Компенсатор сильфонный: эффективное приспособление для компенсации теплового расширения труб
Компенсатор сильфонный — это приспособление в виде гибкого вставочного элемента, которое применяется в различных трубопроводных конструкциях. Это изделие выполняет очень важную функцию — компенсацию изменения длины участков той или иной коммуникации. Изменение длины труб происходит, как правило, из-за температурных воздействий или вследствие установочных работ.
Во всех типах трубопроводов, в которых есть риск теплового расширения, устанавливаются компенсаторы
Сильфонные компенсаторы — что это такое?
На сегодняшний день сильфонные компенсаторы эксплуатируются в различных областях человеческой деятельности. Среди основных таких отраслей можно отметить:
Такие приспособления являются очень важными комплектующими элементами различных коммуникаций и используются практически везде, где необходимо компенсировать температурное расширение трубопровода. Наименьшим коэффициентом температурного расширения обладают стальные трубы, а наибольшим — полиэтиленовые изделия. Компенсатор для полиэтиленовых труб является необходимой мерой для исключения деформации. Стоит отметить, что сильфонные компенсаторы для полиэтиленовых труб стыкуются с коммуникацией посредством фланцев. Помимо основной своей задачи, сильфонные компенсаторы выполняют ещё несколько важных функций:
Полезная информация! Также сильфонные компенсаторы могут выступать в качестве переходного соединительного элемента. В таком случае с их помощью производится стыковка труб с разными показателями сечения.
Сильфонные компенсаторы — универсальные устройства и могут выполнять несколько функций одновременно
Технология изготовления сильфонных компенсаторов
Наиболее важной частью конструкции такого устройства является сильфон. Сильфонная гофрированная трубка изготавливается, как правило, из нержавеющей стали.
Нержавеющая сталь является надёжным материалом, который обладает повышенными прочностными характеристиками, а также следующими преимуществами:
Сам процесс производства сильфонной гофротрубы выполняется в два основных этапа:
Для достижения максимальной гибкости сильфонной трубки, сильфонные стенки выполняются многослойными. Благодаря таким манипуляциям готовый продукт отличается высокой резистентностью к давлению, но при этом остаётся довольно гибким.
Компенсаторы изготавливаются из высокопрочной стали и имеют высокую устойчивость к повышенному давлению
Все вспомогательные части сильфонных компенсаторов изготавливаются из высокопрочной углеродистой стали и отличаются высокими техническими характеристиками.
Принцип действия сильфонного компенсатора
Для того чтобы разобраться в том, как именно действует сильфонный компенсатор, необходимо усвоить один важный момент. Температура транспортируемой среды в коммуникации, как правило, имеет чётко установленный показатель, в то время как температура окружающей среды не может быть стабильной.
Важно! При низких показателях температуры окружающей среды трубопровод, состоящий из металла, сжимается и укорачивается, а при высокой температуре, наоборот, расширяется.
Процессы сжатия и расширения неблагоприятно отражаются на коммуникации. В конечном счёте изменение длины трубопроводной конструкции может привести к утрате необходимых герметизационных показателей в местах стыков труб. Чтобы избежать подобных негативных последствий, используют специальные сильфонные компенсаторы, которые нейтрализуют деформационные воздействия и не дают трубопроводу потерять свои эксплуатационные качества.
Принцип действия этого приспособления основан на том, что все дополнительные усилия, которые появляются при расширении или сужении других участков коммуникации, не передаются дальше по трубопроводу. Эти дополнительные усилия принимает на себя сильфонный компенсатор. Благодаря этому деформация может затронуть только определённые участки и не передаются далее по системе. То же самое можно сказать и про вибрации внутри системы. Такие изделия обладают высокими показателями эластичности. На сегодняшний день производится несколько модификаций сильфонных компенсаторных элементов.
При температурном расширении труб компенсатор принимает всю нагрузку на себя, предотвращая деформацию и разрушение трубопровода
При повышении температуры окружающей среды трубопровод расширяется в двух плоскостях: горизонтальной и вертикальной. Поэтому при монтаже необходимо правильно фиксировать скользящие и статичные участки системы.
Разновидности сильфонных компенсаторов
Сегодня в продаже можно встретить несколько модификаций этого устройства. Нужный тип сильфонного компенсатора подбирается в зависимости от эксплуатационных условий, а именно — типа нагрузки, которую необходимо будет стабилизировать. Рассмотрим основные разновидности сильфонных моделей:
Осевой. Монтируется на прямом участке коммуникации между двумя статичными опорами. Такие опоры могут быть двух типов:
Используется такой компенсатор для стабилизации деформационных воздействий в осевом направлении. Стоит отметить, что такие приварные модели, помимо гибкости, отличаются высокими прочностными характеристиками.
Рассмотрим распространённые ошибки при установке осевого компенсатора под приварку:
Компенсаторы выпускаются с разным типом крепления к трубам, одна из основных моделей — осевая, монтируемая при помощи сварки
Если учитывать все вышеперечисленные правила, то осевой сильфонный (междуопорный) компенсатор прослужит довольно долго, эффективно справляясь с возложенными на него задачами.
Фланцевый. Такая модель является одной из наиболее распространённых. Она эксплуатируется повсюду и отличается тем, что для стыковки с трубой имеет специальные стыковочные элементы — фланцы. КСФ используется для стабилизации нагрузок в осевом направлении.
Полезная информация! Стоит отметить, что такие компенсаторы отличаются отличной термоустойчивостью и могут монтироваться на коммуникации, температура среды которых доходит до 250 °C.
Компенсатор сильфонный осевой фланцевый. Является надёжным изделием, предохраняющим трубы от статических, а также динамических нагрузок. КСФ представляет собой растяжимое соединение, которое стабилизирует термические изменения длины коммуникации.
Угловой. Такие модели применяются для соединения коммуникации на поворотах. Такое соединение может осуществляться под разными углами. Угловые поворотные компенсаторы предназначены для стабилизации усилий, возникающих на поворотах трубопроводной конструкции.
Эти модели, как правило, оснащаются специальным шарнирным элементом, который определяет характер передвижения устройства. Угловая модель может перемещаться только в одной плоскости, исключая осевые перемещения. Благодаря шарнирному элементу сильфон также предохраняется от скручивания.
Карданный. В отличие от предыдущей модели, это устройство может осуществлять передвижение в любой плоскости. Стоит также отметить, что карданная модель оснащена двумя шарнирными деталями. Такая конструкция позволяет ей изгибаться в осевом направлении.
Компенсаторы карданного типа позволяют компенсировать угловые смещения в трубопроводных системах
Сдвиговый. Такой компенсатор монтируется в точках коммуникации, где может возникнуть усилие, которое повлечёт за собой взаимный сдвиг отдельных сегментов трубопроводной конструкции. Одним из самых распространённых вариантов использования такой модели является его установка в точке входа коммуникации в здание. В этом случае при оседании сооружения компенсатор защитит трубу от деформации и предотвратит аварийную ситуацию. Кроме этого, сдвиговое приспособление применяется для стабилизации недочётов, совершённых при прокладке коммуникации. Сдвиговые модели, как правило, обладают двумя сильфонами, поэтому их ещё называют двухсекционными сильфонными компенсаторами.
Компенсатор стартовый сильфонный. По своему конструктивному исполнению причисляется к осевой модели, однако, имеет одно отличие — производится с защитным кожухом, который состоит из двух частей.
Сильфонное компенсирующее устройство (СКУ)
Сильфонный компенсатор СКУ производится из нержавеющей стали и может быть двух видов в зависимости от конструктивных особенностей:
Сильфонные компенсирующие устройства оснащаются специальным защитным футляром, который предохраняет сильфон от механических деформаций, а также способствует соосности устройства.
Такой прибор, как правило, утепляется специальным материалом — пенополиуретаном (ППУ). Изоляция из ППУ является надёжным и современным вариантом утеплителя. А также стоит отметить, что помимо теплоизоляции, СКУ оснащается и гидроизоляцией. Существует два варианта гидроизоляции сильфонного компенсирующего устройства:
Обратите внимание! Модели с гидроизоляцией из оцинковки используются в коммуникациях, прокладываемых открытым способом (на поверхности земли). А компенсаторные устройства с гидроизоляцией из полиэтилена эксплуатируются при закрытом монтаже коммуникаций (под землёй).
Рассмотрим основные преимущества использования СКУ:
При открытом монтаже СКУ в обязательном порядке необходим монтаж защитного короба, который обезопасит компенсатор от доступа посторонних лиц, а также защитит устройство от атмосферных осадков.
Компенсаторы сильфонные металлические. Назначение, состав и типы
АО «НПП «Компенсатор» уже более 40 лет занимается изготовлением металлических сильфонных компенсаторов и сильфонных компенсационных устройств для различных отраслей промышленности.
Сильфонный компенсатор – устройство, состоящее из одного или нескольких сильфонов, присоединительной и ограничительной арматуры, способное поглощать и уравновешивать относительные перемещения определенной величины и частоты, возникающие в герметично соединенных конструкциях, и проводить в этих условиях газы, пар и жидкости.
Сильфонные компенсаторы применяются в качестве компенсирующих монтажных элементов для поглощения температурных деформаций трубопроводов, транспортирующих горячие и холодные среды, подвижных вводов в напорных резервуарах и т.д. Они также используются для присоединения напорных и всасывающих трубопроводов к агрегатам (насосам, турбинам, компрессорам, двигателям и т.д.), установленным на эластичных опорах, для снижения вибрационных нагрузок.
Сильфон
Основным элементом сильфонного компенсатора, обеспечивающим его функционирование является сильфон. Сильфон – это гибкий элемент компенсатора, представляющий собой упругую цилиндрическую осесимметричную гофрированную оболочку, способную деформироваться со значительными перемещениями торцов от действия осевого, поперечного усилий и изгибающего момента в условиях действия внутреннего (наружного) давления, при этом герметично разделяя проводимую среду от окружающей.
Металлические сильфоны представляют собой тонкостенные патрубки, которые благодаря приданию им гофрированной формы приобретают гибкость, подобно шлангу, и пружинящую способность. Придание соответствующей формы делает исходную жесткую трубу гибкой и одновременно повышает её прочность по сравнению с трубой с одинаковой толщиной стенки. Под действием давления, температуры, силы или момента силы сильфон способен растягиваться, сжиматься, изгибаться или сдвигаться, а также преобразовывать давление в усилие.
Сильфон может состоять из одного или нескольких кольцевых гофров – простейших гибких элементов, расположенных между соседними впадинами.
Форма гофров может быть разнообразной. Как правило, сильфоны изготавливаются с гофрами U-образной формы, в обоснованных случаях – Ω-образной формы, а также с использованием подкрепляющих (армирующих) колец. Общая компенсирующая способность сильфона пропорциональна числу гофров. Пружинящие гофры сильфона компенсируют движение без трения и не нуждаются в обслуживании.
Сильфон может быть однослойным, изготовленным из одной обечайки толщины, достаточной для обеспечения прочности и герметичности компенсатора, или многослойным из двух и более обечаек, собранных в пакет (изготавливается до 20 и более слоев).
Каждый из видов сильфонов имеет свои преимущества и область применения. Возможность применения общей толщины стенок с практически любым количеством слоев и толщиной каждого слоя делает многослойный сильфон пригодным для применения в компенсаторах, эксплуатирующихся в различных условиях, включая экстремальные. Благодаря многослойному строению стенок, достигается большая упругость при малой жесткости изгиба или сжатия. В этом случае многослойный сильфон можно сравнить с многослойной листовой рессорой.
Многослойные сильфоны могут изготавливаться как набором сварных обечаек в пакет необходимой толщины, так и изготовлением двух внутренних и двух наружных слоев из сварных обечаек для обеспечения герметичности сильфона, а промежуточных слоев – их намоткой в рулон для силовой разгрузки сильфона от действия давления.
Преимуществом многослойного сильфона, как показал многолетний опыт и многочисленные испытания, является то, что если по каким либо причинам этот элемент теряет герметичность (коррозия, повреждение при монтаже и т.д.), нет оснований опасаться мгновенного 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.
Суммарная толщина сильфона для каждого компенсатора, необходимая для обеспечения его устойчивости, определяется как расчетом, так и экспериментальным путем. Основным параметром для определения толщины сильфона наряду с прочностью материала, размеров гофров, диаметром и т.д. является длина гофрированной части. Сильфон, как гибкий элемент, с увеличением длины под действием внутреннего давления становится склонным к продольному изгибу, т.е к потере устойчивости. Это свойство имеет особое значение для осевых компенсаторов, когда для восприятия большого осевого хода требуется сильфон соответствующей длины. Максимальное количество гофров сильфона определяется его способностью при соответствующих геометрических параметрах и давлении проводимой среды противостоять потере устойчивости. Расчеты сильфона выполняются в расчетной программе DIMy-Win Circular Expansion Joints acc. EJMA. Основной задачей расчета сильфона является подбор оптимальных значений количества гофров, их высоты, радиусов, шага, толщины и количества слоев сильфона для обеспечения его устойчивости при заданных значениях давления, а также подтверждения значений жесткости, компенсирующей способности и назначенной наработки. Окончательные параметры сильфонов уточняются по результатам предварительных и приемочных испытаний опытных образцов сильфонных компенсаторов.
Важной технической характеристикой сильфона является его жесткость. В соответствии с ГОСТ 25756-83 жесткость – это сопротивление силе в сильфонном компенсаторе, необходимой для достижения сдвига, осевого или углового хода. Жесткость сильфона зависит от высоты гофров и их количества, а также от толщины одного слоя сильфона и их количества.
Типы металлических сильфонных компенсаторов
В зависимости от назначения, вида воспринимаемых нагрузок и условий эксплуатации применяются различные комбинации сильфонов, присоединительной и ограничительной арматуры, направляющих патрубков и защитных кожухов.
Присоединительная арматура – устройство (деталь), которое обеспечивает герметичное соединение сильфона с трубопроводной системой, т.е. установку компенсатора в трубопроводную систему. Возможны следующие типы установки:
Ограничительная арматура – устройство, состоящее из деталей и узлов, предназначенных для восприятия распорного усилия от действия внутреннего (наружного) давления, и ограничивающее 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 для снижения гидравлического сопротивления в компенсаторах трубопроводов, где скорость потока более 6 м/с для жидких сред и более 30 м/с для газообразных сред, для снижения влияния температуры проводимой среды на материал сильфона, а также в других обоснованных случаях:
– 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 около колена, соединенного с насосом.
Наружный защитный кожух – устройство, защищающее сильфон от внешних механических повреждений и возможного попадания в него посторонних предметов, а также служащее в качестве основания для нанесения тепловой изоляции компенсатора.
Сдвиговые и сдвигово-поворотные сильфонные компенсаторы
Сдвиговые сильфонные компенсаторы воспринимают только деформации элементов трубопровода, направленные перпендикулярно оси компенсатора, обеспечивая плоскопараллельный сдвиг торцов компенсатора. Сдвигово-поворотные сильфонные компенсаторы воспринимают угловые деформации элементов трубопровода и деформации, направленные перпендикулярно оси компенсатора, обеспечивая одновременный изгиб оси компенсатора и сдвиг торцов компенсатора.
Сдвиговые и сдвигово-поворотные сильфонные компенсаторы не передают распорные усилия, возникающие от действия внутреннего давления на стенки гофров сильфона, на неподвижные опоры и оборудование.
В зависимости от вида примененной ограничительной арматуры сдвиговые и сдвигово-поворотные сильфонные компенсаторы могут изготавливаться как одноплоскостные, воспринимающие сдвиговые перемещения только в одной плоскости, так и пространственные, воспринимающие сдвиговые перемещения во всех направлениях.
Разгруженные сильфонные компенсаторы воспринимают нагрузки от возможных механических воздействий, изменения давления транспортируемой среды, вибрации от работающего оборудования и потока транспортируемой среды, а также температурных деформаций различных элементов трубопровода вследствие изменения температуры транспортируемой и окружающей сред. При этом разгруженные сильфонные компенсаторы не передают на неподвижные опоры и сопрягаемое оборудование распорное усилие от действия внутреннего давления на стенки гофров сильфонов.
Изготавливаются различные конструкции разгруженных сильфонных компенсаторов, воспринимающих нагрузки как в строго осевом направлении, так и при одновременном воздействии нагрузок в осевом направлении, направлении, перпендикулярном оси компенсатора, и угловых деформаций без передачи распорного усилия сильфонов на неподвижные опоры и оборудование.
Сильфонные компенсаторы: эффективная компенсация теплового расширения труб
Сильфонные компенсаторы представляют собой специальные приспособления, предназначенные для компенсации изменения длины участка трубопроводной конструкции. К изменению длины может привести некорректная установка системы или влияние температуры. Их необходимо устанавливать на всех трубопроводах с риском теплового расширения.
Сильфонные компенсаторы — что это такое?
Компенсаторы с сильфоном используются в различных областях деятельности человека. Наиболее широко они распространены в сфере энергетической промышленности, металлургии, на предприятиях по нефтепереработке и в сфере ЖКХ.
Установка сильфонных компенсаторов на трубопроводах нужна для компенсации температурного расширения. Поэтому они необходимы при монтаже полиэтиленовых систем (при помощи фланцевого соединения) из-за наибольшего коэффициента температурного расширения материала. При этом у стальных изделий этот параметр имеет наименьшие показатели.
Кроме исключения деформации трубы при температурном расширении, эти изделия выполняют другие важные функции.
Во-первых, они защищают трубопровод от механических повреждений. Во-вторых, позволяют скомпенсировать монтажные нюансы и недочеты, допущенные при прокладке трубопроводной системы. В-третьих, они используются для гашения вибраций, возникающих при движении среды в системе и от работы подсоединенного оборудования. В-четвертых, компенсаторы нужны для обеспечения требуемых параметров герметичности в транспортных трубопроводах.
Еще одна функция сильфонных компенсаторов — возможность применения этих изделий в качестве соединительного элемента труб разного сечения.
Технология изготовления и технические характеристики сильфонных компенсаторов
Сильфон (сильфонная гофротруба) — самая важная часть в конструкции компенсатора. Она изготавливается из нержавеющей стали с повышенными прочностными характеристиками. Вспомогательные элементы сильфонных компенсаторов выпускают из углеродистой стали.
Преимущества сильфонов из нержавейки:
Изготовление сильфона осуществляется в два этапа. Сначала тонкостенный листовой прокат вальцуется и сваривается продольным швом для получения цилиндра. Затем, на нем формируется гофрированная поверхность. Стенки сильфона делают многослойными с целью получения максимальной гибкости трубки. В итоге изделие хорошо сопротивляется высокому давлению, не теряя гибкости.
Принцип действия сильфонного компенсатора
Для понимания принципа работы сильфонного компенсатора необходимо усвоить, что температура рабочей среды всегда одинаковая, а вот температура окружающей среды может меняться. Температурные перепады приводят к сужению (при низких показателях среды) или расширению (при повышении температуры) трубы. Это плохо отражается на коммуникации и способно привести к разгерметизации системы.
Установка сильфонных компенсаторов на газопроводах и других трубопроводах позволяет нейтрализовать воздействие деформаций и избежать потери эксплуатационных свойств коммуникации. Принцип действия устройства основан на препятствии передачи дополнительных усилий, образующихся при сужении/расширении на конкретном участке, дальше по трубе. Он позволяет огородить систему от деформаций, локализовав их на определенном участке.
Стоит помнить, что, при повышении температуры, происходит расширение трубы как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. Поэтому очень важна корректная фиксация скользящих и статичных участков трубопровода.
Обозначение сильфонного компенсатора на чертежах
Разновидности сильфонных компенсаторов
Существует множество типов сильфонных компенсаторов, используемых для монтажа на трубопроводах в зависимости от стабилизируемой нагрузки. Их классифицируют по следующим параметрам:
Осевой
Такие изделия устанавливаются на прямых участках трубопровода между статичными опорами. Они применяются для стабилизации осевых деформаций и монтируются сварным способом.
Наиболее распространенные ошибки при монтаже сильфонных осевых компенсаторов:
Если внимательно отнестись к выбору осевого компенсатора и провести правильный монтаж изделия, он прослужит длительное время без замены на новый.
Установка фланцевого компенсатора на трубе
Фланцевый
Фланцевые компенсаторы — наиболее распространенный тип изделий, применяемый для стыковки труб с помощью фланцев. Они позволяют создать разъемное соединение и стабилизировать нагрузки в осевом направлении.
Компенсаторы этого типа отличаются высокой термоустойчивостью, надежностью и сопротивляемостью к статическим и динамическим нагрузкам. Применяются в трубопроводных системах, транспортирующих среду с температурой до 250С.
Угловой
Угловые сильфонные компенсаторы устанавливаются на поворотах трубопроводов. Могут иметь разный угол и помогают скомпенсировать усилия среды, возникающие на повороте трубы. Они оснащаются особым шарнирным элементом, определяющим характер перемещения устройства.
Угловые изделия способны передвигаться лишь в одной плоскости (без осевых изгибов). Шарнирная конструкция защищает сильфон от скручивания.
Карданный
Карданные сильфонные компенсаторы могут перемещаться в любой плоскости, благодаря наличию двух шарнирных элементов. Это позволяет им также перемещаться в осевом направлении.
Сдвиговый
Сдвиговые осевые компенсаторы устанавливаются в тех местах, где возможно появление усилия, способного привести к взаимному сдвигу отдельных частей трубопровода. Самое частое место монтажа — на входе трубопроводной системы в сооружение. При таком расположении компенсатор защищает коммуникации от деформации и возможных аварий.
Также эти устройства используются для стабилизации монтажных ошибок при прокладке трубопровода. Они имеют в своей конструкции два сильфона, из-за чего их также называют двухсекционными компенсаторами.
Существует специальный стартовый сильфонный компенсатор, обладающий защитным кожухом из двух частей, но считающийся осевой моделью устройства.
Характеристика и назначение сильфонного компенсатора
Сильфонные компенсаторы изготавливаются из нержавеющей стали одно- или двухсекционными. Они имеют специальный кожух, защищающий сильфон от внешних воздействий и механических повреждений.
Обозначение сильфонного компенсатора на схемах.
Для повышения герметичности и теплоизоляции узла используются полиуретановые прокладки (ППЦ), а для гидроизоляции — полиэтиленовые или оцинкованные вкладки. Оцинкованный вариант гидроизоляции подходит для систем, расположенных на поверхности земли, а полиэтилен подойдет для трубопроводов, смонтированных закрытым методом.
Сильфонные компенсаторы имеют обширную сферу эксплуатации:
Они монтируются на разных участках трубопровода в зависимости от назначения устройства. Их устанавливают в местах стыка труб, а также при подсоединении различного оборудования к системе.
Использование сильфонных компенсаторов особенно важно в многоэтажных зданиях, где требуется уменьшение нагрузок на горизонтальные отводы между этажами.
Порядок установки
Сильфонные компенсаторы устанавливаются на трубопровод одновременно с монтажом труб. При этом необходимо четко следовать проекту и соблюдать габариты, не допускать применения нагрузок. Корпус устройства маркируется специальной стрелкой, указывающей направление перемещения рабочей среды в трубопроводе.
По типу подсоединения к коммуникационным системам различают компенсаторы фланцевые, муфтовые или приварные.
При монтаже сильфонного компенсатора на трубопровод следует соблюдать определенную последовательность:
Монтаж осуществляется в соответствии с руководством завода-производителя без прикладывания скручивающих и изгибающих нагрузок.
Компенсатор подбирается исходя из расчетов линейного расширения труб, их параметры должны соответствовать проектным расчетам. Между двумя неподвижными креплениями допускается устанавливать только один компенсатор.
Преимущество применения сильфонных компенсаторов: