КОМПАС-3D: моделирование с пикометровой точностью, новый вид компенсаторов трубопроводов, гибридные (отвод-спираль-отвод) компенсаторы
Анализируя конструкцию спирального и спирального составного компенсаторов трубопровода1, можно сделать несколько выводов как о положительных их свойствах, так и о недостатках.
Положительные свойства: спиральный компенсатор хорошо компенсирует крутящие, изгибающие нагрузки на трубопровод, гидравлические удары и вибрацию. Компенсирует он и осевые (растяжениесжатие) нагрузки, но не в полной мере той компенсации, которой в принципе может достигать благодаря своей винтовой траектории. Это и есть его недостаток. Причина недостаточной осевой компенсации заключается в непараллельности оси его спирали к продольным осям соединяемых стволов трубопровода. Для разных типоразмеров компенсаторов степень непараллельности меняется в зависимости от соотношения B/S и числа витков спирали, где B — расстояние между торцевыми плоскостями стволов трубопровода; S — расстояние между осями стволов трубопровода.
Целью настоящей работы является разработка нового вида компенсаторов трубопроводов, входящего в линейку уже известных спиральных компенсаторов.
Идея такова: дополнить известный спиральный компенсатор элементами, пространственная геометрия которых позволит выполнить сопряжения ствол трубопровода — элемент — спиральный компенсатор — элемент — ствол трубопровода так, чтобы ось спирали компенсатора была параллельна осям стволов. В качестве этих элементов используем крутоизогнутые отводы.
Применение стандартных крутоизогнутых отводов с углом изгиба 45, 60 и 90° хотя и позволяет выполнить компенсатор, соединяющий два параллельных ствола трубопровода, но не дает параллельности оси спирали к осям стволов (рис. 1). Чтобы достичь этой параллельности, выполним несложный расчет необходимого угла изгиба отвода и построение модели отвода. На рис. 2 показана модель гибридного (отводспиральотвод) компенсатора в составе трубопровода, в котором достигнута необходимая параллельность.
Рис. 1. Гибридный компенсатор со стандартными отводами в составе трубопровода
Ученые из Германии (под руководством Кнута Урбана) измерили расстояние между атомами вещества с точностью до нескольких пикометров (1 пм = 10–12 м), что помогло им сделать открытие в области физики веществ. Не претендуя на открытие и даже на достижение, отметим, что нами выполнено моделирование компенсатора трубопровода с точностью, достигающей 10–1 пикометров, и произведены измерения на модели с такой же точностью (см. информационную таблицу на рис. 2). Эту возможность предоставил КОМПАС3D. Такая точность, конечно же, не нужна для расчета компенсатора, но наличие резерва лучше, чем его отсутствие.
Рис. 2. Двухвитковый гибридный компенсатор в составе трубопровода. Ось спирали параллельна осям стволов
Итак, предложен новый вид спиральных компенсаторов — гибридный. Несомненным его преимуществом над аналогами является улучшенная осевая (вдоль оси спирали) компенсация.
Данные компенсаторы рекомендуется использовать в таких областях, как:
- объекты повышенной опасности — там, где к трубопроводам предъявляются высокие требования по прочности и долговечности, выход которых из строя может привести к катастрофическим последствиям. Такими объектами являются, например, контуры охлаждения активных зон ядерных реакторов (вспомните недавние аварии на энергоблоках АЭС «Фукусима1»);
- трубопроводные системы, находящиеся в сейсмических зонах и зонах цунами (например, в Японии);
- трубопроводы нефти и газа в районах Крайнего Севера, подвергающиеся большим перепадам температур;
- трубопроводы энергетических и промышленных установок, эксплуатирующихся под давлением и подверженных гидравлическим ударам, вибрации и температурным перепадам.
Список может быть продолжен.
Сочетание спирального элемента и крутоизогнутых отводов в конструкции гибридного компенсатора позволяет варьировать его геометрию. Так, на рис. 3 показана модель компенсатора, предназначенного для соединения и термокомпенсации перпендикулярных между собой стволов трубопровода.
Рис. 3. Двухвитковый гибридный компенсатор в составе трубопровода. Ось спирали параллельна оси одного из стволов. Оси стволов перпендикулярны
Каково будущее спиральных компенсаторов, в том числе гибридных, — покажет время, да и тема разработки новых их видов еще не исчерпана.
 |
|
