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.
620144, г.Екатеринбург, ул.Союзная, 2-142
