8 - 2011

КОМПАС-3D: моделирование с пикометровой точностью, новый вид компенсаторов трубопроводов, гибридные (отвод-спираль-отвод) компенсаторы

Виктор Чебыкин (Инженер-конструктор, ЗАО «Строительно-монтажная лаборатория» (Новосибирск))

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

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

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

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.  

1Чебыкин В. Спиральные, спиральные составные и спиралевидные (квазиспиральные) компенсаторы трубопроводов // САПР и графика. 2011. № 3. С. 78­80.

В начало В начало

САПР и графика 8`2011