КОМПЕНСАТОР ДЛЯ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 1998 года по МПК F16L51/00 

Изобретение относится к трубопроводной технике и может быть использовано для компенсации температурных осевых перемещений магистральных трубопроводов.

Одной из проблем в данной области техники является обеспечение надежной компенсации температурных осевых перемещений магистральных трубопроводов с диаметром более 1 м при транспортировке по ним рабочей среды с рабочим давлением до 16 кгс/см² и температурой 150^oC при изменениях этих параметров.

Известен трубопроводный компенсатор, включающий сопряженный корпус и наконечник, в которых образована соединенная с источником избыточного давления кольцевая полость, на стенках которой закреплена прокладка из упруго-эластичного материала. Герметичность соединения достигается за счет деформации прокладки, происходящей под действием избыточного давления, создаваемого специальным источником (авт. св. N 341398, кл. F 16 L 51/00).

Наличие специального источника давления не позволяет использовать устройство этого типа для компенсации температурных осевых перемещений магистральных трубопроводов.

С точки зрения удобств эксплуатации более предпочтительными являются устройства, которые не требуют применения дополнительных источников давления.

Ранее было предложено компенсационное устройство для трубопроводов сильфонного типа (авт. св. N 337608, кл. F 16 L 51/02). Общим недостатком компенсаторов сильфонного типа являются относительно большие габариты и вес, сложность изготовления, требующая больших затрат, а также сложность проведения ремонтных работ в случае разрушения сильфона.

Известен также компенсатор, содержащий концентрично расположенные наружный и внутренний патрубки, между которыми в кольцевом зазоре установлен гибкий элемент в виде эластичного рукава (авт. св. N 192569, кл. F 16 L 51/00). Этот компенсатор при всей его простоте невозможно использовать в системах со значительным давлением транспортируемой рабочей среды, так как гибкий элемент может быть выполнен только из эластичных материалов.

Известен компенсатор, содержащий патрубки, размещенные один в другом с кольцевым зазором, установленные на патрубках и выполненные в виде наружного и внутреннего усеченных конусов, вершины которых направлены в противоположную сторону, и кольцевую мембрану, прикрепленную по наружному диаметру к большому основанию наружного конуса, а по внутреннему к меньшему основанию внутреннего конуса (авт. св. N 804987, кл. F 16 L 51/00). При осевых перемещениях труб относительно друг друга мембрана перекатывается по конусам.

Недостатком является малая циклическая прочность и сложность проведения ремонтных работ.

В компенсаторах для трубопроводов сильфонного типа в виде эластичного рукава или в виде мембраны герметичность между перемещающимися трубами достигается за счет приварки указанных выше элементов к концам труб. Обеспечение герметичности таким способом вызывает известные сложности как при монтаже трубопроводов, так и при проведении ремонтных работ. Поэтому более предпочтительным является использование в компенсационных устройствах такого вида уплотнения, которое позволяет максимально упростить проведение ремонтных работ. Этому отвечают уплотнительные узлы применяемые для уплотнения возвратно-поступательного движения.

Известно компенсационное устройство применяемое для соединения трубчатых элементов (патент FR N 2684741, кл. F 16 L 51/00). Это устройство характеризуется тем, что два концевых отрезка соединяемых труб снабжены уплотнениями для постоянной герметизации при относительном их осевом перемещении. Эти уплотнения выполнены в форме тороидальных колец, вставляемых в выемки, выполненные на внутренней стенке гильзы, устанавливаемой на конце одной соединяемой трубы и в которую вводится с возможностью поступательного перемещения конец другой трубы. Такие кольца при движении одной трубы вдоль другой под действием сил трения склонны неравномерно скручиваться. При этом эта тенденция к скручиванию резко возрастает с ростом диаметра труб. Скручивание приводит к образованию спиральных неровностей на поверхности кольца, по которым возможны утечки.

Наиболее близким по своей технической сущности по отношению к предлагаемому является компенсатор для трубопроводов, состоящий из двух труб, входящих одна в другую, и размещенного между ними сальникового уплотнения, образованного набивочными уплотнительными кольцами и поджатого обоймой (см. авт. св. СССР N 537224, кл. F 16 L 51/00).

Недостатком этого устройства является малый ресурс работы, который обусловлен следующими причинами:
при работе трубопровода в открытых условиях наблюдается быстрый износ набивочных уплотнительных колец при загрязнении поверхности скольжения абразивными частицами;
износ набивочных уплотнительных колец наблюдается и в силу наличия на уплотняемых поверхностях труб различного рода рисок, неровностей и т.п. дефектов, образовавшихся как в процессе изготовления труб, так и в процессе их эксплуатации вследствие коррозии;
в силу воздействия высокой температуры рабочей среды, транспортируемой по трубам, происходит изменение свойств набивочных колец, они теряют свою эластичность и запас внутренней упругости, дальнейшая подтяжка такого уплотнения становится невозможной.

Задачей изобретения является повышение ресурса и надежности работы компенсатора для трубопроводов.

В основу изобретения была положена задача разработки конструкции компенсатора для трубопроводов, которая бы обладала повышенным ресурсом работы и обеспечивала бы надежное герметичное соединение труб.

Эта задача решается тем, что в компенсаторе для трубопровода, состоящем из двух труб, входящих одна в другую, и размещенного между ними сальникового уплотнения, образованного набивочными уплотнительными кольцами и поджатого обоймой, согласно изобретению на поверхности труб, контактирующих с сальниковым уплотнением, нанесено фторопластовое покрытие, а сальниковое уплотнение снабжено по крайней мере двумя эластичными натяжными уплотнительными тороидальными кольцами и уплотнительным кольцом из расширенного графита, причем эластичные натяжные уплотнительные тороидальные кольца установлены снаружи набивочных уплотнительных колец, а кольцо из расширенного графита установлено между набивочными уплотнительными кольцами.

Это задача решается также тем, что в компенсаторе для трубопроводов уплотнительное кольцо из расширенного графита выполнено из фольги расширенного графита путем ее навивки по спирали с осью, совпадающей с осью уплотняемых поверхностей.

Такое конструктивное выполнение компенсатора для трубопроводов позволяет уменьшить силы трения между натяжными уплотнительными тороидальными кольцами и поверхностью труб, в силу чего тороидальные кольца не скручиваются, а на поверхности этих колец не возникают спиральные неровности, т.е. не возникают условия для возникновения возможной утечки транспортируемой по трубам рабочей среды.

Одновременно с этим не происходит коррозионного разрушения поверхностей труб в месте их контакта с сальниковым уплотнением, не происходит износа набивочных уплотнительных колец при их взаимодействии с перемещающимися трубами при изменениях температуры, происходит уменьшение воздействия рабочей среды на набивочные уплотнительные кольца. В силу этого запас внутренних сил упругости набивочных уплотнительных колец уменьшается в процессе эксплуатации не столь значительно, а то изменение, которое происходит, компенсируется уплотнительным кольцом из расширенного графита. Кольцо из расширенного графита практически не подвержено ползучести и поэтому упругие силы сохраняются длительный период и это кольцо обеспечивает постоянное контактное давление и компенсирует потери на набивочных уплотнительных кольцах. Кроме того, все три вида уплотнительных колец выполняют роль активных уплотнительных элементов сальникового уплотнения, а натяжные уплотнительные тороидальные кольца выполняют дополнительную функцию: они объединяют три вида уплотнительных элементов в единое сальниковое уплотнение (скрепляют их в единый блок), что значительно упрощает монтаж всего соединения.

На чертеже показан компенсатор для трубопроводов, разрез.

Согласно изобретению компенсатор для трубопроводов 1 состоит из двух труб 2 и 3, входящих одна в другую, и размещенного между ними сальникового уплотнения 4. Сальниковое уплотнение 4 образовано двумя эластичными уплотнительными тороидальными кольцами 5, набивочными уплотнительными кольцами 6 и уплотнительным кольцом из расширенного графита 7. При этом кольца 5 установлены снаружи набивочных уплотнительных колец 6, а кольцо из расширенного графита 7 установлено между набивочными уплотнительными кольцами 6.

На трубе 3 неподвижно закреплены, например приварены, кольца 8 и 9. Кольцо 8 расположено внутри трубы и имеет внутренний диаметр несколько больше наружного диаметра трубы 2, что обеспечивает свободный проход трубы 2 через кольцо 8. Кольцо 9 расположено на наружной поверхности трубы 3. Поджатие сальникового уплотнения 4 к кольцу 8 осуществляется с помощью обоймы 10, расположенной на наружной поверхности трубы 2 и установленной с возможностью перемещения вдоль этой трубы. Обойма 10 имеет вытянутую часть 11 меньшего диаметра, входящую в кольцевую зону, образованную, соответственно, внутренним диаметром трубы 3 и наружным диаметром трубы 2. Торец вытянутой части 11 в процессе поджатия сальникового уплотнения контактирует с одним из колец 5, второе кольцо 5 контактирует с кольцом 8. Вторая часть 12 обоймы 10 имеет наружный диаметр, примерно равный наружному диаметру кольца 9.

Обойма 10 и кольцо 9 связаны между собой с помощью стяжного устройства 13, выполненного, например, в виде стяжек 14 и гаек 15, при этом стяжки 14 параллельны продольным осям труб 2 и 3 и расположены равномерно по периметру части 12 обоймы 10. Такая конструкция обеспечивает равномерное поле напряжений на поверхности сальникового уплотнения 4.

Кольца 5 имеют круглое поперечное сечение. Сортамент таких колец устанавливается ГОСТом 9833-61. Кольца больших диаметров могут быть изготовлены из резиновых шнуров методом вулканизации встык. Шнур предварительно укладывается на посадочное место, размечается, отрезается и далее вулканизируется. Полученное таким способом кольцо имеет более точный внутренний диаметр.

Набивочные кольца 6 могут быть выполнены из любого набивочного шнура, материал которого совместим с транспортируемой по трубам рабочей средой. Более предпочтительным является изготовление набивочных колец 6 из шнуров квадратного сечения, поскольку они легче поддаются регулировке при затяжке.

Кольцо 7 может быть выполнено методом прессования из графитового пуха. Однако для труб большого диметра целесообразно выполнить это кольцо из фольги расширенного графита путем ее навивки по спирали с осью, совпадающей с осью уплотняемых поверхностей. Применяемая фольга расширенного графита может быть изготовлена, например, по технологии Научно-производственного центра "УНИХИМТЕК" (см. "Изобретатель и рационализатор", N 11-12, 1992, с. 7). В этом случае значительно упрощается процесс изготовления уплотнительного кольца 7.

На внутренней поверхности трубы 3 на участке ее от торца до кольца 8 нанесено любым известным способом фторопластовое покрытие 16. Точное такое же покрытие нанесено на наружной поверхности трубы 2 на участке возможного контактирования с этим участком трубы, сальникового уплотнения 4 в процессе перемещения трубы 2 относительно трубы 3 из-за изменяющихся параметров рабочей среды.

Сборка компенсаторов для трубопровода осуществляется следующим образом. Целесообразно компенсатор выполнить в виде готового узла, собранного в условиях производственного цеха или мастерских. Для этого на трубах 2 и 3 конечной длины с нанесенным фторопластовым покрытием со стороны их соединения с магистральным трубопроводом выполнены соответствующие разъемы (не показаны), обеспечивающие их присоединение к трубопроводу. На внутреннюю трубу 2 устанавливается обойма 10, а на участке трубы с покрытием 16 последовательно устанавливаются кольца 5, 6, 7, 6 и 5. Поскольку кольца 5 устанавливаются с натягом на трубе 2, то при взаимном поджатии указанных колец образуется единый блок сальникового уплотнения 4, что значительно упрощает ввод трубы 2 совместно с сальниковым уплотнением внутрь трубы 3 до контакта его с кольцом 8.

Затем устанавливается стяжное устройство 13 и путем подтяжки стяжек 14 осуществляется предварительное поджатие сальникового уплотнения обоймой 10.

В таком собранном виде компенсатор для трубопровода может транспортироваться на место монтажа магистрального трубопровода и присоединяться к нему. Только после этого осуществляется окончательная затяжка сальникового уплотнения с регулированием усилия затяжки известным способом.

В процессе эксплуатации в условиях знакопеременных тепловых и силовых нагружений происходит с одной стороны частичная потеря упругости набивочных уплотнительных колец, а с другой стороны, компенсация указанных потерь за счет значительного запаса потенциальной энергии упругой деформации в объеме уплотнительного кольца из расширенного графита. И таким образом поддерживаются на необходимом уровне значения контактных давлений на уплотняемых поверхностях. Фторопластовое покрытие обеспечивает снижение износа активных уплотняющих элементов, понижение коэффициента трения в контактной зоне, что в целом способствует повышению ресурса и надежности компенсатора для трубы. Эластичные натяжные уплотнительные тороидальные кольца осуществляют защиту сальникового уплотнения от проникновения абразивных частиц в контактную зону, что также способствует достижению цели изобретения.

Использование: строительство трубопроводов. Сущность изобретения: сальниковое уплотнение двух телескопических патрубков компенсатора снабжено эластичными уплотнительными натяжными кольцами и уплотнительным кольцом из расширенного графита. Уплотнение поджимается обоймой, а рабочая поверхность внутреннего патрубка компенсатора покрыта фторопластом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Компенсатор для трубопровода, состоящий из двух труб, входящих одна в другую, и размещенного между ними сальникового уплотнения, образованного набивочными уплотнительными кольцами и поджатого обоймой, отличающийся тем, что на поверхности труб, контактирующих с сальниковым уплотнением, нанесено фторопластовое покрытие, а сальниковое уплотнение снабжено по крайней мере двумя эластичными натяжными уплотнительными тороидальными кольцами и уплотнительным кольцом из расширенного графита, при этом эластичные натяжные уплотнительные тороидальные кольца установлены снаружи набивочных уплотнительных колец, а кольцо из расширенного графита установлено между набивочными уплотнительными кольцами. 2. Компенсатор по п.1, отличающийся тем, что уплотнительное кольцо из расширенного графита выполнено из фольги расширенного графита путем ее навивки по спирали с осью, совпадающей с осью уплотняемых поверхностей.