ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ГЕРМЕТИЧНЫЙ УСТОЙЧИВЫЙ К ВЫСОКОМУ ДАВЛЕНИЮ ПОВОРОТНЫЙ КОМПЕНСАТОР Российский патент 2019 года по МПК F16L51/00 F16L27/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к интегрированным герметичным устойчивым к высокому давлению поворотным компенсаторам.

Уровень техники

Трубы, которые используются в электрической, нефтяной, химической и теплоэнергетической промышленности и т.д., обычно должны быть оснащены компенсаторами. Существующие компенсаторы включают поворотные компенсаторы, компенсаторы пульсаций, компенсаторы с кожухом, сферические компенсаторы и т.д., которые используются для компенсации осевого и радиального смещения труб. Когда высокотемпературная среда и среда высокого давления подаются в трубы, к поворотным компенсаторам предъявляются высокие требования, в том числе требования к достаточной компенсации смещения, хорошей герметичности и более длительному сроку службы.

Наружный кожух и соединительная труба существующего поворотного компенсатора соединены с помощью сварки встык (см. фиг. 1), например, патенты Китая 98227061.5, 02258709.8, 200620077450.1, 201120064777.6, 201110163209.6 и 201010598173.Х. Проведя исследования, Заявитель обнаружил, что такой режим сварки встык неизбежно приводит к частичному перекрытию внутренней трубой кольцевого сварного шва между наружным кожухом и соединительной трубой, поэтому трудно точно определить качество сварки средствами неразрушающего контроля: рентгеновскими лучами и т.п. Таким образом, невозможно гарантировать качество сварного шва. Поэтому в соответствующем национальном стандарте GB/T150.4-2011 указано, что «Для окончательной кольцевой сварки с подготовкой кромок без зазора цилиндра, внутренний диаметр которого не превышает 800 мм, с оконечным соединителем следует использовать односторонний стыковой сварной шов без подкладки, и, если не удается провести рентгеновский или ультразвуковой контроль, допускается не проводить испытания, однако первичный проход при сварке необходимо проводить в среде защитных газов». Несмотря на то, что национальный стандарт регламентирует процесс сварки наружного кожуха и соединительной трубы, качество сварки наружного кожуха и соединительной трубы все равно нельзя гарантировать. В случае применения поворотного компенсатора для высокотемпературной трубы и трубы высокого давления качество имеет непосредственное отношение к безопасности людей.

Проведя исследования, Заявитель также обнаружил, что поворотный компенсатор должен работать в течение длительного времени после установки в трубе, и что его максимальное время службы может достигать 30 лет. Во время длительного использования уплотнительная набивка между наружным кожухом и внутренней трубой после долгосрочного воздействия подаваемой среды имеет износ (наиболее выраженный в случае подачи высокотемпературной среды и среды высокого давления), что приводит к снижению уплотнительных свойств или нарушению работоспособности и тем самым влияет на уплотнительные характеристики всего поворотного компенсатора.

Проведя исследования, Заявитель также обнаружил, что поворотный компенсатор должен работать в течение длительного времени после установки в трубе, и что его максимальное время службы может достигать 30 лет. Во время длительного использования уплотнительная набивка между наружным кожухом и внутренней трубой имеет износ (наиболее выраженный в случае подачи высокотемпературной среды и среды высокого давления) из-за относительного поворота наружного кожуха и внутренней трубы, что приводит к снижению уплотнительных свойств или нарушению работоспособности, и тем самым влияет на уплотнительные характеристики всего поворотного компенсатора.

Поэтому ключевыми задачами специалистов в этой области являются тщательное устранение потенциальных угроз безопасности поворотного компенсатора, вызванных стыковой сваркой наружного кожуха и соединительной трубы, решение проблемы снижения уплотнительных свойств или нарушения работоспособности, вызванных износом уплотнительной набивки между наружным кожухом и внутренней трубой после длительного воздействия подаваемой среды, которая влияет на уплотнительные характеристики всего поворотного компенсатора, а также решение проблемы снижения уплотнительных свойств или нарушения работоспособности, вызванных износом уплотнительной набивки вследствие относительного поворота наружного кожуха и внутренней трубы, которое влияет на уплотнительные характеристики всего поворотного компенсатора.

Раскрытие изобретения

В основном настоящее изобретение решает следующие технические проблемы:

1. Потенциальные угрозы безопасности, вызванные стыковой сваркой наружных кожухов и соединительных труб существующих поворотных компенсаторов.

2. Износ уплотнительной набивки между наружным кожухом и внутренней трубой при длительном использовании поворотного компенсатора, вызванный длительным воздействием подаваемой среды, приводящий к снижению уплотнительных свойств или нарушению работоспособности и влияющий тем самым на уплотнительные характеристики всего поворотного компенсатора.

3. Износ уплотнительной набивки, вызванный относительным поворотом наружного кожуха и внутренней трубы, приводящий к снижению уплотнительных свойств или нарушению работоспособности и влияющий тем самым на уплотнительные характеристики всего поворотного компенсатора.

Вышеуказанные технические проблемы преодолены благодаря следующему техническому решению:

Интегрированный герметичный устойчивый к высокому давлению поворотный компенсатор содержит внутреннюю трубу, наружный кожух, соединительную трубу и фланец уплотнителя. Наружный кожух надет на внутреннюю трубу. Один конец внутренней трубы проходит через наружный кожух и вставлен в соединительную трубу. Фланец уплотнителя надет на внутреннюю трубу, при этом один конец фланца уплотнителя входит в наружный кожух. Наружный кожух оснащен кольцевым внутренним выступом на внутренней поверхности. Между кольцевым внутренним выступом и указанным концом фланца уплотнителя, который входит в наружный кожух, расположена уплотнительная набивка. Наружный кожух и соединительная труба сформированы за одно целое и образуют единую конструкцию. Между уплотнительной набивкой и кольцевым внутренним выступом расположена амортизационная подушка. Между уплотнительной набивкой и внешней поверхностью внутренней трубы, а также между уплотнительной набивкой и внутренней поверхностью наружного кожуха расположены износостойкие слои углеродного волокна.

Для облегчения относительного поворота внутренней трубы и наружного кожуха внешняя поверхность одного конца внутренней трубы, вставленного в соединительную трубу, оснащена кольцевым внешним выступом, а в полости, образованной между кольцевыми внешним и внутренним выступами, расположены шарик или скользящее кольцо.

Для дополнительного улучшения уплотнительных характеристик, согласно настоящему изобретению, в полости, образованной между кольцевыми внешним и внутренним выступами, расположено торцевое уплотнение.

Во избежание образования зазоров, образующихся вследствие обычного износа при длительном использовании уплотнительной набивки и влияющих на уплотнительные характеристики всего поворотного компенсатора, наружный кожух может быть оснащен устройством для набивки.

Для предотвращения смещения изделия в обратном направлении в процессе монтажа, перемещения и выпадения шарика, расположенного между кольцевыми внутренним и внешним выступами, или перемещения скользящего кольца и торцевого уплотнения, расположенных между кольцевыми внутренним и внешним выступами, соединительная труба оснащена внутри стопорным механизмом.

Для обеспечения ударопрочности амортизационной подушки внутренний диаметр амортизационной подушки на 0,5-1 мм больше, чем наружный диаметр внутренней трубы, а наружный диаметр амортизационной подушки на 0,5-1 мм меньше, чем внутренний диаметр наружного кожуха.

Настоящее изобретение обеспечивает достижение следующих технических результатов:

1. Наружный кожух и соединительная труба сформированы за одно целое с образованием единой конструкции, поэтому изделие не требует электроннографического контроля и, в результате, полностью решена проблема сложности и даже невозможности выявления дефектов сварки, обусловленная применяемым режимом сварки, повышаются качество и безопасности продукции, уменьшаются производственные затраты и увеличивается производительность продукции.

2. Размещение износостойких слоев углеродного волокна между уплотнительной набивкой и внешней поверхностью внутренней трубы, а также между уплотнительной набивкой и внутренней поверхностью наружного кожуха позволяет эффективно избежать износа уплотнительной набивки, вызванного относительным поворотом наружного кожуха и внутренней трубы, и тем самым уменьшить потери уплотнительных материалов и повысить герметичность всего поворотного компенсатора.

3. Использование амортизационной подушки позволяет эффективно избежать воздействия среды на уплотнительную набивку, и тем самым уменьшить потери уплотнительных материалов и дополнительно повысить герметичность всего поворотного компенсатора.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен схематический вид известного уровня техники.

На фиг. 2 представлен схематический вид варианта реализации 1 настоящего изобретения.

На фиг. 3 представлен схематический вид варианта реализации 2 настоящего изобретения.

На фиг. 4 представлен схематический вид варианта реализации 3 настоящего изобретения.

На фиг. 5 представлен схематический вид варианта реализации 4 настоящего изобретения.

Обозначения на фиг. 1-5: 1 - внутренняя труба, 2 - крепежная деталь, 3 - фланец уплотнителя, 4 - наружный кожух, 5 - уплотнительная набивка, 6 - шарик, 7 - кольцевой сварной шов для соединения наружного кожуха с соединительной трубой, 8 - соединительная труба, 9 - стопорный механизм, 10 - кольцевой внутренний выступ, 11 - кольцевой внешний выступ, 12 - скользящее кольцо, 13 - торцевое уплотнение, 14 - амортизационная подушка, 15 - износостойкий слой углеродного волокна, 16 - устройство для набивки.

Осуществление изобретения

Вариант реализации 1

Как показано на фиг. 2, интегрированный герметичный устойчивый к высокому давлению поворотный компенсатор данного варианта реализации содержит внутреннюю трубу 1, наружный кожух 4, соединительную трубу 8 и фланец 3 уплотнителя. Наружный кожух 4 надет на внутреннюю трубу 1. Один конец внутренней трубы 1 проходит через наружный кожух 4 и вставлен в соединительную трубу 8. Соединительная труба 8 - это переходная труба, сформированная за одно целое с наружным кожухом 4 с образованием единой конструкции. Фланец 3 уплотнителя надет на внутреннюю трубу 1, при этом один конец фланца уплотнителя входит в наружный кожух 4. Наружный кожух 4 на внутренней поверхности оснащен кольцевым внутренним выступом 10. Между кольцевым внутренним выступом 10 и указанным концом фланца 3 уплотнителя, который входит в наружный кожух, расположена уплотнительная набивка 5. Между уплотнительной набивкой 5 и кольцевым внутренним выступом 10 на внутренней поверхности наружного кожуха расположена амортизационная подушка 14. Между уплотнительной набивкой 5 и внешней поверхностью внутренней трубы 1, а также между уплотнительной набивкой 5 и внутренней поверхностью наружного кожуха 4 расположены износостойкие слои углеродного волокна 15. Фланец 3 уплотнителя и наружный кожух 4 соединены с помощью крепежной детали 2.

Внутренний диаметр амортизационной подушки на 0,5-1 мм больше, чем наружный диаметр внутренней трубы, а наружный диаметр амортизационной подушки на 0,5-1 мм меньше, чем внутренний диаметр наружного кожуха.

Для облегчения относительного поворота внутренней трубы 1 и наружного кожуха 4 один конец внутренней трубы 1, который входит в соединительную трубу 8, оснащен кольцевым внешним выступом 11, а в полости, образованной между кольцевым внешним выступом 11 и кольцевым внутренним выступом 10 на внутренней поверхности наружного кожуха 4, расположен шарик 6.

Для предотвращения смещения изделия в обратном направлении в процессе монтажа, а также перемещения и выпадения шарика соединительная труба 8 оснащена внутри стопорным механизмом 9.

Вариант реализации 2

Как показано на фиг. 3, интегрированный герметичный устойчивый к высокому давлению поворотный компенсатор данного варианта реализации содержит внутреннюю трубу 1, наружный кожух 4, соединительную трубу 8 и фланец 3 уплотнителя. Наружный кожух 4 надет на внутреннюю трубу 1. Один конец внутренней трубы 1 проходит через наружный кожух 4 и вставлен в соединительную трубу 8. Соединительная труба 8 - это переходная труба, сформированная за одно целое с наружным кожухом 4 с образованием единой конструкции. Фланец 3 уплотнителя надет на внутреннюю трубу 1, при этом один конец фланца уплотнителя входит в наружный кожух 4. Наружный кожух 4 на внутренней поверхности оснащен кольцевым внутренним выступом 10. Между кольцевым внутренним выступом 10 и указанным концом фланца 3 уплотнителя, который входит в наружный кожух, расположена уплотнительная набивка 5. Между уплотнительной набивкой 5 и кольцевым внутренним выступом 10 на внутренней поверхности наружного кожуха расположена амортизационная подушка 14. Между уплотнительной набивкой 5 и внешней поверхностью внутренней трубы 1, а также между уплотнительной набивкой 5 и внутренней поверхностью наружного кожуха 4 расположены износостойкие слои углеродного волокна 15. Фланец 3 уплотнителя и наружный кожух 4 соединены с помощью крепежной детали 2.

Внутренний диаметр амортизационной подушки на 0,5-1 мм больше, чем наружный диаметр внутренней трубы, а наружный диаметр амортизационной подушки на 0,5-1 мм меньше, чем внутренний диаметр наружного кожуха.

Для облегчения относительного поворота внутренней трубы 1 и наружного кожуха 4 наружная поверхность одного конца внутренней трубы 1, который входит в соединительную трубу 8, оснащена кольцевым внешним выступом 11, а в полости, образованной между кольцевым внешним выступом 11 и кольцевым внутренним выступом 10, расположено скользящее кольцо 12.

Для предотвращения смещения изделия в обратном направлении в процессе монтажа и перемещения скользящего кольца 12 соединительная труба 8 оснащена внутри стопорным механизмом 9.

Вариант реализации 3

Как показано на фиг. 4, интегрированный герметичный устойчивый к высокому давлению поворотный компенсатор данного варианта реализации состоит из внутренней трубы 1, наружного кожуха 4, соединительной трубы 8 и фланца 3 уплотнителя. Наружный кожух 4 надет на внутреннюю трубу 1. Один конец внутренней трубы 1 проходит через наружный кожух 4 и вставлен в соединительную трубу 8. Соединительная труба 8 - это переходная труба, сформированная за одно целое с наружным кожухом 4 с образованием единой конструкции. Фланец 3 уплотнителя надет на внутреннюю трубу 1, при этом один конец фланца уплотнителя входит в наружный кожух 4. Наружный кожух 4 на внутренней поверхности оснащен кольцевым внутренним выступом 10. Между кольцевым внутренним выступом 10 и указанным концом фланца 3 уплотнителя, который входит в наружный кожух, расположена уплотнительная набивка 5. Между уплотнительной набивкой 5 и кольцевым внутренним выступом 10 на внутренней поверхности наружного кожуха расположена амортизационная подушка 14. Между уплотнительной набивкой 5 и внешней поверхностью внутренней трубы 1, а также между уплотнительной набивкой 5 и внутренней поверхностью наружного кожуха 4 расположены износостойкие слои углеродного волокна 15. Фланец 3 уплотнителя и наружный кожух 4 соединены с помощью крепежной детали 2.

Внутренний диаметр амортизационной подушки на 0,5-1 мм больше, чем наружный диаметр внутренней трубы, а наружный диаметр амортизационной подушки на 0,5-1 мм меньше, чем внутренний диаметр наружного кожуха.

Для дополнительного улучшения уплотнительных характеристик настоящего изобретения наружная поверхность одного конца внутренней трубы 1, который входит в соединительную трубу 8, оснащена кольцевым внешним выступом 11, а в полости, образованной между кольцевым внешним выступом 11 и кольцевым внутренним выступом 10, расположено торцевое уплотнение 13.

Для предотвращения смещения изделия в обратном направлении в процессе монтажа и перемещения торцевого уплотнения 13 соединительная труба 8 оснащена внутри стопорным механизмом 9.

Вариант реализации 4

Как показано на фиг. 5, интегрированный герметичный устойчивый к высокому давлению поворотный компенсатор данного варианта реализации состоит из внутренней трубы 1, наружного кожуха 4, соединительной трубы 8 и фланца 3 уплотнителя. Наружный кожух 4 надет на внутреннюю трубу 1. Один конец внутренней трубы 1 проходит через наружный кожух 4 и вставлен в соединительную\ трубу 8. Соединительная труба 8 - это переходная труба, сформированная за одно целое с наружным кожухом 4 с образованием единой конструкции. Фланец 3 уплотнителя надет на внутреннюю трубу 1, при этом один конец фланца уплотнителя входит в наружный кожух 4. Наружный кожух 4 на внутренней поверхности оснащен кольцевым внутренним выступом 10. Между кольцевым внутренним выступом 10 и указанным концом фланца 3 уплотнителя, который входит в наружный кожух, расположена уплотнительная набивка 5. Между уплотнительной набивкой 5 и кольцевым внутренним выступом 10 на внутренней поверхности наружного кожуха расположена амортизационная подушка 14. Между уплотнительной набивкой 5 и внешней поверхностью внутренней трубы 1, а также между уплотнительной набивкой 5 и внутренней поверхностью наружного кожуха 4 расположены износостойкие слои углеродного волокна 15. Фланец 3 уплотнителя и наружный кожух 4 соединены с помощью крепежной детали 2.

Внутренний диаметр амортизационной подушки на 0,5-1 мм больше, чем наружный диаметр внутренней трубы, а наружный диаметр амортизационной подушки на 0,5-1 мм меньше, чем внутренний диаметр наружного кожуха.

Для облегчения относительного поворота внутренней трубы 1 и наружного кожуха 4 один конец внутренней трубы 1, который входит в соединительную трубу 8, оснащен кольцевым внешним выступом 11, а в полости, образованной между кольцевым внешним выступом 11 и кольцевым внутренним выступом 10 на внутренней поверхности наружного кожуха 4 расположен шарик 6.

Для обеспечения уплотнительных характеристик настоящего изобретения по одной и той же окружности на наружном кожухе 4 в положениях, соответствующих уплотнительной набивке, равномерно распределены от 4 до 30 отверстий для заполнения; в каждом отверстии для заполнения расположено сквозное радиальное отверстие, проходящее через поперечное отверстие в горловине соответствующего отверстия для заполнения; указанное радиальное сквозное отверстие на своем внешнем конце оснащено пробкой; в указанном поперечном отверстии установлена пробка, проходящая через указанное радиальное сквозное отверстие с образованием устройства для набивки 16, имеющего конструкцию клапана. Если при использовании поворотного компенсатора возникает утечка вследствие снижения уплотнительных характеристик, пробка, установленная на внешнем конце отверстия для заполнения, и пробка в поперечном отверстии могут быть удалены в процессе работы, а в отверстие для заполнения может быть вставлен нагнетатель для повторного введения уплотнительной набивки. После завершения введения набивки сначала в поперечное отверстие устанавливается пробка; далее извлекается нагнетатель; а затем на внешний конец отверстия для заполнения снова устанавливается пробка. Таким способом можно вовремя восстановить уплотнительные характеристики поворотного компенсатора повторным введением уплотнительной набивки в процессе работы.

Для предотвращения смещения изделия в обратном направлении в процессе монтажа и перемещения и выпадения шарика 6, соединительная труба 8 оснащена внутри стопорным механизмом 9.

Настоящее изобретение относится к интегрированным герметичным устойчивым к высокому давлению поворотным компенсаторам, которые содержат внутреннюю трубу, наружный кожух, соединительную трубу и фланец уплотнителя. Наружный кожух надет на внутреннюю трубу. Один конец внутренней трубы проходит через наружный кожух и вставлен в соединительную трубу. Фланец уплотнителя надет на внутреннюю трубу, при этом один конец фланца уплотнителя входит в наружный кожух. Наружный кожух оснащен кольцевым внутренним выступом на внутренней поверхности. Между кольцевым внутренним выступом и указанным одним концом фланца уплотнителя, который входит на наружный кожух, расположена уплотнительная набивка. Наружный кожух и соединительная труба сформированы за одно целое и образуют единую конструкцию. Между уплотнительной набивкой и кольцевым внутренним выступом расположена амортизационная подушка. Между уплотнительной набивкой и внешней поверхностью внутренней трубы, а также между уплотнительной набивкой и внутренней поверхностью наружного кожуха расположены износостойкие слои углеродного волокна. Настоящее изобретение полностью решает проблемы сложности и даже невозможности выявления дефектов сварки, обусловленные применяемым режимом сварки. В то же время использование износостойких слоев углеродного волокна и амортизационной подушки позволяет эффективно уменьшать потери уплотнительных материалов, тем самым дополнительно повышая герметичность всего поворотного компенсатора. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Интегрированный герметичный устойчивый к высокому давлению поворотный компенсатор, содержащий внутреннюю трубу, наружный кожух, соединительную трубу и фланец уплотнителя; при этом

наружный кожух надет на внутреннюю трубу;

один конец внутренней трубы проходит через наружный кожух и вставлен в соединительную трубу;

фланец уплотнителя надет на внутреннюю трубу, при этом один конец фланца уплотнителя входит в наружный кожух;

наружный кожух оснащен кольцевым внутренним выступом на внутренней поверхности;

между кольцевым внутренним выступом и указанным концом фланца уплотнителя, который входит в наружный кожух, расположена уплотнительная набивка;

характеризующийся тем, что

наружный кожух и соединительная труба сформированы за одно целое и образуют единую конструкцию;

между уплотнительной набивкой и кольцевым внутренним выступом расположена амортизационная подушка;

между уплотнительной набивкой и внешней поверхностью внутренней трубы, а также между уплотнительной набивкой и внутренней поверхностью наружного кожуха расположены износостойкие слои углеродного волокна.

2. Интегрированный герметичный устойчивый к высокому давлению поворотный компенсатор по п. 1, характеризующийся тем, что один конец внутренней трубы, вставленный в соединительную трубу, оснащен кольцевым внешним выступом, а в полости, образованной между кольцевыми внешним и внутренним выступами, расположен шарик.

3. Интегрированный герметичный устойчивый к высокому давлению поворотный компенсатор по п. 1, характеризующийся тем, что один конец внутренней трубы, вставленный в соединительную трубу, оснащен кольцевым внешним выступом, а в полости, образованной между кольцевыми внешним и внутренним выступами расположено скользящее кольцо.

4. Интегрированный герметичный устойчивый к высокому давлению поворотный компенсатор по п. 1, характеризующийся тем, что один конец внутренней трубы, вставленный в соединительную трубу, оснащен кольцевым внешним выступом, а в полости, образованной между кольцевыми внешним и внутренним выступами на внутренней поверхности наружного кожуха, расположено торцевое уплотнение.

5. Интегрированный герметичный устойчивый к высокому давлению поворотный компенсатор по п. 1, характеризующийся тем, что наружный кожух оснащен устройством для набивки.

6. Интегрированный герметичный устойчивый к высокому давлению поворотный компенсатор по любому из п.1-5, характеризующийся тем, что соединительная труба оснащена внутри стопорным механизмом.

7. Интегрированный герметичный устойчивый к высокому давлению поворотный компенсатор по любому из п.1-5, характеризующийся тем, что внутренний диаметр амортизационной подушки на 0,5-1 мм больше, чем наружный диаметр внутренней трубы, а наружный диаметр амортизационной подушки на 0,5-1 мм меньше, чем внутренний диаметр наружного кожуха.