СДВИГОВЫЙ СИЛЬФОННЫЙ КОМПЕНСАТОР Российский патент 1998 года по МПК F16L51/02 

Изобретение относится к области компенсирующих устройств и защитной амортизации машиностроения и может быть использовано во всех отраслях техники для компенсации деформации газопроводов, паропроводов, воздухопроводов, присоединяемых к амортизируемым механизмам в качестве виброизолирующего элемента.

В соответствии с каталогом фирмы "ГИДРА" ("HYDRA") Expansion Joins, 1973 известны конструкции сдвиговых сильфонных компенсаторов, состоящих из сильфона с присоединенными фланцами, разгрузочными тягами, шарнирными узлами и направляющим патрубком.

Основным недостатком этих конструкций являются ограничения по давлению (P_у≤40 кгс/см²) и диаметру (D_у ≤400 мм).

Наиболее близким техническим решением является конструкция сдвигового сильфонного компенсатора, поставляемого по отраслевому стандарту "Компенсаторы и уплотнения сильфонные металлические", ОСТ 5.5350-78 (черт. 28, табл. 4), принятого в качестве прототипа.

Указанный сильфонный компенсатор предназначен для восприятия деформаций, возникающих от теплового расширения трубопроводов, погрешностей монтажа, а также для снижения вибрационных и динамических нагрузок, передающихся от амортизированных энергетических установок.

Этот компенсатор состоит из сильфона, присоединенных фланцев, разгрузочных тяг, установленных по образующей с наружной стороны сильфона и имеющих на концах шарнирные узлы.

Известно, что при создании современных энергетических установок с высокими параметрами рабочей среды (пара) возникает необходимость создания средств защитной амортизации, одним из элементов которой является сильфонный компенсатор.

Сильфонный компенсатор в своем конструктивном исполнении должен содержать элементы, которые компенсируют деформации, возникающие от теплового расширения трубопроводов, погрешностей монтажа, воспринимают знакопеременные статические и динамические деформации, крутящие моменты, уменьшают уровень вибраций, передающихся по трубопроводу, а также защищают от эрозивного износа внутренние слои многослойного сильфона и уменьшают гидравлическое сопротивление компенсатора.

В вышеуказанном сильфонном компенсаторе (ОСТ 5.5350-78) имеется существенный недостаток, влияющий на работоспособность и ресурс, а также на вес и габаритные размеры компенсатора. Это проявляется в том, что с повышением внутреннего давления рабочей среды, для снижения напряженно-деформированного состояния фланцев и сварных швов, соединяющих фланцы с трубопроводом, необходимо значительно увеличить толщину фланцев и высоту их конусной части.

Снижение нагрузок на сварные швы наиболее актуально в конструкциях сильфонных компенсаторов, установленных в паропроводах атомных электрических станций (АЭС), где при резких изменениях давления рабочей среды, в момент аварийного пуска и остановки паротурбинной установки, возможна разгерметизация сварных соединений и, как следствие, авария в паропроводной системе.

В разработанных и поставляемых промышленностью конструкциях сильфонных компенсаторов (D_у≤450) допустимые нагрузки (напряжения) во фланцах обеспечиваются путем увеличения их толщин. Однако создание сильфонных компенсаторов на более высокие параметры рабочих сред и условные проходы (D_у>450), путем дальнейшего увеличения толщины фланцев, становится технически и экономически нецелесообразным из-за значительного увеличения весогабаритных характеристик и стоимости конструкций, а также в ряде случаев невозможного их изготовления промышленностью.

Целью изобретения является уменьшение габаритных размеров и массы сильфонного компенсатора, повышение его надежности при эксплуатационных нагрузках.

Поставленная цель достигается тем, что в известной конструкции сдвигового сильфонного компенсатора, состоящего из сильфона, снабженного фланцами, разгрузочных тяг, установленных по образующей с наружной стороны сильфона и попарно соединяющих фланцы, введены следующие усовершенствования:
фланцы выполнены в виде колец, внутри которых соосно установлены патрубки по свободной посадке и соединены с сильфоном или его наконечниками, причем кольца соединены тягами через шарнирные узлы, расположенные по окружности на наружной боковой поверхности колец;
патрубки вдоль оси выполнены с переменной толщиной, имеют упорные поверхности, фиксирующие кольца и передающие через них распорные усилия на тяги.

Выполнение фланца в виде кольца, внутри которого соосно установлен по свободной посадке патрубок, позволяет за счет зазора между деталями исключить передачу изгибающего момента на патрубок (при упругой деформации кольца) от внутреннего давления рабочей среды и тем самым увеличить надежность и ресурс сильфонного компенсатора и системы в целом. При таком конструктивном исполнении фланцев отпадает необходимость в применении дорогостоящих многотонных поковок, что снижает стоимость конструкции сильфонного компенсатора.

Кроме того, такое конструктивное исполнение фланцев позволяет уменьшить массу и габаритные размеры компенсатора.

Выполнение патрубка с переменной толщиной вдоль оси позволяет снизить в нем напряженно-деформированное состояние от воздействия внутреннего давления рабочей среды, внешних поперечных сил и изгибающих моментов.

Наличие упора в патрубке обеспечивает фиксацию кольца и передачу через шарнирные узлы, установленные по окружности на наружной поверхности кольца, распорные усилия на тяги от внутреннего давления рабочей среды.

На чертеже изображена конструкция предлагаемого сильфонного компенсатора, продольный разрез.

Компенсатор состоит из сильфона 1, колец 2, патрубков 3 и разгрузочных тяг 4. Разгрузочные тяги 4 имеют шарнирные узлы, состоящие из упорных шайб 5, самоцентрирующихся кулачков 6 и опорных гаек 7.

Разгрузочные тяги 4, воспринимающие распорные усилия, соединяют фланцы 2. Шарнирные узлы на концах тяг устраняют изгиб тяг 4 при сдвиге компенсатора, а также снижают сдвиговую жесткость компенсатора.

Для уменьшения гидравлического сопротивления и эрозивного износа сильфонов внутри компенсатора установлен консольный направляющий патрубок 8, не препятствующий работе компенсатора. Защитный кожух 9 предохраняет сильфон от наружных повреждений.

Предложенная конструкция сильфонного компенсатора позволяет воспринимать статические и динамические деформации, вызванные тепловыми расширениями трубопровода, погрешностью монтажа и вибрацией амортизированных механизмов.

Предложенная конструкция сильфонного компенсатора обеспечивает получение компенсаторов с меньшими габаритными размерами и массой, повышенной надежности. Кроме того, предложенное техническое решение позволяет создавать сильфонные компенсаторы на более высокие параметры рабочих сред (P_у>40 кгс/см²) и условные диаметры (D_у>450).

Предложенная конструкция сильфонного компенсатора позволяет найти новое техническое решение в качестве гибкого виброизолирующего элемента в паропроводах АЭС с высокими параметрами рабочей среды при создании современных энергетических установок, а также обеспечивает перспективу широкого использования конструкции в судостроении, газовой и нефтяной промышленности и других отраслях техники.

Сдвиговый сильфонный компенсатор содержит сильфон с патрубками, фланцы в виде колец, тяги, шарнирные узлы. Патрубки во фланцах установлены на свободной посадке, а тяги опираются на фланцы через шарнирные узлы, что устраняет изгиб тяг и снижает сдвиговую жесткость компенсатора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Сдвиговый сильфонный компенсатор, состоящий из сильфона, фланцев, разгрузочных тяг, шарнирных углов и направляющего патрубка, отличающийся тем, что фланцы выполнены в виде колец, внутри которых соосно установлены патрубки по свободной посадке, соединенные с сильфоном или его наконечниками, причем кольца соединены тягами через шарнирные узлы, расположенные по окружности на наружной боковой поверхности колец. 2. Компенсатор по п.1, отличающийся тем, что патрубки выполнены вдоль оси с переменной толщиной, имеют упорные поверхности, фиксирующие кольца и передающие через них и шарнирные узлы распорные усилия на тяги.