Главная / Полезно знать / Основные типы и конструкции сильфонных компенсаторов

Основные типы и конструкции сильфонных компенсаторов

Сильфонный компенсатор КСО

Особенности эксплуатации трубопроводов и аппаратов, в частно­сти температурные изменения их длины, требует применения сильфонных компенсаторов различных типов и конструкций.

Осевые сильфонные компенсаторы, поглощающие сравнительно небольшие температурные изменения, применяют на небольших участках трубопроводов, теплообменных аппаратах и другом оборудовании.

При необходимости поглощения значительных удлинений трубопро­водов используют компенсаторы шарнирного типа, устанавливаемые в различных шарнирных системах. В ряде случаев применяют специальные типы волнистых компенсаторов.

Гибкие элементы сильфонных компенсаторов

Основной деталью сильфонного компенсатора любого типа является гибкий элемент (гофра или, по другому, сильфон). Он представляет собой тонкостенную эластичную и высокопрочную гофрированную оболочку. Способность гибких элементов (сильфонов) сокращаться или увеличиваться в длине (перемещаться), в также изгибаться под действием нагрузки обеспечивает компенсирующую способность сильфонных компенсаторов.

В зависимости от направления нагрузки, приложенной к концам гибкого элемента, он может получать деформации различного характера. Сжатие и растяжение гибкого элемента вдоль продольной оси соответст­вует работе компенсатора осевого типа, компенсирующая способность которого равна изменению длины гибкого элемента. При работе компенсатора шарнирного типа гибкий элемент изгибается с образованием уг­ла между плоскостями его концов, связанных шарнирно.

Гибкие элементы без колец обычно применяются при сравнительно небольших давлениях среды. Кольца позволяют использовать гибкие элементы при повышенных давлениях среды. Волны V -образного про­филя без колец при сжатии, растяжении и изгибе гибкого элемента менее равномерно перемещаются одна по отношению к другой, чем вол­ны Ω - образного профиля, что объясняется величиной поднутрения (исходного прогиба) стенки волны. Увеличение радиуса поднутрения повышает эластичность гофр и равномерность их работы. Кольца на впадинах волн улучшают работу гибких элементов.

Гибкие элементы с ограничительными кольцами выдерживают высокие внутренние давления среды без общей потери устойчивости (продольного изгиба). Кроме того, кольца контролируют изгиб волны при перемещении, снижая кон­центрацию напряжений в ее стенке. Снижение концентраций напряжений и отсутствие продольного изгиба у гибких элементов с ограничительными кольцами повышают надежность и долговечность работы компенсаторов. Волна Ω -образного профиля имеет кольца меньшего веса, чем волна V -образного профиля. Наблюдается тенденция к дальнейшему снижению веса колец за счет изготовления их из полых заготовок или использования вальцованных полос для штамповки колец подковообраз­ного профиля. Обычно кольца у гофр V -образного профиля бывают разъемными (скрепляются болтами). Однако иногда при­меняются и монолитные кольца. В случав неразъемной конструкции коль­ца одеваются на заготовку гибкого элемента до её гофрирования. Кон­струкция ограничительных колец гибких элементов, имеющих Ω - образ­ный профиль, неразъемная.

Гибкие элементы могут изготовляться одно-, двух- и многослой­ными. Увеличение числа слоев при сохранении их суммарной толщины повышает гибкость и уменьшает напряжения от перемещения, в резуль­тате чего повышается долговечность работы гибких элементов.

Гибкие элементы обычно изготовляются из легированных сталей. Западногерманская фирма JWK, получающая гибкие элементы компен­саторов путем обкатки в роликах сварных цилиндрических обечаек в горячем состоянии, использует при этом легированные жаропрочные стали. Это позволяет применять при относительно высокой температуре и давлении среды гибкие элементы с более тонкими стенками, чем при изготовлении их из углеродистой стали. Тонкие стенки волн сильфона в свою очередь увеличивают компенсирующую способность и эластичность при меньшем напряжении. Для получения из стали гибких элементов с необходимыми механическими свойствами их изготовляют на машине с автоматическим регулированием температуры в период гофрирования за­готовки.

Гибкие элементы сильфонных компенсаторов, предназначенные для эксплуатация в неагрессив­ных средах с температурой до 450°С, фирма изготовляет из хромомолибденовой стали Atrix – IOE, имеющей после термообработки улучшением (нормализация и отпуск) предел текучести 45 кГ/см2 и предел прочностя 85-95 кГ/см. При температурах выше 400°С длительная прочность у этой стала пада­ет. Поэтому для неагрессивных сред и температур 450-500°С применяют хромомолибденованадиевую или хромоникелевую сталь с содержанием 17-19% Cr и 8-9% Ni. Для температур до 700°С  применяется только хромоникилевая сталь, для агрессивных сред - стабилизированная хромоникелевая сталь с титаном.

Фирма Nissho company Ltd (Япония) при изготовлении гибких эле­ментов сильфонных компенсаторов применяет гидравлическую формовку сварных цилиндрических обечаек на специальных прессах. Заготовки гофрируются после термической обработки (аустенизации). Считается, что этот способ обеспечивает наибольшую надежность гибких элемен­тов, так как в процессе деформации под внутренним давлением рабо­чей жидкости, превышающим условное давление Ру компенсатора осевого, за­готовки растягиваются по диаметру на 30-50% (в зависимости от раз­меров компенсаторов). Незначительный дефект в сварном шве или околошовной зоне вызывает разрыв заготовок во время их гофрирования, поэтому необходим постоянный контроль качества металла заготовок и сварных швов.

На основании опытов установлено, что срок службы компенсато­ров с сильфонами, изготовленными гидравлическим способом, в 5-10 раз больше срока службы линзовых компенсаторов с кольцевыми сварными швами.

Для очистки от окалины гофрированные сильфоны после термообработки подвергают травлению в кислотной ванне, после чего поверхность элемента становится блестящей и повышается его корро­зионная стойкость.

Для изготовления гибких элементов компенсаторов в зависимости от условий их эксплуатации применяют различные материалы.

Если компенсаторы сильфонные ксо предназначены для работы в средах с температурой до 500°С, способных вызвать межристаллитную коррозию, для изготовления гибких элементов принята сталь XI3HI0T.

После приварки гибкого элемента к патрубкам из той же марки стали компенсаторы сильфонные проходят термическую обработку в электропечи при температуре 850-870°С с выдержкой в течение 3 час. (стабилиза­ция). Сильфон с патрубками подвергают травлению с дальней­шей промывкой в горячей воде и просушкой.

Основная операция при изготовлении гибкого элемента компенса­тора - это гофрирование полой цилиндрической заготовки, выполняе­мое различными способами с применением разнообразного оборудования.

В отечественной и зарубежной практике наиболее распространен способ гидравлической формовки гибких элементов. При этом гибкие элементы изготавливаются под давлением жидкости. За одну операцию формуется несколько гофр (групповой метод). Гидроформовка производится на специальном или стандартном гидравлическом прессе в зависимости от размеров сильфонных компенсаторов, их серийности и числа волн, что позволяет получить любой профиль гофры, достаточную точность разме­ров гибкого элемента и более чистую поверхность деталей.

Гибкий элемент компенсатора изготовляется из нержавеющей хромоникелевой стали. При этом предварительно свальцованная обечайка сваривается по стыку продольным швом в среде аргона, термически обрабатывается и гофрируется на прессе.

Применение сталей марок 0Х18Н10 и X18H10T для изготовления гибких элементов значительно повышает их коррозионную стойкость, а высокая пластичность и склонность к упрочнению от деформации позволяют вытягивать гофры значительной высоты за одну операцию гидроформовки. Относительное удлинение этих сталей обычно превышает 50%.

Автоматическая аргонодуговая сварка продольного шва обечайки с использованием неплавящегося (вольфрамового) электрода и приса­дочной проволоки из той же марки стали, что и обечайка, производит­ся на сварочном стенде, где свариваемый стык плотно прижимается к медной подкладке внутри обечайки. При этом образуется гладкий и ров­ный по ширине шов с допустимым превышением толщины над поверхностью основного металла в пределах 0,4 мм (применение импульсной сварки снижает эту величину).

Пластические свойства, а также структуру сварного шва и основ­ного металла улучшают аустенизацией при термической обработке заго­товки в электропечи с выдержкой в течение 8-12 мин. при температуре 1070-1120°С и последующем охлаждении в воде.

Для предупреждения сплющивания тонкостенной заготовки при высо­кой температуре рекомендуется применять специальные электропечи вер­тикального типа. В этом случае заготовка подается в камеру на под­веске и опускается вместе с подвеской в водяную ванну, которая на­ходится под печью. В случае нагрева в обычной камерной электропечи заготовка после охлаждения в воде вальцуется для восстановления ци­линдрической формы.

Применение наиболее современного метода сварки в сочетании с аустенизацией при чрезвычайно низком содержании феррита в структуре металла повышает пластичность и прочность сварного шва. В последнее время применяется прокатка или проковка сварного шва перед терми­ческой обработкой для уменьшения превышения его толщины над основ­ным металлом до 0,1 мм, что снижает неравномерность утонения стен­ки заготовки в околошовной зоне при гидроформовке гибких элементов, а также напряжение в сварном шве при работе сильфонного компенсатора.

Технологический режим гидроформовки и конструкция инструмента определяют качество гибкого элемента и оказывают влияние на долго­вечность его работы. Гидравлическая формовка гофров в полой цилин­дрической заготовке производится при осадке ее по высоте (одновре­менная гидровытяжка и деформирование заготовки жестким инструмен­том), Это дает возможность получить меньшие утонения стенки заго­товки и снизить давление рабочей жидкости. У компенсаторов малого диаметра (150-200 мм) утонение стенки в вершине гофры не превы­шает 16-20%, а у компенсаторов с условным диаметром 800-400 мм оно составляет 10-12%.

Для серийного производства волнистых компенсаторов необходимо высокопроизводительное и удобное в использовании оборудование, по­этому гибкие элементы со значительным диапазоном диаметров и числом воли гофрируют на специальных горизонтальных гидравлических прес­сах.

* — Поля, обязательные для заполнения
* — Поля, обязательные для заполнения
* — Поля, обязательные для заполнения