Патент на изобретение №2328643
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СИЛЬФОННЫЙ КОМПЕНСАТОР ДЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
(57) Реферат:
Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может найти применение в системах энергетики, магистральных трубопроводах и других областях народного хозяйства. Между гофрами компенсатора из армированного композиционного материала во впадинах гофров расположены подкрепляющие кольца. Подкрепляющие кольца выполнены из композиционного материала и имеют коническую боковую поверхность. Угол отклонения образующей конической боковой поверхности от плоскости, перпендикулярной оси компенсатора, определяется из приведенной математической зависимости. Обеспечивает максимальный диапазон растяжения-сжатия сильфонного компенсатора. 4 ил.к – угол отклонения образующей конической боковой поверхности кольца от плоскости, перпендикулярной оси компенсатора, в радианах; r – минимально допустимый меридиональный радиус кривизны вершины гофра (при сжатии компенсатора) по срединной поверхности; R – максимально допустимый меридиональный радиус кривизны вершины гофра (при растяжении компенсатора) по срединной поверхности;
h – толщина стенки гофра;
На фиг.1 представлено сечение средней части СК из композиционного материала (КМ). На фиг.2 представлено сечение СК при сжатии в условиях действия давления. На фиг.3 показано сечение СК с конической боковой поверхностью подкрепляющего кольца под давлением. На фиг.4 представлено сечение СК с конической боковой поверхностью подкрепляющего кольца в 2-х крайних рабочих положениях: при сжатии и растяжении. Средняя (компенсирующая) часть СК из КМ, определяющая диапазон растяжения-сжатия, состоит из гофров 1 и подкрепляющих колец 2, расположенных во впадинах гофров (фиг.1). При работе часть гофра является свободной, другая часть контактирует с подкрепляющими кольцами. При растяжении-сжатии компенсатора соотношение между длинами частей в сечении изменяется, при этом суммарная длина остается постоянной. Образующая свободной поверхности гофра под давлением практически принимает форму дуги окружности, радиус которой зависит от величины расстояния между подкрепляющими кольцами. Максимальный диапазон осевой компенсирующей способности может быть достигнут, когда при сжатии радиус кривизны сечения гофра достигает минимально допустимого значения r, а при растяжении – максимально допустимого R. Однако, когда радиус кривизны сечения гофра 1 достигает минимально допустимого значения r (фиг.2), возможен обратный перегиб гофра (зона А) на вершине сечения подкрепляющего кольца 2, что при многоцикловом нагружении может привести к преждевременному разрушению СК. В этом случае требуется уменьшить величину сжатия СК и тем самым снизить диапазон растяжения-сжатия СК. Исключить перегиб гофра и достичь максимальной эффективности позволяет форма сечения подкрепляющего кольца 1 в виде трапеции (фиг.3) с углом отклонения Коэффициент эффективности СК определяется осевой деформацией одного гофра (фиг.4), то есть расстояниями между осями симметрии сечений гофра и кольца при максимальном растяжении – D и максимальном сжатии – d (фиг.4): На основании соотношений геометрических параметров (фиг.4) коэффициент эффективности может быть вычислен по формулам: r – минимально допустимый меридиональный радиус кривизны вершины гофра (при сжатии компенсатора) по срединной поверхности; R – максимально допустимый меридиональный радиус кривизны вершины гофра (при растяжении компенсатора) по срединной поверхности; h – толщина стенки гофра;
При максимальном сжатии СК образующая свободной части гофра достигает минимально допустимого радиуса кривизны r с плавным переходом в контактный участок, чтобы исключить перегиб гофра на вершине сечения подкрепляющего кольца (фиг.4). При растяжении компенсатора максимальное раскрытие гофра с максимально допустимым радиусом кривизны R определяется плавным сопряжением гофра с боковой поверхностью кольца в нижней части сечения (зона Б, фиг.4). Можно показать, что на основании соотношений проекций участков гофра на ось СК при максимальном сжатии входящие в формулы (1) геометрические параметры гофра и кольца связаны между собой уравнением (фиг.4): – радиус скругления гофра у основания сечения кольца по срединной поверхности (
Коэффициент эффективности растет при уменьшении: минимального радиуса r, толщины гофра h, радиуса скругления Исходя из изложенного угол отклонения образующей конической боковой поверхности кольца от плоскости, перпендикулярной оси компенсатора, обеспечивающий максимальный коэффициент эффективности, определяется на основании уравнения (2) при выборе соответствующих предельных геометрических параметров: r – минимально допустимый меридиональный радиус кривизны вершины гофра (при сжатии компенсатора) по срединной поверхности; R – максимально допустимый меридиональный радиус кривизны вершины гофра (при растяжении компенсатора) по срединной поверхности;
h – толщина стенки гофра;
Таким образом, подкрепляющее кольцо, имеющее коническую боковую поверхность с углом
Формула изобретения
Сильфонный компенсатор для магистральных трубопроводов, содержащий гофры из армированного композиционного материала и расположенные во впадинах гофров подкрепляющие кольца из композиционного материала, отличающийся тем, что подкрепляющие кольца имеют коническую боковую поверхность, при этом угол отклонения образующей конической боковой поверхности от плоскости, перпендикулярной оси компенсатора, определяется из зависимости r – минимально допустимый меридиональный радиус кривизны вершины гофра (при сжатии компенсатора) по срединной поверхности; R – максимально допустимый меридиональный радиус кривизны вершины гофра (при растяжении компенсатора) по срединной поверхности;
h – толщина стенки гофра;
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
min – минимально допустимый радиус округления гофра у основания сечения кольца по срединной поверхности;
min – минимально допустимая ширина гофра у основания сечения колец при сжатии.
образующей конической боковой поверхности кольца от плоскости, перпендикулярной оси компенсатора отклонением.