Подробная информация о сильфонных компенсаторах

Осевые неразгруженные сильфонные компенсаторы имеют небольшое ко­личество деталей, малую массу и габариты и в простейшем исполнении состоят из сильфона 10 и двух патрубков 1 и 8 (рис. 1, а). В большинстве конструкций для снижения гид­родинамического сопротивления в полости сильфона устанав­ливают защитную обечайку 9, которую одним концом привари­вают к патрубку, расположенному на входе потока транспор­тируемой среды. Второй ее конец входит в противоположный патрубок с зазором, не менее 1,5 мм nai сторону, при этом об­разует нахлест больше величины максимальной монтажной растяжки на 10... 20 мм.

При конструировании по величине нахлеста защитной обечайки выбирают длину патрубка 8. Peкомендуется принимать ее не менее двух длин нахлеста, в про­тивном случае свободный конец обечайки при полном сжатии компенсатора будет упираться в корень стыкового сварного со­единения с трубопроводом и ограничивать компенсирующую способность.

Защитная обечайка не только снижает гидродинамическое сопротивление. Она уменьшает охлаждение транспортируемого продукта при отсутствии изоляции на сильфоне, предотвращает осаждение твердых веществ в гофры и увеличивает устойчи­вость сильфона от выпучивания.

На некоторых конструкциях устанавливают кожух 6 и на­тяжное устройство, состоящее из тяги 3, фланцев 2 и 7 и гаек 5. Натяжное устройство необходимо для выполнения монтаж­ной растяжки и ограничения растяжения или сжатия сильфона. Кожух защищает сильфон от повреждений и предназначен для крепления тепловой изоляции.

Рис. 1. Сильфонные осевые неразгруженные компенсаторы: а - с одним сильфоном, б - с несколькими сильфонами

Осевые компенсаторы с однослойным сильфоном толщиной не менее 2 мм, предназначенные для горизонтальных и наклон­ных трубопроводов, изготовляются со штуцерами 4, которые ввариваются в вершины гофров и служат для дренирования или удаления воздушных пробок.

Компенсаторы с одним сильфоном имеют небольшую ком­пенсирующую способность. Чтобы увеличить компенсирующую способность устанавливают несколько сильфонов, при этом их соединяют патрубками 1 и 2 между собой (рис. 1,б). Известны компенсаторы с двумя и тремя сильфонами с компенсирующей способностью до +-150мм. В табл. 1 и 2 приведена техническая характеристика современных конструкций компенсаторов, изготовляемых отечественными заводами.

Осевые разгруженные компенсаторы. В неразгруженных осевых компенсаторах в результате давления транспортируе­мого продукта возникают большие распорные силы, передаю­щиеся на неподвижные опоры трубопроводов и оборудование. Существуют конструкции осевых компенсаторов с частично уравновешенными распорными силами, получившие название разгруженные. Сильфонные разгруженные компенсаторы в за­висимости от характера уравновешивающих сил делятся на гидравлические и механические.

У гидравлических компенсаторов уравновешивающая сила создается соседними сильфонами, а у механических - пружинами или другими силовыми устройствами, не связанными с полостью трубопроводов. Конструкции как гидравлических, так и механических разгруженных компенсаторов разнообразны.

Гидравлический разгруженный компенсатор с одним силь­фоном, работающим под внешним давлением, состоит из глад­кого патрубка 1 и патрубка 7 с раструбом 2 (рис. 2, а). В раст­рубе помещен сильфон 4 и приварен к патрубкам так, что поток транспортируемого продукта омывает его снаружи, а полость через сальник 6 сообщается с атмосферой. Для удаления осад­ков предусмотрено отверстие с резьбовой пробкой 5. Сегменты 5, распределенные равномерно по торцу патрубка 7, центрируют сильфом. Здесь распорное усилие снижается за счет уменьшения эффективной площади сильфона. Кроме того, при удлинении трубопровода сильфон растягивается, а не сжимается, что по­зволяет избежать потери устойчивости компенсатора.

Рис. 2. Сильфонные осевые гидравлические разгруженные компенсаторы:

а - с сильфоном под внешним давлением, б - с угловым отводом, в - с тремя сильфонами, располоденными последовательно, г - с тремя сильфонами, два из которых расположены один в другом, д - с внутреннй сильфонной коробкой, е - с внешними сильфонными коробками.

Компенсатор с двумя сильфонами (рис. 2, б) имеет с обеих сторон тяги 3, соединяющие патрубки 1 и 6. Между сильфонами установлен тройник 4, а к патрубку 6 приварена заглушка 7. В этой конструкции распорная сила, возникающая в сильфоне2, уравновешивается такой же силой сильфона 5, для чего их диа­метры выбирают равными.

Конструкция с тремя сильфонами имеет два исполнения. В первом все сильфоны расположены последовательно (рис. 2, в), а во втором — третий сильфон установлен в полости второго (рис. 2,г). При последовательном расположении пат­рубки 13, 14, 15 и 16 соединяют между собой сильфоны 4, 6 и 8. На концевых и промежуточных патрубках 1, 11, 14 я 15 уста­новлены фланцы 3, 5, 7 я 9, жестко соединенные между собой тягами 1, 10 и 12 так, чтобы распорные силы крайних сильфонов уравновешивали распорную силу среднего сильфона. Данное условие соблюдается в том случае, когда эффективная площадь среднего сильфона равна сумме площадей крайних.

Второе конструктивное исполнение позволяет уменьшить строительную длину сильфонного компенсатора. Здесь сильфон меньшего диаметра 1, полость которого сообщается с атмосферой, помещен в полость сильфона 2, а полость между ними связана с по­лостью трубопровода.

На рис. 2,д,е изображены конструкции, где уравновешива­ние распорного усилия производится сильфонными коробками. Конструкция, у которой сильфонная коробка 3 установлена внутри компенсатора, имеет небольшие габариты, но высокий коэффициент гидродинамического сопротивления. Ее применяют при небольших скоростях потока транспортируемого продукта.

Рис. 3. Сильфонный осевой механический разгруженный компенсатор

Для уменьшения гидродинамического сопротивления в не­которых конструкциях сильфонные коробки 4 вынесены на­ружу. У них шлангами 6 полость коробок связана с полостью трубопровода. По шлангам поступает транспортируемый про­дукт и создает распорную силу, которая через тяги 3 и 10, фланцы 2, 5 и 8 и патрубки 1 и 9 уравновешивает распорную силу сильфона 7.

У всех гидравлических разгруженных компенсаторов, кроме конструкции с одним сильфоном (рис. 2,а), распорная сила от давления полностью уравновешена и не передается на не­подвижные опоры трубопроводов. Однако они имеют по два или три сильфона, собственная жесткость которых при сжатии или растяжении складывается. Чтобы уменьшить распорную силу, обусловленную жесткостью, рекомендуется применять мягкие многослойные сильфоны. Кроме того, конструкции сложны в изготовлении. В частности, большинство сварных швов невозможно проконтролировать неразрушающими мето­дами дефектоскопии.

При применении механических устройств для разгрузки наибольший уравновешивающий эффект достигается у компен­саторов с однослойным сильфоном. Отечественной промышлен­ностью выпускаются компенсаторы с цилиндрическими пружи­нами (рис. 3). Конструкция такого компенсатора состоит из сильфона 5 и патрубков 1 и 7. На патрубках установлены кронштейны 3 и 6, через которые с помощью тяги 4 передается сила сжатой пружины 2. Поскольку сила сжатой пружины дей­ствует постоянно, а распорная сила обусловлена давлением и жесткостью только при горячем трубопроводе, полное уравно­вешивание в такой конструкции получить невозможно. Реко­мендуется силу сжатых пружин назначать равной половине распорной силы компенсатора, в этом случае распорная сила уравновесится на 45%.

Угловые неразгруженные компенсаторы бывают с плоскими и пространственными шарнирами. Конструкция компенсатора с плоским шарниром (рис. 4, а) состоит из сильфона 3 и пат­рубков 1 и 11 с кронштейнами 2 и 9. Патрубки через кронш­
тейны соединены между собой тягами 4 и 8, которые с по­мощью оси 6 образуют плоский шарнир, расположенный по­средине сильфона.

На некоторых конструкциях угловых сильфонных компенсаторов уста­навливают защитную обечайку 10, кожух 7 и стопорный винт 5. Обечайка состоит из двух частей, входящих одна в другую с зазором, зависящим от угла изгиба компенсатора. Она выполняет ту же роль, что и в осевых компенсаторах. Кожух за­щищает сильфон от повреждений, а стопорный винт препят­ствует его изгибу при транспортировке и монтаже.

Рис.4   Сильфонные угловые неразгруженные компенсаторы с плоскими шарнирами:

а - с тягами вне сильфона, б - с тягами внутри сильфона, в - с сильфоном под внешним диаметром.

Угловые неразгруженные компенсаторы, имеющие плоские шарниры, изготовляют с однослойным сильфоном и многослой­ным. Параметры компенсаторов с многослойным сильфоном выше, чем с однослойным.

Известна конструкция углового компенсатора с тягами 1 и 3    (рис. 4,6), расположенными внутри сильфона 2. Такое ре­шение уменьшает габариты компенсатора, но увеличивает гидравлическое сопротивление. Поэтому конструкция применяется на трубопроводах, в которых продукт перемещается с малой скоростью.

В некоторых конструкциях сильфон 2 (рис. 4, е) устанав­ливают в раструбе патрубка 4, при этом патрубок 1 входит в полость сильфона. Здесь сильфон находится под давлением, что разгружает тяги 3 и повышает устойчивость сильфона от выпучивания.

У углового компенсатора с пространственным шарниром (рис. 5, а) тяги 1 и 6 установлены на патрубках 3 и 8 в пер­пендикулярных плоскостях с помощью кронштейнов 2 и 7. Осями 5 и 9 тяги соединены с кольцом 10 и образуют шарнир, который позволяет изгибать сильфон 4 в любой плоскости про­странства.

Сильфон у компенсатора с пространственным шарниром изгибается на больший угол, чем у компенсатора с плоскими шарнирами того же диа­метра. Поэтому при разработке таких конструкций стремятся увеличить допускаемый угол изгиба, для чего используют несколько сильфонов, сва­ренных между собой.

Угловой компенсатор с тремя сильфонамн (рис.5,б) состоит из двух конических сильфонов 5, основания которых герметично соединены с раст­рубом 4, а вершины — с концами цилиндрического сильфона 3. Тяги 2, укрепленные жестко на раструбах, а также оси 1 и кольцо 8 образуют про­странственный шарнир, который удерживает сильфоны от осевого растяже­ния, но не препятствует изгибу. Направляющие обечайки 7 с упорами 6 центрируют сильфоны и удерживают их от осевого растяжения силой, со­здаваемой давлением транспортируемого продукта.

Угловой разгруженный компенсатор. Неразгруженный угло­вой компенсатор изгибается под действием внешнего момента. Обычно он создается распорной силой, возникающей в сжатом трубопроводе, которая передается на компенсатор через плечо, образованное изгибом трассы. Распорная сила действует не только на компенсатор, но и на опоры, что требует обязатель­ного жесткого крепления трубопровода. В некоторых случаях это невозможно, тогда применя­ют угловые разгруженные ком­пенсаторы.

Рис. 5. Сильфонные угловые неразгруженные компенсаторы с пространственными шарнирами: а - с одним сильфоном, б - с тремя сильфонами

Принцип действия такого компенсатора основан на ис­пользовании распорной силы, обусловленной давлением транс­портируемого продукта. Для иь гиба сильфона плоские шарниры смещены относительно оси силь­фона на величину Нш (рис. 6).

Рис. 6. Сильфонный угловой разгруженный компенсатор

Поскольку давление в полости сильфона возникает мгновенно после пуска насоса, а разогрев трубопровода происходит посте­пенно, изгибающий момент создается раньше удлинения, что обеспечивает надежную работу компенсатора.

Конструкция углового разгруженного компенсатора состоит из силь­фона 2 и приваренных к нему патрубков 1 и 3, На них установлены крон­штейны 4, соединенные между собой попарно тягами 5 и пальцами 6. Для ограничения угла изгиба на патрубки приварены упоры 7.

Рис. 7. Сильфонные поворотные компенсаторы: а - с одним сильфоном и со сверическими шарнирами, б - с двумя сильфонами и со сферическими шарнирами, в - с двумя сильфонами и с плоскими шарнирами, г - с двумя сильфонами и с пространственными шарнирами.

Поворотные компенсаторы, как и угловые, бывают разные по конструкции. Компенсатор с одним сильфоном 3 (рис. 7, а) состоит из двух патрубков 1 и 6, которые через кронштейны 2 и 5 связаны между собой тягами 4 и 7 со сферическими шарни­рами на концах. Каждый шарнир состоит из вогнутой и выпук­лой сферических шайб 10 и 9 и двух гаек.