При проектировании трубопроводов в обязательном порядке необходимо учитывать отсутствие его статичности. Обусловлено это смещениями, вызываемыми тепловыми деформациями. Эти деформации тем нагляднее проявляются, чем больше длина трубопровода. Если осевые смещения отлично гасят сильфонные компенсаторы КСО, то с угловыми смещениями они без дополнительных усовершенствований не справятся. Неравномерный изгиб гофры постепенно будет приводить к ее разрушению.
Компенсировать угловые перемещения труб способны шарнирные компенсаторы, которые представляют собой сильфон, обе части которого соединены шарнирами. Эти шарниры играют роль ограничителей, поэтому повороты гофры в заданных пределах никак не влияют на срок эксплуатации компенсатора.
Один сильфон на шарнире способен гасить деформации изгиба, а если применить пару компенсаторов, то получится система, компенсирующая сдвиги. Чтобы такая система работала с наибольшей эффективностью, ее монтируют с расположением компенсаторов на относительно большом расстоянии.
Условия применения шарнирных компенсаторов
Шарнирные компенсаторы обладают высокой устойчивостью к различным средам, следовательно, могут применяться в магистралях подачи воды, пара или природного газа. Их устанавливают на трубопроводах отвода дыма, нефтемагистралях, а также магистралях с кислотосодержащими продуктами.
Одной из характеристик для любого узла трубопровода служит максимальное внутреннее давление. Так как именно переменное давление зачастую становится причиной деформации, то при монтаже системы важен верхний предел величины. Все устройства шарнирного типа рассчитаны на давление 25 кгс/см2.
Диапазон температур, в котором может работать шарнирный компенсатор, охватывает как положительные, так и отрицательные значения. Средние показатели лежат в пределах от -260°C до +850°C градусов. Устройства применяются в строительстве теплотрасс, а также криогенных трубопроводов.
Процесс полного растяжения гофры, за которым следует полное ее сжатие, называется циклом. Гарантированное количество циклов для шарнирного компенсатора достигает 1000. Это сравнительно неплохой показатель, если учесть, что на практике устройства показывают более высокие результаты.
Работа компенсатора
Шарнирное соединение или соединения (если их несколько) обеспечивают подвижность трубопровода в одной плоскости. При угловом перемещении сильфонов шарнир играет роль ограничителя. Все торцевые нагрузки приходятся на шарнирные соединения. Устройство такого компенсатора идеально подходит для соединений труб, где отсутствуют жесткие направляющие и мощные опоры.
Одношарнирные компенсаторы устанавливают парой, чтобы получить не только компенсацию углового смещения, но и любого сдвига трубы в одной плоскости. Само по себе угловое смещение представляет такую деформацию, при которой противоположные стороны сильфона деформируются в разных направлениях. С одной стороны происходит сжатие гофры, а с другой – ее растяжение. Характерным признаком для углового смещения служит изменение направление оси компенсатора относительно первоначальной позиции.
Сам шарнир по своему функционалу должен ограничивать ход сильфона, позволяя ему деформироваться только в одной плоскости. Возникающие при работе трубопровода деформации находятся в зоне контроля шарнира, что существенно снижает нагрузку на гофру, а все реактивные силы будут скомпенсированы самой системой труб. Помимо этого, шарнирные соединения не позволяют компенсатору выходить за заданные пределы смещений при работе.
Варианты исполнения
Под общий вид шарнирного компенсатора попадают сразу несколько моделей, имеющих свои конструктивные особенности. Здесь не учитываются диаметры патрубков, иначе список пополнился многократно. Речь идет о тех элементах, которые вносят изменения в работу компенсатора.
При описании особенностей конструкции необходимо понимать, что шарнирный компенсатор является одним из видов поворотного компенсатора, но для расширения его функций часто используют пару сильфонов. Естественно, эта пара в своей работе требует оснащение четырьмя шарнирами, вместо двух.
Сдвоенный компенсатор позволяет снижать нагрузки, возникающие при деформации поворота и смещения. Но в силу особенностей работы шарниров, эти деформации должны быть в одной плоскости. Кстати, от деформации осевого смещения (растяжения или сжатия) такая конструкция не избавит.
- На тип компенсатора оказывает влияние количество секций. Если используется один сильфон, то он снабжается парой шарниров и обеспечивает изгиб трубы. Два сильфона способны производить сдвиг одной части трубы относительно другой, но при этом применяется пара двухшарнирных соединений.
- Для повышения устойчивости гофры к среде некоторые модели компенсаторов снабжаются защитными кожухами и экранами. Экраны бывают внутренними и наружными. Обычно компенсаторы с наружными экранами применяют при строительстве подземных магистралей.
- Целостность компенсатора определяет его пригодность к эксплуатации. Сильфон изготавливают из разных видов нержавеющей стали. Модели могут отличаться материалом, но это обязательно будет нержавейка, иначе повышенная влага быстро выведет устройство из строя.
- Различаются модели и по типам соединения. Могут использоваться как приварные патрубки, так и прикручиваемые фланцы. Вариант исполнения зависит от условий заказчика. Сюда же входят разновидности материала для патрубков и фланцев. Они изготовлены из углеродистой или нержавеющей стали.
Как мы уже отмечали, в классификацию не включаются модели с разными условными диаметрами. Эти значения варьируется в пределах от 32 мм до 1000 мм. По специальному заказу изготавливаются шарнирные компенсаторы с диаметром до 5000 мм.
Монтаж устройств
Компенсаторы сильфонные поворотные шарнирного типа (КСП-Ш) при монтаже не вызывают особых сложностей, однако некоторые правила должны быть соблюдены. При использовании двухсильфонного компенсатора можно получить систему, восприимчивую к любым деформациям, происходящим в одной плоскости. Однако если было решено применить два устройства с одной гофрой, то располагать их следует как можно дальше друг от друга. При таком взаимном расположении увеличится амплитуда смещений.
Приварные патрубки сложнее соединять, так как необходимо использовать сварочный аппарат. Герметичность системы будет зависеть от качества шва. Фланцевые компенсаторы монтируются без использования специнструмента, зато требуют периодического обследования. Возможны протечки за счет износа прокладки или ослабления стяжки болтов.
Поворотные компенсаторы устанавливаются в местах изгибов трубопровода. Сдвиговые же компенсаторы, образованные двумя контурами сильфонов, могут монтироваться на горизонтальных участках. Желательно перед местом установки компенсатора не использовать опоры. Если это невозможно, то следует предусмотреть возможность смещения трубы посредством роликовой опоры.
Условия эксплуатации накладывают некоторые ограничения на применяемые модели КСП-Ш. Если компенсатор применяется для трубопроводов, которые эксплуатируются в пыльной среде, то гофры следует защитить от попадания частичек. Здесь подойдут компенсаторы с защитным кожухом, то же самое касается подземных магистралей. Исключением являются канальные трубопроводы.
Шарнирный компенсатор вобрал в себя все качества сильфонного компенсатора. Единственным недостатком служит работа в пределах одной плоскости, в то время как сильфонный компенсатор может гасить любые деформации. Однако ресурс шарнирного компенсатора несколько выше за счет шарниров, которые играют роль ограничителей. В работе гофра редко производит полную растяжку или полное сжатие.
