными характеристиками системы "трубопровод демпфер основание" по трем взаимноперпендикулярным осям и вокруг них.

Указанное смещение трубопровода вызывает упругие смещения горизонтальных 8 и вертикальных 9 деформируемых участков демпфирующего устройства 1. При этом отдельные прутки 10 в свивке на этих участках перемещаются по разным траекториям относительно мгновенных центров поворота, что порождает больше силы трения на поверхности контакта отдельных жил друг с другом. Указанные силы трения, совершая работу препятствуют колебаниям, а затем утилизируются в тепло, которое рассеивается через элементы конструкции в окружающее пространство.

Порождение полезных в данном устройстве сил трения происходит так же за счет разных коэффициентов температурного и упругого удлинения отдельных прутков 10 в свивке по причине различия физико-механических свойств сталей и цветных металлов разных марок, а так же за счет различной формы выполнения и площади поперечного сечения прутков.

В аварийных и чрезвычайных ситуациях (взрыв ГВС, землетрясение, несанкционированные воздействия) перемещение трубопровода 2 может в сотни и тысячи раз превышать амплитуду упругих колебаний эксплуатационных нагрузок. В этом случае горизонтальные 8 и вертикальные 9 участки пластически деформируются с допустимой перегрузкой на заданную величину в направлении результирующей силы внешнего воздействия. При этом демпфирующее устройство 1 трубопровода превращается автоматически в устройство энергопоглощения.

Количество прутков 10 в многожильном криволинейном стержне демпфирующего устройства трубопровода 1, форма и площадь поперечного сечения прутка, шаг и форма их свивки в виде каната, количество деформируемых участков устанавливается экспериментально в зависимости от погонной массы, размеров амплитуды и частоты колебаний защищаемого трубопровода в обвязке компрессорных станций, а так же характера действующих кратковременных динамических нагрузок на трубопровод в аварийных ситуациях (взрыв ГВС, землетрясение, несанкционированные действия и т.п.).

Жилы 10, изготовленные в виде свивки из высокопластичных прутков, в зоне монтажных участков торцами сварены встык между собой. Средины монтажных участков 4 и 5 жестко скреплены с помощью болтов, или иным способом с трубопроводом 2 и основанием 3.

Предлагаемое демпфирующее устройство трубопровода прошло экспериментальную проверку на вибрации и кратковременное воздействие произвольного направления. Испытания проводились на трубопроводе диаметром 720 мм. Вид нагрузки ударная волна 0,4 кг/см. При такого рода воздействии на трубопровод традиционной конструкции, обычно, происходит отрыв газопровода от опор на протяжении, как минимум, нескольких десятков метров. В результате проведения эксперимента на газопроводе, снабженном демпфирующими устройствами, были получены следующие результаты:
1. не произошло отрыва газопровода от опор;
2. на двух последних опорах произошла незначительная пластическая деформация (10 см) демпфирующих устройств;
3. затухание колебаний происходило таким образом, что каждая последующая амплитуда была меньше предыдущей на 1/3.

Следовательно, предлагаемое устройство в каждом из указанных случаев нагружения как при эксплуатации, так и в экстремальных ситуациях способно выполнять демпфирующие и энергопоглощающие функции.

Благодаря такому конструктивному выполнению демпфирующего устройства можно повысить долговечность и безопасность трубопроводных обвязок компрессорных и других станций в 3 5 раз по сравнению с их жестким закреплением к фундаменту или свободной укладкой на основания (опоры). ЫЫЫ2 ЫЫЫ4

Использование: строительство, эксплуатация магистральных трубопроводов. Сущность изобретения: демпфирующее устройство трубопровода содержит упругий элемент в виде многожильного каната из отдельных прутков замкнутого контура, имеющего чередующиеся прямолинейные и изогнутые в пространстве во взаимноперпендикулярных плоскостях участки. Канат выполнен из высокопластичного материала. Прутки каната отличны друг от друга коэффициентами температурного и упруго-пластичного удлинения, а форма и площадь поперечного сечения прутков могут быть отличны друг от друга. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Демпфирующее устройство трубопровода, содержащее упругий элемент в виде многожильного каната из отдельных прутков замкнутого контура, имеющего чередующиеся прямолинейные и изогнутые в пространстве во взаимно перпендикулярных плоскостях участки, отличающееся тем, что канат выполнен из высокопластичного материала, прутки которого отличны друг от друга коэффициентами температурного и упругопластичного удлинения. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что форма и площадь поперечного сечения прутков отличны друг от друга.