PL166252B1 - Kompensator mieszkowy wzdłużnych odkształceń elementów - Google Patents

Abstract

1. Kompnnaator mieszkowy wzdłużnych odkształceń elementów, zwłaszcza odkształceń odcinków rurociągu ciepłowniczego usytuowanego w rejonie występowania ruchów podłoża, w szczególności ruchów wywołanych eksploatacją górniczą, mający prowadzącą rurę osadzoną przesuwnie osiowo w rurze osłonowej a wokół pobocznicy prowadzącej rury usytuowany jest kompensacyjny zespół składający się z mieszkowych segmentów, które w stanie pracy stykają się bocznie z umieszczonymi pomiędzy nimi pierścieniowymi przekładkami, znamienny tym, Up prowadząca rura (1) na swej pobocznicy ma odsądzenie (4), a pierścieniowe przekładki (11) stykają się powierzchniowo z wewnętrznym obrzeżem (12) mieszkowych segmentów (9) kompensacyjnego zespołu (10), przy czym przekładki (11), znajdujące się na końcach tego zespołu współpracują z oporowymi elementarni (13) usytuowanymi na osłonowej rurze (2) oraz na odsądzeniu (4) oraz, ue pierścieniowe przekładki (11) stanowią kształtujące elementy zastosowane do formowania na gotowo kompensacyjnego zespołu (10).

Description

Przedmiotem wynalazku jest kompensator mieadknwy wzdłużnych odkształceń elementów, zwłaszcza odkształceń odcinków rurociągu ciepłowniczego usytuowanego w rejonie występowania ruchów podłoża w szczególności ruchów wywołanych eksploztacją górniczą.

Znany np. z polskiego opisu patentowego nr 99 842, kompensator osiowych odkształceń sieci cieplnych zawiera rurę prowadzącą, która wokół swej pobocznicy mz umieszczony zespół kompensacyjny utworzony z szeregowo ze sobą połączonych segmentów mieszkowych. Zespół kompensacyjny z jednej strony połączony jest bezpośrednio z pobocznicą rury prowadzącej, z z drugiej - połączony jest z czołową powierzchnią rury osłonowej. Rurz prowadząca swym wewnętrznym końcem osadzona jest przesuwnie osiowo w rurze osłonowej połączonej z symetryczną zwężką przepływową, do której przyspawzna jest prostka rurowa, przy czym rurz prowadząca oraz prostka wyposażona jest w indywidualny kołnierz przeznaczony do połączenia kompensatora z odcinkami rurociągu. Kompensator wyposażony jest także w mechaniczny zespół odciążający przeznaczony do zrównoważę166 252 nia sił poosiowych działających na rurę prowadzącą oraz osłonową, wywołanych parciem czynnika ciepłowniczego przepływającego przez rurociąg oraz wzdłużnym odkształceniem cieplnym odcinków rurociągu, pomiędzy którymi kompensator jest usytuowany. Zespół odciążający wyposażony jest w zamocowane do pobocznicy rury prowadzącej oraz osłonowej wsporniki, z których każdy zawiera tuleję;, przez którą przechodzi nagwintowany obustronnie pręt. Na każdym z końców pręt ma dwie tarcze, pomiędzy którymi umieszczona jest sprężyna ściskana nastawnie za pomocą nakrętki usytuowanej na pręcie.

Znany kompensator ma skomplikowaną budowę a zainstalowany w podziemnych kanałach ciepłowniczych, w których jest wilgotna atmosfera, sprawia, że po krótkim czasie eksploatacji elementy zespołu odciążającego ulegają korozji oraz zanieczyszczeniom środowiskowym, co w istotny sposób pogarsza jego działanie. Kompensator wymaga systematycznej konserwacji oraz kontroli napięcia sprężyn, przy czym w miarę wzrostu osiowych odkształceń odcinków rurociągu jego zdolność kompensacji szybko maleje z uwagi na bardzo duży wźrost sztywności układu odciążającego wywołanej nadmiernym wówczas ściśnięciem sprężyn. Znany kompensator w zasadzie nie może być przydatny dla rurociągu usytuowanego na terenie oddziaływania szkód górniczych, gdyż w przypadku wystąpienia wzdłużnych, nieosiowych odkształceń odcinków rurociągu - jest podatny na szybkie zniszczenie zespołu odciążającego, zwłaszcza jego prętów oraz wsporników. Ponadto konstrukcja kompensatora nie może być poddana działaniom sił poprzecznych wywołujących naprężenia zginające z uwagi na niebezpieczeństwo jeszcze szybszego, niż w pierwszym przypadku, zniszczenia go jako całości.

Znany jest także np. z polskiego opisu patentowego nr 122 127, kompensator odkształceń cieplnych rurociągu, mający zespół kompensacyjny składający się z połączonych ze sobą segmentów mieszkowych. Każdy z segmentów zespołu zawiera dwie wiotkie płyty pierścieniowe, z których sąsiednie płyty dwóch różnych segmentów w stanie pracy są usytuowane równolegle do siebie oraz stykają się na całej swej długości z umieszczonymi pomiędzy nimi pierścieniowymi przekładkami. Każda z przekładek na swym zewnętrznym obrzeżu ma pierścień dystansowy, a pomiędzy wewnętrznym obrzeżem przekładki a wewnętrznym obrzeżem segmentu mieszkowego utworzona jest obowdowa przestrzeń. Zespół kompensacyjny każdym z końców styka się oporowo z płytą ustalającą, połączoną z usytuowanym po jej stronie odcinkiem rurociągu a naciąg wstępny zespołu równy jest całkowitej wartości przewidywanego odkształcenia wzdłużnego.

Znany kompensator ma tę niedogodność, że w przypadku, gdy przewidywane wydłużenie cieplne odcinków rurociągu okaże się większe od wielkości wstępnego naciągu, kompensator narażony jest na rozerwanie swych cienkościennych segmentów mieszkowych. Wynika to stąd, że w kompensatorze pracującym w zakresie swych granicznych możliwości kompensacyjnych, parcie wywołane ściskaniem jest wewnątrz poszczególnych segmentów bardzo duże z uwagi na istnienie dużych oraz równolegle do siebie w kierunku osiowym usytuowanych powierzchni oporowych, utworzonych przez przekładki pierścieniowe znajdujących się pomiędzy segmentami. W tym zakresie odkształceń kompensator pracuje bardzo nieefektownie, gdyż im większy przyrost wydłużenia poosiowego - tym mniejsza możliwość jego kompensacji. Również płyty ustalające usytuowane na końcach zespołu kompensacyjnego dodatkowo zwiększają sztywność kompensatora. Z powodu ujemnego oddziaływania parcia wewnętrznego na wielkość kompensacji wydłużeń, znany kompensator musi w praktyce zawierać od 4 t 8 segmentów oraz z konieczności przeznaczony jest do pracy przy ciśnieniu nie przekraczającym 1,5 MPa, przy czym dla czterech segmentów maksymalna długość kompensacji wynosi około 50 mm, a dla ośmiu segmentów - około 100 mm. Znany kompensator nie może być efektywnie eksploatowany, gdyż rurociąg, w którym jest on zainstalowany, usytuowany jest na terenie oddziaływania podziemnej eksploatacji górniczej, gdyż cechuje się dużą poosiową sztywnością oraz ma stosunkowo mały zakres kompensacji. Natomiast w przypadku, gdy odcinki rurociągu dodatkowo przemieszczą się wzdłużnie pod wpływem ruchów podłoża, kompensator narażony jest na awaryjne zniszczenie w wyniku całkowitego zgniecenia.

Zagadnieniem technicznym wymagającym rozwiązania jest zmodyfikowanie kompensatora mieszkowego, wyposażonego w rurę prowadzącą i osłonową oraz zawierającego pierścieniowe przekładki pomiędzy segmentami zespołu kompensacyjnego tak, aby w całym zakresie przewidywanej wielkości kompensacji charakteryzował się stałą, wysoką podatnością na wzdłużne odkształcenia elementów, zwłaszcza odcinków rurociągu ciepłowniczego a także, aby jednocześnie był odporny na działanie

166 252 naprężeń ściskających oraz zginających w szczególności po przekroczeniu wielkości przewidywanych odkształceń tych elementów.

Istota wynalazku polega na tym, że rura prowadząca na swej pobocznicy ma odsądzenie, korzystnie w postaci tulejowej nasadki, wystającej poza zewnętrzną końcówkę tej rury, natomiast pierścieniowe przekładki stykają się powierzchniowo z wewnętrznym obrzeżem mieszkowych segmentów zespołu kompensacyjnego, przy czym przekładki znajdujące się na końcach tego zespołu współpracują z oporowymi elementami, korzystnie w postaci spoin obwodowych, usytuowanymi na odsądzeniu prowadzącej rury oraz na rurze osłonowej kompensatora. Przekładki stanowią kształtujące elementy zastosowane do formowania na gotowo kompensacyjnego zespołu, przy czym w przekroju poprzecznym przekładki mają postać koła lub pierścienia. Każdy z segmentów mieszkowych boczne powierzchnie ma nachylone do swej płaszczyzny symetrii, rura osłonowa ma oporową powierzchnię do współpracy z oporową powierzchnią odsadzenia, a oporowe elementy stanowią połączenie zespołu kompensacyjnego z pobocznicą odsadzenia oraz pobocznicą rury osłonowej.

Kompensator według wynalazku jest odporny na działanie dużych sił wzdłużnych oraz poprzecznych wywołanych odkształceniami znacznie większymi niż przewidywane. Wynika to stąd, że w przypadku, gdy odcinki rurociągu wydłużą się termicznie i/lub przemieszczą się.pod wpływem ruchów podłoża więcej niż wynosi zakres kompensacji zespołu mieszkowego, wówczas odsądzenie na rurze prowadzącej zetknie się oporowo z rurą osłonową. W tym położeniu wytrzymałość wzdłużna kompensatora na deformacje wywołane siłami ściskającymi jest co najmniej równa wytrzymałości rurociągu. Ewentualną tendencję do wyboczenia odcinków przejmuje przegubowo działające urządzenie pomocnicze. Natomiast siły poprzeczne wywołujące momenty zginające w przekroju poprzecznym kompensatora są zredukowane przez działające - jak zewnętrzny pancerz - przekładki pierścieniowe, które stykają się powierzchniowo na całym obwodzie z wewnętrznym obrzeżem zespołu kompensacyjnego. Ponadto przekładki pierścieniowe mogą się względem siebie przemieszczać, pozwala to - w zależności od kierunków działania sił poprzecznych - na kątowe, indywidualne usytuowanie się przekładek na pobocznicy, zapewniającej w ten sposób optymalny rozkład naprężeń w przekroju poprzecznym. Kompensator ma stałą, wysoką czułość w całym zakresie kompensacji odkształceń , gdyż przekładki podczas normalnej pracy segmentów mieszkowych praktycznie nie hamują ich ruchów roboczych. Przekładki znajdujące się na końcach zespołu kompensacyjnego umożliwiają prawie w całości przemieszczanie naprężeń ścinających, działających niszcząco na połączenie tego zespołu z pobocznicą odsadzenia rury prowadzącej, na boczne powierzchnie skrajnych segmentów mieszkowych. Pozwala to na wielokrotne zwiększenie trwałości połączenia, co przy cyklicznej, dwukierunkowej jego pracy ma zasadniczy wpływ na niezawodność działania zespołu kompensacyjnego. Analogiczną funkcję pełnią także przekładki usytuowane· pomiędzy segmentami, umożliwiające optymalny rozkład naprężeń w najbardziej newralgicznym wytrzymałościowo miejscu - na wewnętrznym obrzeżu zespołu kompensacyjnego. Nachylenie bocznych powierzchni segmentów do osi symetrii sprawia, że parcie czynnika przepływowego na te powierzchnie jest odpowiednio zmniejszone, gdyż rozkłada się ono na parcie prostopadłe oraz styczne do tych powierzeni. Pozwala to na eksploatowanie kompensatora przy większych ciśnieniach lub przy określonym ciśnieniu - na zmniejszenie grubości ścianek zespołu kompensacyjnego, co umożliwia zwiększenie jego czułości na zmiany odkształceń wzdłużnych. Kompensator jest konstrukcyjnie nieskomplikowany i tani w wykonawstwie oraz mało wrażliwy na potrzebę konserwacji, a jednocześnie charakteryzuje się wysoką niezawodnością działania.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym kompensator w przekroju osiowym, przy czym górna część przekroju przedstawia kompensator w początkowym stanie pracy, a dolna część - kompensator w końcowym stanie pracy.

Kompensator wyposażony jest w cylindryczną, prowadzącą rurę 1, która wewnętrznym końcem osadzona jest przesuwnie osiowo w cylindrycznej, osłonowej rurze 2 mającej na wewnętrznym końcu oporową powierzchnię 3. Prowadząca rura 1 na pobocznicy swego zewnętrznego końca ma obwodowe odsądzenie 4 w postaci tulejowej nasadki, mające oporową powierzchnię 5 usytuowaną od strony osłonowej rury 2. Odsądzenie 4 wystaje poza końcówkę prowadzącej rury 1, przy czym czołowa powierzchnia 6 tej końcówki połączona jest za pomocą obwodowej spoiny 7, z zewnętrzną powierzchnią 8 odsadzenia. Wokół pobocznicy prowadzącej rury 1 oraz osłonowej rury 2 usytuowane są mieszkowe segmenty 9 połączone ze sobą integralnie oraz tworzące wspólnie kompensacyjny

166 252 zespół 10, przy czym powłoka segmentów 9 wykonana jest z jednej lub więcej warstw sprężystego metalu lub tworzywa sztucznego. Pomiędzy segmentami 9 znajduj? się pierścieniowe przekładki 11 w kołowym lub pierścieniowym przekroju poprzecznym, które stykają się powierzchniowo z ich wewnętrznym obrzeżem 12. Przekładki 11 znajdujące się na końcach kompensacyjnego zespołu 9 stykają się także z oporowymi elementami 13 w postaci obwodowych spoin, umieszczonymi na osłonowej rurze 2 oraz na odsądzeniu 4 prowadzącej rury 1, przy czym oporowe elementy 13 - spoiny stanowią także połączenie kompensacyjnego zespołu 9 z pobocznicą odsadzenia 4 oraz z pobocznicą osłonowej rury 2 kompensatora. Pierścieniowe przekładki 11 stanowią kształtujące elementy zastosowane do matrycowego formowania na gotowo mieszkowego kompensacyjnego zespołu 9 z prefabrykatu rurowego (na rys. nie pokazanego), a następnie pozostawione na stałe na uformowanym zespole 9. Każdy z mieszkowych segmentów 9 kompensacyjnego zespołu 10, boczne powierzchnie 14 ma w stanie pracy nachylone do swej płaszczyzny symetrii 15. Kompensator przedstawiony w przykładzie wykonania działa następująco: kompensator w znany sposób rozciąga się mechanicznie do osiągnięcia przez niego początkowej, maksymalnej długości Lmax i łączy się go z końcami odcinków 16 rurociągu, np. za pomocą spoin obwodowych, W końcowym położeniu roboczym kompensator ma długość Lmin, a różnicę tych długości stanowi zakres AL kompensacji wzdłużnych odkształceń spowodowanych czynnikami cieplnymi i/lub mechanicznymi. W końcowym położeniu roboczym oporowe powierzchnie 5 odsadzenia 4 styka się z oporową powierzchnią 3 osłonowej rury 2, a pierścieniowe przekładki 11 są zbliżone do siebie na minimalną odległość, zachowując jednak możliwość swobodnego względem siebie usytuowania. Ponadto prowadząca rura 1 jest wsunięta do osłonowej rury 2 - w wyniku tego w położeniu końcowym, poprzeczny przekrój jest odpowiednio większy od poprzedniego przekroju kompensatora w stanie pracy.

166 252

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Kompensator mieszkowy wzdłużnych odkształceń elementów, zwłaszcza odkształceń odcinków rurociągu ciepłowniczego usytuowanego w rejonie występowania ruchów podłoża, w szczególności ruchów wywołanych eksploatacją górniczą, mający prowadzącą rurę osadzoną przesuwnie osiowo w rurze osłonowej a wokół pobocznicy prowadzącej rury usytuowany jest kompensacyjny zespół składający się z mieszkowych segmentów, które w stanie pracy stykają się bocznie z umieszczonymi pomiędzy nimi pierścieniowymi przekładkami, znamienny tym, że prowadząca rura (1) na swej pobocznicy ma odsądzenie (4), a pierścieniowe przekładki (11) stykają się powierzchniowo z wewnętrznym obrzeżem (12) mieszkowych segmentów (9) kompensacyjnego zespołu (10) , przy czym przekładki (11) znajdujące się na końcach tego zespołu współpracują z oporowymi elementami (13) usytuowanymi na osłonowej rurze (2) oraz na odsądzeniu (4) oraz, że pierścieniowe przekładki (11) stanowią kształtujące elementy zastosowane do formowania na gotowo kompensacyjnego zespołu (10).
2. 2. Kompensator wddług zasrrz. 1. znamienny tym, że odsadznnie (4) sannwwi nasadka Sulejowa.
3. 3. Kompensator edługg zsttzz . ) albo 2 . znamienny wystaje poza koniec prowadzącej rury (1).
4. 4. Kompensator według zastrz. @ znamienny tym, (11) w przekroju poprzecznym ma postać koła.
5. 5. Kompensator według zas^z. 1, znamienny tym, tym, Ze odsądzenie (4) ju poprzecznym ma postać pierścienia.
6. 6. Kompensator według zastrz. 1, nowi spoina.
7. 7. Kompensator według zas^z. 1, znamienny tym, że pierścieniowa przekładka że przekładka (11) w przekroie oporowy element (^3) stat y m, że oporowy element (13) sZ-znamienny nowi połączenie kompensacyjnego zespołu (10) z pobocznicą odsądzenia (4) prowadzącej rury (1).
8. 8. Kompensator żedłgg zstrz.. ) albo 7. znamienny tym, że oporowy element (13) stanowi połączenie kompensacyjnego zespołu (10) z pobocznicą osłonowej rury (2).
9. 9. Kompensator według zzaStd. 1, znamienny tym, że mieszkowe segmenty (9) w stanie przcy boczne powierzchnie (14) mzją nachylone do swej płaszczyzny symetrii (15).
10. 10. Kompensator według zast^. 1, znamienny Sym, że osłonowa rurz (2) ma oporową powierzchnię (3).