Определения
Сильфонный компенсатор — гибкий элемент, предназначенный для восприятия (компенсации) возникающего движения (перемещений) определенной величины, направления и частоты. Основным гибким элементом компенсатора является сильфон.Сильфон — гибкий элемент компенсатора, представляющий собой, как правило, цилиндрическую осесимметричную оболочку, состоящую из одного или более гофров и прямолинейных участков. Сильфон является основным элементом компенсатора, обеспечивающим его функционирование. Сильфон может быть однослойным, изготовленным из одной обечайки толщины, достаточной для обеспечения прочности и герметичности, или многослойным из нескольких обечаек.
Гофр -элемент сильфона. Общая компенсирующая способность сильфона пропорциональна числу гофров.
Присоединительная арматура — устройство (деталь), которое обеспечивает соединение сильфона с трубопроводной системой, т. е. установку компенсатора в трубопроводную систему. Возможны следующие типы установки:
- Неразъёмное соединение, при котором компенсатор сваривается с трубопроводом;
- Разъёмное соединение, при котором компенсатор соединяется с трубопроводом фланцами, бугелями и т. п.;
- Комбинированное, при котором один конец компенсатора сваривается с трубопроводом, а другой соединяется фланцем.
Ограничительная арматура — устройство, которое ограничивает одну или несколько степеней свободы перемещения (деформации) гофров сильфона. Наиболее распространенными видами являются жесткие и гибкие тяги, одноплоскостные шарниры, шарниры Кардана, вилки, оси и т. п.
Направляющий патрубок — устройство, минимизирующее возможность контакта между внутренней поверхностью сильфона и средой протекающей через него. Направляющие патрубки применяются в компенсаторах трубопроводов:
- Где скорость потока жидкой среды более 6 м/с:
- В паропроводах, где скорость потока может вызвать вибрации во внутренней полости компенсатора;
- В трубопроводах сжатого воздуха, выхлопных газов;
- В трубопроводах с абразивной средой, так как содержащиеся в ней твердые частицы могут повредить внутреннюю полость сильфона и привести к его разрушению;
- В случае турбулентного течения, например, когда компенсатор установлен за отводом, после насоса.
Защитный кожух — устройство, ограниченно защищающее сильфон от посторонних предметов или механического повреждения, а также, в случае необходимости, персонал от тепловой радиации.
Сильфон
Основным гибким элементом компенсатора является сильфон. Металлические сильфоны представляют собой тонкостенные патрубки, которые благодаря приданию им гофрированной формы приобретают гибкость, подобно шлангу, и пружинящую способность. Эти свойства в соединении с возможностями материала делают металлический сильфон специальным узлом с многосторонним применением в технике. Пружинящие гофры сильфона компенсируют движение без трения и не нуждаются в уходе. Металлические сильфоны изготавливаются гидравлическим или механическим способом. Придание соответствующей формы делают исходную жесткую трубу в высшей степени гибкой и одновременно повышает её прочность по сравнению с трубой с одинаковой толщиной стенки. Сильфоны могут быть однослойным или многослойными. Каждый из видов сильфонов имеет свои преимущества и область применения. Свободный выбор общей толщины стенок с практически любым числом слоев и толщиной каждого слоя делает многослойный сильфон пригодным для применения в компенсаторах, работающих под большим давлением, причем, благодаря многослойному строению стенок, достигается большая упругость при малой жесткости изгиба или сжатия. В этом случае многослойный сильфон можно сравнить с многослойной листовой рессорой.Преимуществом многослойного сильфона, как показал многолетний опыт и многочисленные испытания, является то, что если по каким либо причинам этот элемент теряет герметичность (коррозия, ошибка при монтаже усталость и т. д.), нет оснований опасаться разрушения сильфона. Это особенно важно для систем, работающих под большим давлением. При разгерметизации, которая начинается с внутреннего слоя сильфона в виде поры или небольшой трещины, первоначально происходит протечка незначительного количества среды. Таким образом, место протечки — во всяком случае до замены компенсатора — не представляет опасности.
Выбор многослойного или однослойного сильфона зависит от многих технических и экономических факторов.
Обеспечение устойчивости компенсаторов
Суммарная толщина сильфона для каждого компенсатора определяется как расчетом так и экспериментальным путем. Одним из условий для определения толщины сильфона наряду с прочностью материала, размеров гофров, диаметром и т. д. является длина гофрированной части. Сильфон — гибкий элемент — с увеличение длины становится склонным к продольному изгибу как в стержне со сжимающей нагрузкой. Это свойство имеет особое значение для осевых компенсаторов, когда для восприятия большого осевого хода требуется сильфон соответствующей длины. В этом случае применяется компенсатор с двумя сильфонами, для обеспечения устойчивости которого предусматривается наружный направляющий кожух. Если перемещения очень велики, то технически это решается за счет применения сдвиговых или поворотных компенсаторов. При таком способе могут быть практически компенсированы любые перемещения.В случаях, когда данный способ не возможен, на прямолинейной трассе может быть применен компенсатор с внешней нагрузкой на сильфон.
Долговечность
Долговечностью компенсатора называется число циклов максимальных рабочих перемещений до разгерметизации. Данные о допустимых величинах перемещений (рабочий ход) и циклов (назначенная наработка) приведены в технических требованиях на компенсатор. В зависимости от условий эксплуатации количество циклов (назначенная наработка) может изменяться. Основными факторами влияния являются:- рабочее давление
- рабочий ход
- предварительная деформации для обеспечения симметричного хода
- температура
- пульсация давления
- частота циклов
- коррозия
- ассиметричный рабочий ход
- нарушение требований монтажа.
В таблице приведены влияние изменения величины давления и перемещения в процентном отношении на циклическую наработку. Приведенные данные ориентировочные.
Допустимое рабочее давление компенсатора должно выбираться с учетом температуры проводимой среды по ГОСТ 356–80. В зависимости от применяемых материалов и температуры, рабочее давление (Рр) может значительно отличаться от условного давления (РN). На долговечность компенсатора так же могут повлиять спонтанные изменения температуры, в особенности с большим градиентом.
В трубопроводных системах, где установлены компенсаторы, могут возникать колебания давления:
- При работе насоса (пульсация давления)
- При резком закрытии клапана возможно пиковое повышение давления (гидроудар). При подобных явлениях многослойные сильфоны предпочтительнее, так как при таких непредусмотренных перегрузках хотя они и испытывают увеличенные деформации, снижающие их ресурс, но не разрушаются.
- Неправильный монтаж, например, смещение оси, скручивание, механические повреждения и т. д. первоначально не разрушают сильфон, а только сокращают ресурс сильфонного компенсатора.
- При подборе компенсатора, конструктор должен учитывать все эти факторы, влияющие на долговечность его работы.
Компенсаторы осевые
Компенсаторы поворотные
Компенсаторы сдвиговые
Разгруженные компенсаторы
