Компенсаторы
Каждый трубопровод при нагревании удлиняется. При неподвижном закреплении трубопровода в двух точках, что имеет место при прокладке трубопровода, в металле труб возникают напряжения. Удлинение трубопровода (∆l) зависит от его длины и температуры и определяется по формуле
где α — коэффициент линейного расширения 1 м трубы при нагреве ее на 100° С, определяется по справочникам. Для углеродистых сталей а составляет 1,2—1,3 мм, а для нержавеющих 1,7—1,8 мм;
t — температура транспортируемой среды, °С;
L — длина трубопровода, м.
Величины возникающих усилий при изменении длины трубопровода достигают значительных размеров и могут привести
Пользуясь данной формулой, нетрудно определить, что трубопровод, например, длиной 100 ж из стали 20, при нагревании на 100° С будет иметь удлинение к деформации линии трубопровода или разрушению опорных конструкций.
Для защиты трубопровода от разрушительных сил, возникающих при изменении температуры, его проектируют и конструктивно выполняют так, чтобы он имел возможность удлиняться при нагревании и укорачиваться при охлаждении. Способность трубопровода к деформации под действием тепловых удлинений в пределах допускаемых напряжений в металле труб называется компенсацией тепловых удлинений. Если трубопровод способен компенсировать тепловые удлинения за счет своей геометрической формы и упругих свойств металла, без специальных устройств, встраиваемых в трубопровод, то такая его способность называется самокомпенсацией.
Рис. 17. П-образные компенсаторы:
а — гнутый из целой трубы, б — гнутый из двух частей, в — гнутый из трех частей, г — с применением крутоизогнутых отводов, д — с применением сварных секционных отводов
Самокомпенсация осуществляется благодаря тому, что, кроме прямых участков между неподвижными опорами, имеются отводы. Расположенный между двумя прямыми участками отвод компенсирует часть удлинения благодаря своей эластичности, а остальная часть компенсируется упругими свойствами металла прямого участка за отводом.
Когда нет возможности использовать самокомпенсацию трубопровода или ее недостаточно, в трубопровод встраивают специальные устройства, называемые компенсаторами.
В зависимости от конструкции и принципа работы компенсаторы делятся на четыре основные группы: П-образные, линзовые, волнистые, сальниковые.
П-образные компенсаторы (рис. 17) обладают большой компенсационной способностью (до 600—700 мм) и применяются в трубопроводах для широкого диапазона давлений и температур. Такие компенсаторы получили наибольшее применение в технологических трубопроводах ввиду их сравнительной простоты изготовления и удобств в эксплуатации. Их недостатками являются дополнительный расход труб, увеличение в связи с этим гидравлического сопротивления, большие габаритные размеры и необходимость сооружения специальных опор.
П-образные компенсаторы особенно неэкономичны для трубопроводов больших диаметров, так как значительно удорожают стоимость строительства и увеличивают расход труб.
Рис. 18. Линзовый компенсатор: 1-рубашка, 2-полулинза, 3 - дренажный штуцер
П-образные компенсаторы изготовляются полностью гнутыми из одной трубы (рис. 17, а) или сварными с применением гнутых, крутоизогнутых (рис. 17, б, в, г) или сварных отводов (рис. 17, д). Гнутые компенсаторы допускаются к установке трубопроводов для любых давлений и температур. Предел применения других типов (особенно со сварными отводами) ограничен нормалями.
П-образные компенсаторы, изготовленные из крутоизогнутых и сварных отводов, можно применять только для трубопроводов Па, III и IV категорий.
Соединение компенсаторов с трубопроводом, как правило, производится с помощью сварки. Соединения на фланцах встречаются редко. Размеры П-образных компенсаторов до настоящего времени не нормализованы. Их изготовляют в соответствии с проектом, в котором указываются тип компенсатора, его размеры, диаметр, материал труб и другие необходимые данные.
Линзовые компенсаторы (рис. 18) состоят из ряда последовательно включенных в трубопровод линз. Линза представляет собой сварную конструкцию; она состоит из двух тонкостенных стальных штампованных полулинз 2 и, благодаря своей форме, легко сжимается. Компенсирующая способность каждой линзы сравнительно небольшая (10—16 мм). Число линз компенсатора выбирают в зависимости от необходимой компенсирующей способности. Чаще всего применяют компенсаторы, состоящие из трех или четырех линз. Для уменьшения сопротивления движению продукта внутри компенсатора устанавливают рубашки 1 или стаканы. Для спуска конденсатора в нижних точках каждой линзы вварены дренажные штуцера 3. Линзовые компенсаторы применяют на условное давление до 6 кгс/см2, для установки на газопроводах и паропроводах от 100 до 1600 мм. Компенсаторы соединяют с трубами или на фланцах, или на сварке. На трубопроводах, транспортирующих жидкости, эти компенсаторы не устанавливают, так как жидкости, являясь практически несжимаемыми, резко снижают их компенсирующую способность.
Рис. 19. Типы волнистых компенсаторов:
а — универсальный шарнирный, б — осевой; 1 — шарнир, 2 — ограничительное полукольцо, 3 — гибкий элемент, 4 — опорное кольцо, 5 — коническая обечайка, 6 — бандажное кольцо, 7 — патрубок, 8 — приставка, 9 — шпилька, 10 — цилиндрическая обечайка
Волнистые компенсаторы (рис. 19) имеют более совершенную конструкцию и по сравнению с П-образными и линзовыми: большую компенсационную способность, возможность применения при сравнительно более высоких давлениях, меньшие габариты и более длительный срок эксплуатации.
Отличительной особенностью волнистых компенсаторов от линзовых является то, что гибкий элемент 3 представляет собой тонкостенную стальную гофрированную оболочку высокопрочную и эластичную. Профиль волны имеет омегообразную форму, благодаря чему обеспечивается способность гибкого элемента сокращаться или увеличиваться в длине, а также изгибаться с приложением нагрузки.
Рис. 20. Схемы установки волнистых шарнирных компенсаторов:
а — Z-образная двухшарнирная, б — П-образная трехшарнирная; 1 — в состоянии монтажа, 2 — при предварительной растяжке, 3 — в рабочем состоянии при нагретом трубопроводе
Внутри гибкого элемента компенсатора для обеспечения плавности транспортируемой среды установлены обечайки 5 и 10. Для предупреждения сверхдопустимых деформаций волн гибкого элемента от внутреннего давления компенсаторы снабжены ограничительными полукольцами 2. Компенсаторы изготовляют с присоединительными фланцами или патрубками 7 под приварку встык.
Гибкие элементы компенсаторов изготовляют из листовой нержавеющей стали Х18Н10Т толщиной 1,2—1,6 мм с числом волн от 2 до 10.
Компенсирующая способность одной волны 10—30 мм. Конструкции волнистых компенсаторов имеют много модификаций, из которых наибольшее применение получили две основные: универсальные шарнирного типа и осевые.
Характер компенсации линейных расширений у компенсаторов универсальных и осевых различен, так как первые работают на изгиб в одной плоскости из-за наличия шарнирного соединения, а вторые —на сжатие и растяжение.
Компенсаторы осевого типа (КВО) устанавливают на прямом участке трубопровода между неподвижными опорами. Компенсаторы шарнирного типа (КВУ) по сравнению с осевыми обеспечивают более высокую компенсационную способность, но для их установки трубопроводы должны иметь изогнутые участки или ответвления. В качестве примера на рис. 20 приведены схемы установки шарнирных компенсаторов: Z-образная двухшарнирная и П-образная трехшарнирная. При размере плеча Н=1,8 м компенсационная способность для Z-образной схемы составляет 0,4 м, а для П-образной — 0,8 м, т. е. в 4 раза выше, чем у П-образных компенсаторов. Неподвижные опоры на схеме обозначены крестом, а компенсаторы кружком.
Рис. 21. Сальниковый компенсатор:
1 — грундбукса, 2 — садьниковое уплотнение, 3 — фасонный патрубок, 4 — патрубок, 5 — упорное кольцо
Волнистые компенсаторы предназначены для работы при температуре от —40° С до +450° С и Рудо 100 кгс/см2. Изготовляют компенсаторы типа КВО с условным проходом от 100 до 700 мм и типа КВУ — с условным проходом от 150 до 400 мм. В основу технологии изготовления гибкого элемента компенсатора положен принцип гидравлической вытяжки (формовки) волн в цилиндрической обечайке с осадкой ее по высоте; для этой цели применяют специальные гидравлические прессы.
Сальниковый компенсатор (рис.21) представляет собой патрубок 4, вставленный в фасонный патрубок 3 большего диаметра.
В зазоре между патрубками установлено сальниковое уплотнение с грундбуксой 1.
Сальниковые компенсаторы имеют высокую компенсирующую способность, небольшие габариты, но из-за трудности герметизации сальниковых уплотнений в технологических трубопроводах применяются редко. Основными их недостатками являются: необходимость систематического наблюдения и ухода за ними в эксплуатации, сложность изготовления и монтажа, сравнительно быстрый износ сальниковой набивки.
Сальниковые компенсаторы устанавливают на водо-, паро-и теплопроводах, а также на трубопроводах, транспортирующих негорючие жидкости. Они вследствие малых габаритов легко размещаются в камерах и проходных туннелях. Стальные сальниковые компенсаторы применяются на Рудо 16 кгс/см2, а чугунные (из серого чугуна марки не ниже Сч 15—32) —на РУдо 13 кгс/см2при температуре не выше 300° С. По конструкции сальниковые компенсаторы делятся на односторонние и двухсторонние, разгруженные (не создающие большого осевого усилия на неподвижные опоры) и неразгруженные. Соединение компенсаторов с трубопроводом производится с помощью сварки или на фланцах. Типы и конструкции сальниковых компенсаторов на РУ до 16 кгс/см2с Dyот 100 до 1000 мм нормализованы и изготовляются в соответствии с МН 2593—61—МН 2599—61.
1. Как подсчитать тепловое удлинение трубопровода?
2. Что такое самокомпенсация трубопровода?
3. Назовите виды компенсаторов, укажите область их применения.
Все материалы раздела «Изделия» :
● Сортамент труб и область их применения
● Технические требования к стальным трубам
● Сортамент труб технологических трубопроводов по нормалям машиностроения
● Отводы крутоизогнутые и гнутые
● Фланцы
● Тройники, переходы и заглушки
● Опоры, подвески и опорные конструкции
● Трубы и детали трубопроводов из цветных металлов и их сплавов
● Трубы и детали трубопроводов из чугуна и специальных сплавов
● Трубы и детали из стекла, ситалла, фарфора, керамики, аитегмита и фанеры
● Трубы и детали гуммированные, биметаллические и с лакокрасочными покрытиями
● Трубы и детали футерованные и эмалированные
● Назначение, классификация и выбор арматуры
● Приводная и самодействующая арматура
● Условные обозначения и отличительная окраска арматуры
● Крепежные изделия, прокладочные и уплотнительные материалы