+7 (843) 258-36-22
Каталог оборудования

Факторы при проектировании сильфонов

Компенсатор — высокотехнологичный продукт. По причине того, что компенсатор должен работать под воздействием давления и иных побочных факторов, корректный выбор конструкции является одним из важнейших аспектов. Для проектировки и производства компенсатора нам необходима следующая информация: проточная проводящая среда в трубопроводных системах часто провоцирует возникновение различного рода вибраций. Подобные вибрации являются результатом многих факторов, в том числе следующих:

  • Температурные расширения.
  • Давление.
  • Вибрации.
  • Смещения.
  • Оседание фундамента.
  • Вибрации, вызванные иными элементами трубопроводных систем.

Давление

Проектирование элементов сильфона частично зависит от давления, применяемого в трубопроводе. Важно знать проектное, рабочее и пробное давление, которому будет подвергаться сильфон. Давление должно обязательно приниматься в учет при расчете толщины сильфона, а также соединений компенсатора. Чем выше давление, тем толще должен быть материал сильфона. Обычно этот элемент проектируется для эксплуатации при более высоком давлении, чем проектное или рабочее давление, за исключением условий испытаний, когда давление испытаний должно быть в 1,5 раза больше рабочего давления. В этой ситуации сильфон имеет более высокое номинальное давление, чем должно быть для использования. На рис. 1. показан эффект действия давления на нитки сильфона, пытающегося разорвать сильфон в продольном направлении и по окружности.

Силовая нагрузка

Труба под давлением с применением компенсатора

 

Труба под давлением с применением компенсатора и соответствующих точек фиксации, если компенсатор расположен между двумя анкерными опорами, то осевые силы, равные:

Fp = p × S,

где (р) — давление в трубопроводе;

(S) — площадь сечения трубопровода.

Эти силы, возникающие из-за давления в трубопроводе и растягивающие компенсатор, воспринимаются и нейтрализуются анкерными опорами. Сам компенсатор так же является генератором дополнительной силы, действующей на опоры и равной:

FΔ = p × (Smax – S),

где (Smax) — площадь сечения по гребню волны сильфонной части компенсатора.

Суммарная сила, действующая на опоры равна:

FΣ = Fp + FΔ = p × Smax .

Эта сила достигает значительных (от единиц до десятков тонн) величин для трубопроводов больших диаметров. Реактивная сила, обозначенная (Fs), относится к компенсатору с внутренним давлением. Давление равняется эффективной площади умноженной на рабочее давление (Pd). В то же время надо учитывать возможные смещения сильфона (Fa), равные постоянному коэффициенту жесткости (fw) умноженному на смещение (ex). Суммарная сила вычисляется согласно нижестоящей формуле:

Fx = Fs + Fa = 3.14 Dm2×/4×Pd+fw×ex.

Эффект действия внутреннего давления на сильфонный компенсатор

 

Среда

Вид рабочей среды влияет на материал, используемый для производства сильфона, поскольку материал должен быть устойчивым по отношению к среде. В случае, если рабочая среда имеет тенденцию к затвердеванию или сгущению должны быть приняты необходимые меры по предотвращению этого.

Смещения

Для определения смещений, образующихся в трубопроводной системе во время ее эксплуатации, необходимо определить удлинение трубопроводной системы, которое рассчитывается при помощи нижестоящей формулы:

ΔL= L×Δt×α,

где Δ L — удлинение (мм);

L — длина трубы (м);

Δt — разница температур;

α — коэффициент удлинения (мм/м x ºC) .

Компенсирующая способность

Для того, чтобы точно рассчитать компенсационные свойства компенсатора, необходимо знать силу жесткости. Коэффициент жесткости обеспечивает сопротивление системы абсолютно таким же образом, как и сжимающаяся и распрямляющаяся пружина. Для того, чтобы уменьшить силу жесткости и соответственно предотвратить повреждение компенсатора, ограничивается сила в крепежных системах.

Уровень силы жесткости определяется при помощи коэффициента жесткости компенсатора. Приведенный пример иллюстрирует уровень коэффициента жесткости компенсатора, установленного в 600 миллиметровой трубе. Осевой коэффициент сжатия — 275 N/mm. Если компенсатор отклоняется на 20 мм в осевом направлении, то коэффициент жесткости будет равен: 275 x 20 = 5500 N (приблизительно 560 кг). Всегда важно помнить, что сильфон — это живая конструкция, которая изменяет форму в зависимости от усилий, прикладываемых к нему. Перемещение сильфона можно выразить количественно: осевое перемещение, боковое, угловое, а при известных факторах таких, как температура и коэффициент теплового расширения материала трубы можно рассчитать перемещение, воспринимаемое сильфоном. На рис.3 показано, как простой осевой сильфон перемещается в двух направлениях в зависимости от того, растягивается или сжимается трубопровод при изменении температуры, на
рис.4 показано шарнирное сильфонное соединение изгиба трубопровода и схема опор.

Работа осевого сильфона

 

Перемещение, вызываемое внешней физической силой, должно учитываться, так как оно может быть первым источником перемещения. Например, длинный трубопровод, смонтированный вдоль палубы судна, которая может прогибаться и давать осадку или трубопровод, построенный в условиях вечной мерзлоты.

Вибрация

смещение трубопроводаВибрация в трубопроводе, причиной которой могут быть компрессоры, насосы или другое встроенное в трубопровод оборудование, должна быть учтена, а в некоторых случаях сильфоны используются там, где присутствует и вибрация, и тепловое расширение, например, в соплах турбин могут иметь место и машинная вибрация, и тепловое расширение горячих турбинных корпусов. Вид вибраций определяется их частотой и коэффициентом колебаний. Вибрации являются важным параметром при расчетах, потому как срок эксплуатации сильфона может быть существенно сокращен в случае, если сильфон не был спроектирован с учетом существующих вибраций.

Расчетная температура

Необходимо знать точную максимальную, минимальную и установочную температуру. Перепад температур также является важным фактором, поскольку оказывает существенное влияние на компенсационные свойства компенсатора, а соответственно на срок его эксплуатации. Выбор материала также зависит от температуры, поскольку компенсатор должен выдерживать необходимые температуры. Температурные колебания могут выразиться в линейном расширении компенсатора, которое определяется следующим образом:
ΔL = L×(T1-T2)× α,
где,
ΔL — удлинение;
L — расстояние между пунктами закреплений;
T1 — максимальная температура в трубопроводной системе;
T2 — минимальная температура в трубопроводной системе;
α — коэффициент расширения.
Расширение трубы может быть вычислено из расчетной температуры, что впоследствии дает основу для вычислений расширения компенсатора.

Ниже приведены технические детали, касающиеся выбора и эксплуатации компенсаторов

Таблица с коэффициентами линейных расширений

 

Источник: статьи Международного журнала ТПА. Трубопроводная арматура и оборудование. №4 (61) 2012, №5 (62) 2012, №6 (63) 2012, №1 (64) 2013, №2 (65) 2013

    Ваш email не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.