Сильфонные компенсаторы

Характеристика и назначение сильфонного компенсатора

Сильфонный компенсатор – устройство с определенной величиной деформации. Спектр его применения обширен:

• компенсация температурных расширений элементов трубопроводов, отклонений от соосности после монтажа;
• нивелирует вибрацию от работающего оборудования;
• обеспечивает герметичность трубных соединений.

Его использование особенно важно в многоэтажных домах, для снижения нагрузок на горизонтальные отводы между этажами. Он представляет собой металлическую гофрированную оболочку. При перепаде температуры, давления и других параметров размеры трубы изменяются. Рабочая часть компенсатора (сильфон), растягиваясь или сжимаясь, компенсирует эти смещения.

Принцип действия конструкции

Жидкость, газы или другие вещества, транспортируемые трубопроводами, удерживаются в определенных температурных пределах, в то время как окружающая среда подобной стабильности не имеет. При пониженной температуре воздуха, металл сжимается, повышенной – наоборот, расширяется. Эти процессы способны вызвать разгерметизацию и разрушение трубных соединений и опор трубопроводов.

Ресурсные испытания осевых сильфонных компенсаторов

Сильфонный компенсатор, вследствие эластичности и упругости, способен предотвратить нежелательные последствия температурного расширения или сужения и обеспечить целостность конструкции.

Основной его элемент – сильфон – обладает многослойной гофрированной поверхностью, способной выдерживать значительные температурные и другие воздействия, обеспечивая при этом герметичность.

Обратите внимание

На компенсаторе могут быть установлены один или несколько сильфонов.

Расширение трубы может происходить в двух направлениях – по оси и радиально. При этом важно обеспечить правильное закрепление скользящих и неподвижных участков трубопровода.

Виды компенсаторов

Конструкция устройства может быть различной, в зависимости от назначения: нивелирование углового или продольного смещения, нарушений соосности, компенсация вибрации.

По характеру воспринимаемой нагрузки сильфонные компенсаторы классифицируются на несколько видов.

Осевой компенсатор (аксиального действия) – нивелирует увеличение или уменьшение осевого размера.

Угловой компенсатор (ангулярного действия) – позволяет компенсировать смещение патрубковых осей. Это изделие выполнено с изогнутой по дуге осью сильфона.

Сдвиговый компенсатор – предназначен для компенсации смещения в радиальном направлении, например, при подключении оборудования или несоосности труб.

Сильфонный компенсатор универсального действия – оборудованы внутренним экраном, устройствами сдвига и поворота. Этот узел включает один или два сильфона и соединительную арматуру. Обладает универсальным действием и способен компенсировать все перечисленные виды нагрузок.

В зависимости от исполнения, они классифицируются следующим образом:

• по величине рабочего давления, создаваемого потоками воды или другими средами в трубопроводе;
• по размеру условного диаметра;
• по характеру температурного режима;
• для перемещения какой среды предназначены: вода, газ, пар, нефтепродукты, агрессивные вещества.

Качество материала проверяется на заводе-изготовителе, с обязательным контролем его химических и механических свойств. Это обеспечивает большую надежность в эксплуатации, защиту конструктивов от возможных гидроударов, перепадов давления, температурного растяжения и сжатия, изгиба и других воздействий.

Куда именно ставят сильфонные компенсаторы?

Сильфонный компенсатор широко распространен в разных сферах:

• в отопительных системах жилых домов или производственных зданий, в системах водоснабжения;
• на газо- и нефтеперерабатывающих производствах;
• в объектах военно-промышленного комплекса;
• в химической, нефтяной и пищевой промышленности;
• в автомобилестроительном производстве;
• на заводах по производству криогенного оборудования.

Они могут быть установлены:

• в местах стыков труб, которые невозможно соединить в связи с присутствием отклонений в соосности;
• при подключении к трубопроводу различных устройств и потребителей.

Эти устройства обладают высокой надежностью эксплуатации, долговечностью, они легко монтируются и просты в обслуживании, характеризуются небольшими габаритами, разнообразие конструкций позволяет широко применять их в различных областях. В случае необходимости они могут быть изготовлены индивидуально, по заказу потребителя.

Порядок установки

Монтаж и сборка сильфонного компенсатора включает следующие требования:

• они устанавливаются одновременно с монтажом трубопровода;
• необходимо соблюдать габариты при монтаже, в соответствии с проектом;
• на корпусе устройства обозначается стрелка, указывающая направление передвижения среды трубопровода;
• при монтаже и сборке не допускаются всяческие нагрузки.

Соединения к трубопроводу могут выполняться посредством соединительных фланцев, муфт, электро- или газосварки.

Последовательность действий при монтаже следующая:

Осевые сильфонные компенсаторы

необходимо убедиться в отсутствии дефектов производителя или вследствие транспортировки;

в случае необходимости (при большой массе) изделие крепится за патрубки, очищается заводская консервирующая смазка;

следует убедиться в необходимости предварительного растяжения, если это предусмотрено изготовителем (указано в паспортной документации); выполняется, если это требуется с обеспечением установочной длины;

концы трубопровода фиксируются на необходимом расстоянии, в зависимости от габаритов компенсатора;

проверяется совпадение осей труб;

выполняется стыковка компенсатора с трубами;

производится соединение одного, а затем другого конца трубы с компенсатором, в зависимости от способа стыковки;

фиксируют кожух компенсатора;

при монтаже не допускаются изгибающие и скручивающие нагрузки на изделие.

Обязательно в процессе монтажа руководствоваться требованиями завода-изготовителя.

Сильфонный компенсатор обязательно должен устанавливаться при монтаже трубопровода для обеспечения его безопасной эксплуатации.

Выводы

Изначально компенсирование теплового расширения или сужения трубопроводов осуществлялось применением П- или Z-образной конструкции трубопроводов. Эти преднамеренные изменения позволяли частично устранить последствия влияния тепловых смещений. Но подобный способ требовал существенных затрат при строительстве, конструкции были громоздкими и недостаточно надежными.

Сильфонные компенсаторы для тепловых сетей

Немец Генрих Витценманн, владелец ювелирного завода, однажды задумался над способом предотвращения разрушения обычного резинового шланга, из которого поливали дорогу. В результате был изобретен металлорукав, который, после некоторой доработки, используется и поныне. Именно это изделие явилось основой первого компенсатора, запатентованного в 1885 г.

Это изобретение позволило указанному предпринимателю со временем полностью отказаться от ювелирного бизнеса и заняться производством металлических рукавов. Его фирма существует и в настоящее время.

Видео по теме: Сильфонный компенсатор

Сильфонные компенсаторы для труб и трубопроводов

Вопрос обеспечения безопасности при транспортировке различных сред является очень важным. Именно поэтому речь пойдет о применении сильфонных компенсаторов как об одном из способов обеспечения надежности и долговечной работы систем коммуникаций.

При транспортировке жидкостей или газов участки трубопровода подвергаются постоянному воздействию внешних отрицательных факторов, к которым относят расширение и сжатие при перепаде температуры, механические волны, изменение параметров перекачиваемого вещества и напряжение по причине оседания фундамента. С целью снижения вероятности возникновения деформации и увеличения продолжительности периода работы коммуникаций применяются компенсаторы сильфонного типа, уменьшающие различные типы нагрузки.

Материалом для изготовления сильфонных компенсаторов является нержавеющая сталь, способная оставаться работоспособной в высоком диапазоне температур и давлений. Этим объясняется высокая надежность компенсирующих устройств данного типа в вопросе защиты коммуникаций от негативных последствий гидроудара, растяжений, изломов и остальных деформаций.

Сальниковые компенсаторы относятся к скользящим устройствам осевого действия, которые компенсируют возмущения при помощи телескопической трубы или сжатием вставок-пружин.

Компенсирующие устройства применяются:

• в местах соединения участков трубопровода, не обладающих сносностью прижаться друг к другу;
• в местах подключения различных механизмов к трубопроводу.

Устройства и типы

В конструкции компенсирующего устройства выделяют сильфон и арматуру. Сильфон это труба с тонкими стенками, изготавливаемая из нержавеющей стали или композитов в виде гофры. Число и толщина гофр, влияющие на прочностные характеристики, определяются на основе перекачиваемой среды и параметров работы.

Перемещение трубы может быть угловым, линейным или сдвиговым. Кожух примыкает к соединительным элементам в виде специальных трубок с целью защиты конструкции.

Арматура отличается по конструкции, выбор конкретной находится в зависимости от вида объекта и выполняемых функций. По виду соединительной арматуры компенсирующие устройства сильфонного типа различают на соединяемые фланцем и сваркой. Шарниры и другие подвижные конструкции являются составляющими элементами арматуры.

Важно

В большинстве случаев арматура изготавливается из латуни, бронзы или нержавеющей стали Компенсаторы сильфонного типа дают возможность создавать соединения, которые не смогут пропустить ни жидкость, ни газ даже в условии постоянных нагрузок.

При перепаде температуры и давления устройство подвергается некоторому сужению или расширению. Отказ от применения компенсаторов значительно снижает срок службы коммуникации.

Главными параметрами компенсаторов считают их габариты, форму и значение максимального давления.

По виду деформации компенсирующие устройства различают на:

• с внутренним экраном или защитным кожухом
• по марке нержавеющей стали, используемой для изготовления сильфона;
• по марке нержавеющей стали, используемой для изготовления кардана, шарнира, стяжной шпильки;
• с фланцевым, резьбовым и сварным соединением к трубе;

По исполнению эти устройства различают на:

• по условному диаметру;
• по рабочему давлению;
• по температурному режиму;
• по перемещаемой среде: водные, газовые, паровые, для нефтепродуктов, для агрессивных веществ.

Где применяются компенсаторы. Их преимущества

Компенсирующие устройства сильфонного типа широко применяют в различных областях. К ним можно отнести:

• системы отопления домов и промышленных площадей;
• предприятия нефтяной и газовой промышленности;
• объекты ВПК
• химическое, энергетическое и пищевое производства;
• объекты автомобильной отрасли;
• заводы по выпуску криогенной техники.

К преимуществам этих устройств относят:

• высокую надежность;
• долговечность;
• легкость обслуживания и монтажа;
• небольшие размеры;
• различные конфигурации
• возможность изготовления по персональному заказу.

Обозначение компенсаторов сильфонного типа

Рассмотрим это на примере следующего сильфонного компенсатора, имеющего обозначение:1КСОFр.K3 150-15-100-10-10.

Первая цифра 1 говорит о числе секций устройства. КСО обозначает тип компенсатор, в данном случае: осевой компенсатор сильфонного типа. Fp говорит о соединении фланец плюс патрубок. Та же буква, но без знака в нижнем регистре обозначает соединение только фланцем.

Буква К означает присутствие в конструкции защитного кожуха, а буква З — внутреннего экрана. Цифра 150 помогает установить условный диаметр устройства, а 15 понять условное рабочее давление. Далее идет ряд из трех цифр, обозначающий компенсирующую способность. Первая цифра показывает осевую, вторая сдвиговую, третья угловую.

Таким образом, устройство обладает такими компенсирующими характеристиками: 110, 12, 12 миллиметров соответственно.

Цена на компенсаторы сильфонного типа составляет от 150 до 600 рублей, что делает их привлекательными для покупателя. Компенсаторы других типов стоит значительно дороже.

Требования по монтажу и сборки

Эти требования включают в себя следующее:

• компенсаторы сильфонного типа следует монтировать в сборе одновременной со сборкой всего трубопровода;
• монтажные габариты следует соблюдать согласно параметрам в чертежах;
• на корпус устройства наносится стрелка, направление которой должно указывать на направление перемещения перекачиваемой среды.
• необходимо исключить любые нагрузки при сборке.

Соединение компенсирующего устройства может осуществляться с помощью фланцев соединительных, муфты или с применением сварки.

Итак, в этой статье были рассмотрены всё, что необходимо знать о сильфонных компенсаторах. Главным выводом из всего вышесказанного является следующее: компенсирующие устройства необходимо использовать в обязательном порядке при сооружении трубопроводов с целью обеспечения надежности и более длительного периода эксплуатации.

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:

• энергетическая отрасль;
• металлургическая сфера;
• нефтеперерабатывающие производства;
• а также коммунальное хозяйство.

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:

• защита трубопровода от механических повреждений, которые могут привести к деформации труб и их разрушению;
• компенсирование недочётов, которые могли быть во время прокладки коммуникации. Как правило, вследствие таких монтажных ошибок, отдельные участки трубопровода располагаются не на одной линии с другими участками коммуникации;

• гашение вибраций, которые возникают в коммуникации при передвижении по ней рабочей среды. А также стоит отметить, что вибрации в системе образуются не только от передвижения среды по трубам, но и от работы различного оборудования;
• обеспечение нужного показателя герметичности в транспортных трубопроводных конструкциях.

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:

• устойчивость к губительным коррозийным воздействиям;
• резистентность к агрессивным химическим веществам;
• сопротивляемость к температурным перепадам;
• экологичность;
• эстетичность (не требует дополнительной обработки краской);
• долговечность.

Сам процесс производства сильфонной гофротрубы выполняется в два основных этапа:

Стальные тонкостенные листы при помощи сварочного оборудования соединяются продольно в результате чего получается цилиндр.

На полученном цилиндре формируется ребристая поверхность. Таким образом, выполняется гофрирование.

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.

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.

Совет

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:

• компенсатор сильфонный осевой под приварку (КСО);
• компенсатор сильфонный фланцевый (КСФ);
• угловой;
• карданный.
• сдвиговый.
• стартовый.

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:

• в первую очередь неудачный монтаж может быть связан с несоблюдением инструкции по его установке;
• применение сильфонного осевого компенсатора под приварку в условиях, когда две трубы находятся в состоянии несоосности по отношению друг к другу;
• попадание инородных элементов в межгофровое пространство;
• направляющие опоры, выполненные из низкокачественного материала, которые способствуют просадке почвы, в результате чего между трубами возникают осевые сдвиги;
• использование КСО в коммуникации, транспортирующей среду с повышенным содержанием хлоридов. Это приводит к коррозии сильфонной оболочки.

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.

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:

• односекционный;
• двухсекционный.

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:

• гидроизоляция полиэтиленом;
• гидроизоляция оцинкованной сталью.

Рассмотрим основные преимущества использования СКУ:

• такое приспособление не требует профилактических осмотров;
• такие изделия, как правило, имеют такой же эксплуатационный срок, как и у коммуникации в ППУ теплоизоляции;
• СКУ разрешается устанавливать практически в любой точке коммуникации, однако, стоит отметить, что при выборе расположения такого устройства желательно предусмотреть возможность сдвига защитного футляра на всю его длину.

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.

Осевой сильфонный компенсатор

Осевой сильфонный компенсатор – разновидность трубопроводной арматуры компенсирующего типа с гибким элементом (сильфоном).

Характеристики

Другое название: аксиальный компенсатор.

Базовым элементом конструкции осевого компенсатора является сильфон – гофрированная металлоболочка, способная расширяться и сжиматься под различными углами в пределах одной плоскости на заданную длину под воздействием смены температурного режима или давления.

Используется для компенсации температурных расширений по одной оси.

Металлическая оболочка обладает высокой силой упругости, прочностью, надежностью и долговечностью. Рассчитан на срок эксплуатации до 11 лет. Обеспечивает герметичность соединения. Является гибким соединительным звеном в местах стыка двух жестких участков труб. Служит для гибкого соединения двух неподвижных участков труб.

При нагревании происходит тепловое расширение материла трубы, за счет чего прямой участок трубопровода между двух статичных опор получает дополнительное удлинение. Металлогофра сильфонного компенсатора принимает на себя этот тип деформации и стабилизирует конструкцию в целом, предотвращая деформацию жестких труб, вызванную тепловыми расширениями.

Маркировка: КСО.

Обратите внимание

Различается по диаметру, величине рабочего давления, силе компенсирующей способности.

Стандартная величина Ду: от 50 до 400.

Стандартное рабочее давление: от 16 кг/см.кв. до 25кг/см.кв.

Тип рабочей жидкости: нейтральная жидкость, вода, пар.

Максимально допустимая температура рабочей среды: не выше+200С.

Тип крепления к трубе: сварка, фланцевое соединение.

Тип исходного материла для сильфона: коррозионно-стойкие стали, нержавеющая сталь.

Тип исходного материла для патрубка: низкоуглеродистая сталь.

Различается по форме на односекционные КСО (с одним сильфоном) и двухсекционные КСО (с двумя последовательно установленными сильфонами). Двухсекционный сильфонный компенсатор обладает увеличенной компенсирующей способностью и  устанавливается на участках трубопровода с высокими нагрузками.

Применение

Осевой сильфонный компенсатор используется для компенсации осевых нагрузок трубопроводов общего и специального назначения (теплотрассы, системы подачи воды и водоотведения, канализация);  для защиты труб от статических и динамических нагрузок; для компенсации температурных удлинений на прямом участке водопровода.

 Широко применяются в системах отопления высотных зданий, на предприятиях энергокомплекса, нефтегазодобывающих и нефтеперерабатывающих заводах, в автомобилестроении и машиностроении, в военно-оборонной и атомной промышленности.

Сильфонные компенсаторы

      Сильфонный компенсатор представляет одну из разновидностей устройств, препятствующих возникновению повышенного механического напряжения элементов трубопроводов вследствие температурных изменений их линейных размеров, вибраций и гидроударов.

Компенсатор является неотъемлемой частью трубопроводных систем, транспортирующих среду с повышенной температурой и давлением. Выбор мест установки компенсаторов и их типов производится на стадии проектирования сети, по результатам расчета режимов ее работы.

     В основе конструкции находится сильфон – тонкостенная гофрированная оболочка, способная выдерживать многократные осевые и угловые деформации.

Фото 1. Сильфоны

Интересный факт. Возникновению термина «Сильфон» мы обязаны Уэстону Фултону, метеорологу университета Теннесси.

В 1902 году, сконструировав термодинамический прибор, он использовал в нем известную ныне конструкцию, назвав ее «Sylphon», в честь древнескандинавской богини погоды.

После этого возникло множество патентов на изобретения, использующие сильфон в самых разных областях техники.

Принцип действия

     Работа трубопроводов систем теплоснабжения сопряжена с температурными колебаниями, обусловленными внешними погодными условиями и изменением режима тепловой сети. В результате колебания температуры, стальные трубы изменяют линейные размеры в осевом направлении (в длину) и в поперечном (в ширину).

     Вследствие того, что трубопровод является жесткой сварной конструкцией, тепловое расширение и сжатие отдельных его участков вызывает возникновение значительных механических усилий по всей его длине. В зависимости от пространственной конфигурации сети, в отдельных местах труба может испытывать нагрузку на сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг или кручение.

     Кроме температурного фактора воздействия, трубопроводы испытывают вибрационные нагрузки, вызываемые работой турбинного, насосного и другого оборудования, имеющего вращающиеся элементы.

Важно

При отсутствии компенсирования этих явлений, деформация отдельных участков может переходить из упругой области в пластичную зону.

В результате этого, в наиболее нагруженных участках накапливаются усталостные изменения структуры металла, что приводит к быстрому его разрушению и разгерметизации трубопровода.

     Сильфонный компенсатор, врезанный в трубопровод, способен испытывать значительные упругие деформации благодаря гофрированной конструкции.

Усилия, вызывающие расширение и сжатие сильфона, значительно меньше, чем у основной трубы, по этой причине, наибольшие линейные перемещения происходят именно в компенсаторе.

Трубы системы, установленные на скользящие опоры, свободно перемещаются по ним в осевом направлении, деформируя компенсатор. Это защищает трубопровод от опасных перегрузок.

      На рисунке 1 продемонстрированы различные виды деформации сильфонного элемента компенсатора, имеющие место при воздействии усилий, возникающих в трубных системах.

Рисунок 1. Варианты деформирования сильфона в результате приложения усилий разного вида

а – Исходное состояние элемента в ненагруженном положении,

б – Уменьшение длины элемента в результате приложения внешнего сжимающего усилия,

в – Удлинение сильфона вследствие усилия, направленного на растяжение,

г – Поворот оси сильфона на некоторый угол, вызванный нагрузкой на изгиб,

д – Сдвиговая деформация, вызванная параллельным смещением осей стыкуемых труб.

Технические параметры

      К основным техническим характеристикам данного вида компенсаторов относятся:

• Рабочий ход, то есть рабочая величина осевой или угловой упругой деформации.

• Внутренний диаметр или условный проход.

• Максимальное рабочее давление.

• Допустимая температура эксплуатации.

• Среда, для работы с которой предназначено устройство.

• Скорость перемещения среды в трубной системе.

• Способ соединения с трубопроводом (фланцевый или под приварку).

Основные преимущества

     Широкое применение этих устройств обусловлено целым рядом их преимуществ:

• Небольшие габаритные размеры, позволяющие монтировать их на любых участках трубопроводов, независимо от варианта прокладки.

• Простое обслуживание, отсутствие необходимости оборудовать специальные камеры.

• Продолжительный срок службы, равный периоду эксплуатации трубопровода.

Область применения

     Сильфонные компенсаторы используются в таких областях, как энергетика, металлургия, нефтепереработка, коммунальное хозяйство. Их применение преследует следующие цели:

• Компенсирование температурных расширений элементов трубопроводов.

• Предотвращение механического разрушения труб вследствие деформации.

• Компенсирование ошибок, допущенных в процессе монтажа и приведших к несоосности трубных систем.

• Нейтрализация вибрационных нагрузок, источником которых служит работающее оборудование и поток транспортируемого энергоносителя.

• Обеспечение герметичности транспортных трубопроводов.

• Выполнение соединений труб различного типа и диаметра

Технология изготовления

     Самой ответственной частью конструкции компенсатора является сильфон. Материалом для его изготовления служит нержавеющая сталь, придающая изделию высокую коррозионную и температурную стойкость.

Сначала тонкие листы стали свариваются продольно, затем на полученном цилиндре формируются гофры. Для обеспечения максимальной гибкости, стенки сильфона делают многослойными.

Совет

Такая конструкция увеличивает сопротивление давлению, сохраняя при этом легкость деформирования.

     Остальные элементы конструкции компенсатора, присоединительная и ограничительная арматура, выполняются из углеродистых сталей.

Разновидности

     В зависимости от вида нагрузки, возникающей в месте установки компенсатора, выбирается его вид, рассчитанный на определенный характер деформации упругого элемента. Различают сильфонные компенсаторы следующих видов:

• Осевой.

• Угловой.

• Карданный.

• Разгруженный сдвиговый.

• Стартовый.

      Осевой компенсатор (КСО) устанавливается на прямолинейные участки трубопроводов между двумя неподвижными опорами, промежуточными или концевыми. Он предназначен для компенсирования деформации в осевом направлении.

Фото 2. Осевой компенсатор сильфонного типа (КСО)

     Осевой компенсатор обладает высокой надежностью. Все виды отказов данного устройства связаны с неправильным его применением или ошибками, допущенными при монтаже:

• Нарушение инструкции при размещении компенсатора.

• Использование компенсатора в условиях появления несоосности, и как следствие, возникновение повышенных поперечных нагрузок.

• Попадание посторонних предметов или грунта в пространство между гофрами.

• Низкое качество направляющих опор трубопровода, вызывающее просадку и возникновение осевых сдвигов.

• Коррозия сильфонных оболочек, вызванная повышенным содержанием хлоридов в перекачиваемой среде.

     Угловой компенсатор используются для осуществления поворотных перемещений осей трубопроводов. Как правило, он устанавливается в местах изгиба трубопровода или соединения разных трубопроводов под углом. Благодаря характеру деформации компенсатора, его также называют поворотным.

Фото 3. Угловой сильфонный компенсатор (СКУ)

Данный вид компенсаторов оборудуется шарниром (фото 3), позволяющим совершать перемещения только в одной плоскости. Такой шарнир служит защитой сильфона от скручивания. Конструкция углового компенсатора не позволяет ему совершать осевые перемещения.

     Карданный компенсатор совершает угловые перемещения в любой плоскости.

Фото 4. Компенсатор карданный

В его конструкцию входят два шарнира в перпендикулярных плоскостях. Этот компенсатор также способен деформироваться в осевом направлении, что обуславливает его широкое применение.

     Сдвиговый компенсатор устанавливается в тех местах трубопроводов, где возможно возникновение усилий, направленных на взаимный сдвиг осей отдельных участков трассы.

Одно из типовых применений этого вида компенсаторов – в местах ввода трубопроводов в здания. Эта мера позволяет избежать повреждения труб в результате неизбежной осадки строительных конструкций.

С помощью данного компенсатора также возможно соединение участков сети, построенных с взаимным отклонением осей, то есть, компенсирование ошибок монтажа труб.

Фото 5. Сильфонные сдвиговые компенсаторы

     Чаще всего, устройства этого типа имеют два сильфонных элемента, разделенных промежуточной трубой, поэтому называются двухсекционными.

     Стартовый компенсатор по конструкции является осевым. Отличие заключается в том, что сильфон покрыт снаружи кожухом, состоящим из двух половин. При осевой деформации, части кожуха движутся друг относительно друга.

Фото 6. Стартовый компенсатор

     Монтаж стартового компенсатора в предизолированный ППУ трубопровод происходит следующим образом. Ненагруженный компенсатор врезается в трубу. Труба заполняется водой, имеющей температуру 50% от рабочей величины. При этом, температурное расширение труб вызывает осевое сжатие сильфона компенсатора.

Обратите внимание

Температуру воды поддерживают постоянной в течение суток. После этого, две половины кожуха деформированного компенсатора сваривают между собой. Затем соединяют проводники сигнальной системы изолированных труб, после чего корпус стартового компенсатора покрывается изоляцией.

Такая процедура проделывается на всех прямолинейных участках между опорами.

     При применении стартового компенсатора теплотрасса эксплуатируется в состоянии предварительного напряжения. Такой способ монтажа имеет ряд недостатков:

• Монтаж может быть закончен только после начала отопительного сезона.

• При производстве ремонта трубопровода, стартовый компенсатор необходимо менять.

Заключение

     Использование компенсаторов является основным решением в мировой практике проектирования различных трубных систем. Сильфонные компенсаторы занимают одно из ведущих мест в ряду устройств аналогичного назначения. Их применение относится к наиболее эффективным методам борьбы с последствиями деформации в трубопроводных системах.

Сильфонные компенсаторы, классификация по видам, технические параметры, применение

Сильфонный компенсатор – это устройство, предназначенное для компенсации возникающих в процессе эксплуатации трубопроводов деформаций, которая возможна за счет гибкого элемента (сильфона). Деформации неизбежно возникают из-за температурных изменений внутренней и внешней среды трубопровода, из-за внешних факторов, погодных явлений, монтажных работ.

Сильфонные компенсаторы применяются с целью уменьшить пагубное влияние на трубопровод разрушительных сил. Установка такого устройства на трубопроводе значительно продлевает его срок службы.

Классификация компенсаторов

Существует три типа деформации трубопровода, с которой борется наш сильфон:

Соответственно одна из градаций сильфонных компенсаторов проводится по принципу работы с каким-то видом деформации трубопровода.

Осевые сильфонные компенсаторы, предназначены для компенсации температурных расширений трубопровода возникающем при движении теплоносителя по нему, за счет движения сильфона в осевом направлении.

Применяют осевые компенсаторы в трубопроводных системах большой длины и малой длины, во всех сферах промышленности. Можно с уверенностью сказать, что это самые популярные и часто используемые компенсаторы.

Они просты, надежны в работе и не нуждаются в обслуживании.

Угловые сильфонные компенсаторы за счет изгиба оси сильфона по дуге, смещают оси патрубков под углом в одной плоскости. Данные компенсаторы устанавливаются на трубопроводах, которые имеют колена в разных плоскостях. Угловые компенсаторы позваляют стабилизировать работу всей системы, устраняя опасные деформации.

Сдвиговые сильфонные компенсаторы используют деформацию сильфона, за счет которой появляется  возможность смещать патрубки в различных плоскостях при параллельности их осей.

Сдвиговые компенсаторы используются на длинных участках трубопроводов, где небольшая несоосность трубы появляется в следствие наличия большого количества элементов, а так же невозможности проведения идеального монтажа.

Существуют так же сильфонные компенсаторы предназначенные для комбинированных видов деформации: сдвигово-осевые, поворотно-осевые, универсальные.

Встречаются и другие виды сильфонных компенсаторов, например, стартовые.

Важно

Стартовые сильфонные компенсаторы, предназначены для ввода в эксплуатацию нового трубопровода. Для компенсации температурных деформаций при заполнении теплоносителем труб в процессе ввода трубопроводной сети в эксплуатацию. Стартовые компенсаторы срабатывают всего один раз, после чего становятся элементом трубы.

Основным элементом стартового компенсатора является сильфон, установленный внутри двух защитных кожухов. При поступлении горячего теплоносителя в трубу, сильфон сжимается, компенсируя деформацию системы.

Полностью сработав, сильфонный компенсатор исключается из сети, для чего его кожухи свариваются между собой. По своему виду стартовый сильфонный компенсатор напоминает обычный осевой, самый простой КСО.

Однако в осевом компенсаторе заложен куда больший запас хода.

Встречаются и другие виды сильфонных устройств:

• Разгруженные сильфонные компенсаторы предназначены для компенсационной работы на отводе труб без передачи сил реакции от повышенного или пониженного давления на прилегающие фиксированные опоры.
• Неразгруженные сильфонные компенсаторы, соответственно, дают нагрузку на опоры.

Устройство

Сильфонный компенсатор состоит из нескольких частей:

• Из одного или нескольких сильфонов – тонкостенных гофрированных оболочек из антикоррозионной нержавеющей стали. Разное количество сильфонов позволяет увеличивать компенсирующую способность устройства.
• Патрубков или фланцев (бывают жесткие или свободные) из малоуглеродистой или нержавеющей стали, служащих для присоединения компенсатора к трубопроводу. Чаще всего используются патрубки, которые позволяют банально приварить устройство к трубопроводу. Фланцы применяются когда нет возможности использовать сварку из-за опасного теплоносителя, либо когда технически не провести сварочные работы, когда компенсатор находится в труднодоступном месте.
• Внутреннего экрана, применяемого для направления движения среды и защиты сильфона от теплоносителя.
• Защитного кожуха, закрепленного на стойках винтами, основная задача которого защищать сильфон от внешних негативных факторов.
• Конструкции тепловой изоляции из пенополиуретана или минеральной ваты с защитной полиэтиленовой или оцинкованной оболочкой в зависимости от способа прокладки трубопровода, а так же системы оперативного дистанционного контроля (ОДК), которая позволит контролировать работу данного узла.

Технические характеристики

Для того чтобы понять какой тип конструкции необходим, инженеры проводят расчет компенсатора, в котором учитывают все требования предъявляемые к нему.

Эскиз сильфонного компенсационного устройства (СКУ) с тепловой изоляцией из пенополиуретана (ППУ)

Основными данными для расчета служат:

• Dn – условный диаметр (проход) компенсатора;
• Pn – давление в трубопроводе;
• характеристики рабочей среды – ее тип, ее агрегатное состояние, взрывоопасность, ее температура и скорость движения, примеси;
• характеристики окружающей среды – температура, сейсмичность;

• компенсирующая способность компенсатора – числовое значение, указываемое в миллиметрах или градусах, в зависимости от ее типа (осевая, сдвиговая, угловая);
• тип присоединения к трубопроводу – патрубки, фланцы, их материалы, ГОСТ;
• требования к конструкции – внутренний экран (гильза), защитный или транспортировочный кожух, предварительное растяжение/сжатие, заданная строительная длинна;
• ресурс – срок службы, количество циклов работы;
• дополнительные требования – северное исполнение, если устройству предстоит работать в условиях холода.

По эскизам разрабатывается техническая документация, которая выпускается к каждому устройству.

Применение

Отрасли в которых применяются сильфонные компенсаторы:

• добыча и транспортировка нефти и газа (нефтедобывающая и газодобывающая);
• отопление и водоснабжение жилых и производственных зданий;
• химическая, нефтехимическая и нефтеперерабатывающая промышленность
• энергетический комплекс;
• судостроение и авиастроение;
• автомобилестроение и моторостроение;
• строительство и эксплуатация тепловых сетей;
• военно-промышленный и авиакосмический комплекс;
• атомная промышленность;
• криогенная техника;
• жилищно-коммунальное хозяйство.

Используются сильфонные компенсаторы во многом благодаря своему преимуществу в герметичности и температуростойкости перед другими компенсаторами (сальниковыми, линзовыми, резиновыми, тканевыми). К тому же металлический сильфон работает надежнее и имеет большой запас хода.

Важным достоинством сильфонных компенсаторов является метод их установки, их возможно установить в любом месте трубопровода, независимо от способа его прокладки, и без необходимости строительства специальных камер.

В настоящее время большое количество заводов сосредоточено на изготовлении подобных устройств, поэтому на сильфонном рынке всегда достаточно предложений.

Краткая характеристика и правила установки сильфонных компенсаторов трубопроводов

В нефтяной промышленности, в канализационных трубопроводах и в системах подачи воды используют компенсаторы. Их функция – стабилизация, выравнивание осевых перемещений, защита от деформаций, возникших вследствие изменения температуры и вибрационных нагрузок. Узнайте, какие существуют разновидности этих устройств, и как монтируют сильфонные компенсаторы трубопроводов.

Компенсаторы для трубопроводов

Принцип действия устройства

Температура транспортируемой среды трубопровода поддерживается на заданном уровне, тогда как температура окружающей среды не является стабильной. При минусовых значениях воздуха металл сжимается и укорачивается, при плюсовых – расширяется и удлиняется.

Для трубных соединений такой процесс чреват разгерметизацией в местах соединений, при этом трубы изгибаются, а опоры разрушаются.

Компенсаторы, благодаря своей эластичной структуре, нейтрализуют негативное влияние деформации, помогают сохранить конструкцию трубопровода целостной.

Неподвижные опоры принимают нагрузку распорных усилий

Вследствие повышения температуры труба расширяется как в осевом, так и в поперечном направлении. Важно правильно закрепить скользящие и неподвижные участки трубопровода.

Виды компенсаторов трубопроводов

Компенсаторы нашли наибольшее применение в промышленности. Они бывают П-образными и гофрированными.

П-образный компенсатор обычно используется для больших магистральных трубопроводов

Гофрированные компенсаторы бывают:

• поворотные (уравновешивают деформацию поперечным сдвигом);
• угловые с пространственным или с плоским шарниром (компенсируют неточность размеров изгибом);
• полуразгруженные и осевые (нейтрализуют удлинение благодаря осевому сжатию).

Компенсаторная способность П-образного устройства составляет до 700 мм. Используется при наземной прокладке труб, имеет сварные и гнутые отводы. При его использовании необходимо сооружать дополнительные опоры.

Перед монтажом устройство проверяют на соответствие техническим условиям

Сальниковый компенсатор представляет собой трубу, помещенную в корпус. В зазоре находится металлическое кольцо с грундбуксой.

Бывает двухсторонним или односторонним, обладает хорошей компенсаторной способностью. Используют при давлении до 1,6 МПа и при температуре до 300°С.

Быстро изнашивается, поэтому не пользуется большой популярностью.

Двухсторонний сальниковый компенсатор принимает на себя нагрузку, удлиняясь или сжимаясь, в зависимости от температуры среды

Волнистый имеет гибкую, прочную оболочку-гофру малой толщины.

Отлично защищает от деформаций, имеет небольшие размеры. Изготавливается по принципу гидравлической вытяжки. Интервал рабочих температур – от -70°С до + 450°С, выдерживает давление 6,3 МПа.

Устройство позволяет использовать небольшое количество опор.

Сильфонный компенсатор используется в сфере транспортирования жидкости или пара. Является полой деталью с гофрированной металлической поверхностью. Сжимается, изгибается, растягивается. Герметичен. Может применяться в трубах с коррозионной рабочей средой.

Линзовый компенсирует температурные изменения длины в осевом векторе и в шарнирных схемах. Устанавливают для труб, транспортирующих неагрессивные или малоагрессивные жидкости. Рабочее давление 1,6 МПа, температура среды 300°С. Передают значительные усилия на опоры.

Сфера использования тканевых компенсаторов – газовая промышленность, рабочая температура до 250°С. Устройства состоят из нескольких слоев газоплотного материала, химически устойчивы.

Совет

Резиновые предназначены для использования в линиях, транспортирующих жидкие среды с максимальной температурой 200°С. Конструкцию устройства помещают в пожаробезопасную оболочку.

Для каждого типа жидкости существует свой эластомер: NBR – предназначен для нефти, EPDM – для воды, гипалон — для агрессивных веществ, кислот и щелочей. Иногда используется тефлон – специальное напыление, повышающее надежность соединения.

Резиновые устройства используются в водопроводных и канализационных сетях, в нефтяной и газовой промышленности.

Разгруженный компенсатор предназначен для выравнивания сдвиговых и осевых перемещений. Бывает осевым и резиновым. Устройство подходит для трубопроводов любых видов

Гибкие элементы крепежа, компенсаторы расширения, используют для труб большого диаметра. Выбор устройства зависит от температуры рабочей среды и характеристик трубы.

Сильфонные компенсаторы

Эти устройства герметичны, способны функционировать в жестких температурных условиях, выдерживают перепады давления, стойки к агрессивным средам. Состоят из защитной арматуры, соединительных элементов и из одного (или нескольких) сильфонов.

Сильфон – многослойная гофрированная поверхность. Может служить изолятором от вибраций для работающего оборудования. Сохраняет целостность при циклических поперечных, осевых, изгибающих нагрузках или их комбинациях.

Область применения сильфонных устройств: атомная, авиационная, военная промышленность; автомобиле- и судостроение; газовые, нефтяные магистрали; тепло- и водоснабжение.

Принцип работы на видео

Порядок установки

Монтаж сильфонных компенсаторов осуществляется на прямолинейных отрезках трубопровода. Устройства ограничиваются неподвижными опорами. Между двумя опорами устанавливается только один компенсатор, который приваривается к трубопроводу.

Расстояние между опорой и компенсатором не должно быть большим, чем длина 4 диаметров трубопровода. Устройства сильфонного типа можно применять в районах с температурой не ниже -40˚С. Допустимо содержание хлоридов в сетевой воде в количестве 200 мг/кг.

Направление потока среды указывается стрелкой на корпусе изделия.

Последовательность действий при монтаже будет такой:

Компенсатор осматривают перед монтажом на предмет выявления возможных повреждений при транспортировке.

Строповку осуществляют за патрубки. Заводской консервант смывают горячей водой или счищают.

В сопроводительных документах указывается факт предварительной растяжки (или ее отсутствие). При необходимости выполнить растяжку, ее выполняют на длину установочного расстояния.

Участки трубы, прилегающие к компенсатору, крепят в неподвижных опорах таким образом, чтобы монтажная длина компенсатора равнялась расстоянию между концами труб.

После проверяют соосность патрубков (отклонение не более 2 мм), параллельность трубы и патрубка (отклонение не более 3 мм).

Затем стыкуют подсоединяемое устройство с другим концом трубы. Транспортные ограничители убирают по окончании монтажных работ.

Кожух компенсатора сдвигают и приваривают один из патрубков к трубе.

Перед сварочной операцией сильфон накрывают полотном асбеста, чтобы брызги металла не повредили монтируемое устройство.

При установке нельзя допускать нагрузок на изгиб и скручивание относительно продольного направления детали. Запрещается использовать компенсатор при его провисании от веса трубопровода.

Температура воздуха (на момент закрепления) и расстояние между концами труб фиксируется документально (актом).

Сильфонные компенсаторы гасят вибрации, нивелируют несоосность труб при монтаже, герметизируют соединения, выполняют компенсацию теплового расширения трубопровода.