Kovové měchové kompenzátory. Účel, složení a typy – Průmysl a výroba

Glebovič, S. A. Analýza použití vlnovcových kompenzátorů / S. A. Glebovič. – Text: direct // Technické vědy v Rusku a zahraničí: materiály VII. mezinárodní vědecké konference (Moskva, listopad 2017). – Moskva: Buki-Vedi, 2017. – S. 160-163. – URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/286/12854/.

Tento článek popisuje vlastnosti použití vlnovcových kompenzátorů v potrubích. Cílem práce je analyzovat využití vlnovcových kompenzátorů v průmyslu. Důležitou rezervou pro snížení investičních nákladů a zvýšení spolehlivosti potrubí a zařízení je použití speciálních zařízení pro kompenzaci teplotních deformací. Pro tyto účely se používají vlnovcové kompenzátory, které mají oproti jiným typům kompenzačních zařízení značné technické a ekonomické výhody. Jednoduchost výroby, nejvyšší provozní a technické a ekonomické vlastnosti umožnily jejich široké použití v různých průmyslových odvětvích. Výsledkem analytické studie bylo prokázáno, že výběr kompenzačních prvků pro jejich spolehlivé a dlouhodobé používání by měl zohledňovat jejich provozní podmínky.

Klíčová slova: kompenzátor měchu, kompenzace kompenzátoru měchu, kompenzátor měchu

Tento článek popisuje vlastnosti použití vlnovcových kompenzátorů pro potrubí. Cílem této práce je analyzovat využití vlnovcových kompenzátorů v průmyslu. Důležitou rezervou snížení investičních nákladů, zvýšení spolehlivosti potrubí a zařízení je použití speciálních přípravků pro kompenzaci tepelných deformací. Pro datové účely vlnovcové kompenzátory, které mají značné technické a ekonomické výhody oproti kompenzačním zařízením jiných typů. Snadná výroba, vysoký výkon a technicko-ekonomické vlastnosti umožnily jejich široké uplatnění v různých průmyslových odvětvích. Výsledek analytické studie ukazuje, že výběr bilančních položek závisí na jejich provozních podmínkách.

Klíčová slova: kompenzátor vlnovce, kompenzace kompenzátoru vlnovce, kompenzace kompenzátoru vlnovce

Jedním ze základních fyzikálních zákonů je, že materiály podléhají expanzi a kontrakci v důsledku změn teploty. Vlnovcové kompenzátory jsou prvky, které absorbují veškeré toto roztahování, smršťování a také vibrace a umožňují průmyslovým systémům nepřetržitý a efektivní provoz. [3;5]

Potrubí se vlivem výměny tepla mezi dopravovaným médiem a stěnami potrubí během provozu zahřívá a prodlužuje. Vzhledem k tomu, že konce jakéhokoli potrubí jsou připevněny k pevným podpěrám a připojeny k zařízení, během tepelného prodloužení se ve stěně potrubí objevují napětí. [5]

Při zvýšených teplotách dopravovaného média mohou napětí z tepelného prodloužení výrazně překročit přípustné meze, což povede ke zničení potrubí nebo deformaci podpěr a pláště zařízení. Aby se předešlo nebezpečným jevům, jsou vytvořena samokompenzační potrubí nebo jsou instalovány vlnovcové kompenzátory. [5]

Lodní průmysl používá širokou škálu produktů, které zahrnují kompenzátory vlnovcových tvarů. Používají se v systémech podpory života lodí a plynovodech.

Vlnovcové kompenzátory se používají v potrubních systémech pro zásobování vodou a párou na lodích námořních a civilních flotil. V současné době se vyvíjejí pokročilejší modely armatur, ale použití již vyrobených je velmi oprávněné.

V letecké technice se měchy a kompenzátory měchů používají v různých systémech leteckých motorů, jako jsou klimatizační systémy a potrubí, které podporují systémy proti námraze letadel.

V metalurgii našly vlnovcové kompenzátory hodné uplatnění v mnoha systémech závodů. Typicky se jedná o výrobky velmi velkých průměrů, vyráběné v nestandardních variacích, na míru konkrétnímu zákazníkovi. [5]

Použití vlnovcových kompenzátorů ve všech odvětvích národního hospodářství má tendenci narůstat v důsledku zpřísněných ekologických požadavků.

Hlavní oblastí realizace vlnovcových kompenzátorů je instalace na potrubí. Stresy se mohou objevit v potrubí, stimulované mnoha faktory, například:

– vnitřní nebo vnější tlaky při provozní teplotě;

– hmotnost potrubí a přepravovaných materiálů;

– nucené posunutí potrubí v důsledku vnějšího rušení;

Vzhledem k jejich důležitosti je třeba uvažovat namáhání způsobená tepelnou roztažností případ od případu. [6]

Napětí objevující se v potrubí závisí na následujících důvodech:

– síla nasměrovaná ze zdroje vnějšího rušení;

– deformace způsobené vnějšími cizími předměty;

– pružnost materiálu potrubí.

Překročí-li úrovně napětí nebo síly a hybnosti mezní hodnoty, je nutné zvýšit pružnost potrubí.

Toho lze dosáhnout:

– změny v celkové konstrukci potrubí;

– použití prvků s vysokou flexibilitou.

První metoda může vést ke ztrátě teploty tlaku a přispět ke zvýšení nákladů, takže nejracionálnějším řešením je použití kompenzátoru vlnovce. [6]

Pohodlí použití vlnovcových kompenzátorů spočívá v tom, že tento typ kompenzátorů nevyžaduje pomocnou údržbu během provozu. Tím vším se však vlnovec vztahuje k neobnovitelnému (neopravitelnému) prvku a doba jeho provozu většinou charakterizuje období bezúdržbového provozu potrubí, ve kterých je použit. Životnost vlnovcového kompenzátoru přímo závisí na kvalitě materiálů, ze kterých je vyroben. [2]

Vlnovcové kompenzátory lze rozdělit do tří skupin podle druhu posuvů, které musí absorbovat [7;8] (obr. 1): axiální, smykové, úhlové.

Rýže. 1. Skupiny vlnovcových kompenzátorů

Vlnovcové kompenzátory mají poměrně široký rozsah použití. Klíčovými oblastmi použití jsou tlakové nádoby, potrubí a také systémy pro dopravu a čerpání různých kapalin a plynů.

Zejména vlnovcové kompenzátory mohou díky své flexibilní struktuře a speciální konstrukci splnit všechny požadavky na vysokotlaká potrubí různých průměrů. Každý typ vlnovcového kompenzátoru nabízí různé výhody v závislosti na jeho použití a konstrukci. Vlnovcové kompenzátory, které jsou správně zvoleny a instalovány, zaručují spolehlivé spojení.

Axiální, smykové nebo úhlové vlnovcové kompenzátory se používají k prevenci problémů spojených s dilatací a vibracemi. V některých případech, kdy provozní tlak překračuje přípustné hodnoty, nebo pokud standardní konstrukce kompenzátorů nesplňují požadavky, je navrženo použití kompenzátorů vyvážených nebo univerzálních vlnovcových. [7;8]

Tlakově vyvážené a univerzální vlnovcové kompenzátory by měly být použity v případech, kdy je třeba kompenzovat velmi velké smykové dilatace bez potřebného počtu vedení. (obr.2)

Rýže. 2. Kompenzace velkých smykových dilatací univerzálním vlnovcovým kompenzátorem

Důležitou funkcí vlnovcových kompenzátorů je kromě kompenzace tepelné roztažnosti řešení problémů spojených s vibracemi. Vlnovcové kompenzátory jsou mimořádně účinné, zejména při kompenzaci vibrací s vysokou frekvencí a nízkou amplitudou. V případě silných vibrací systému, jako je například pístový motor, kompenzátory nejsou schopny vibrace potlačit. Jinými slovy, můžeme říci, že amplituda oscilací systému by neměla překročit 10% celkových pohybů kompenzátoru. [5]

Analýza stavu potrubí a prvků soustav tepelných sítí ukázala, že během provozu dochází k poškození vlnovcových kompenzátorů. [1;2]

Získané údaje o příčinách poškození ukazují, že příčinami defektní destrukce na vlnovcových kompenzátorech byly:

– nesouosost potrubí v důsledku jejich sedání během používání;

– porušení pevných nosných konstrukcí;

– koroze zvlnění dilatačních spár.

Na snížení životnosti vlnovcových kompenzátorů mají vliv následující faktory:

– provedení vlnovcových kompenzátorů nezaručuje 100% těsnost vln proti pronikání spodní vody;

– zkušenosti s montáží vlnovcových kompenzátorů, které byly instalovány na nadzemní a suterénní potrubí, ukazují, že jejich bezpečné připevnění k pohyblivým a vodicím podpěrám je velmi obtížné;

– dlouhodobé skladování kompenzátorů na čerstvém vzduchu bez antikorozního ochranného maziva, porušení pokynů pro jejich přepravu a instalaci vede k poškození.

– porušení technologie stavebních a montážních prací vede k pronikání vlhkosti pod izolaci nebo vyosení, což snižuje životnost kompenzátoru. [1]

Můžeme tedy vyvodit následující závěr. Oceli používané při výrobě kompenzátorů musí být odolné vůči zatížení. Pro zvýšení životnosti vlnovcových kompenzátorů je nutné dodržet požadavky na výrobu, konzervaci, přepravu a montáž, aby nedošlo k jejich poškození a korozi. Při výrobě prvků stojí za zvážení nanesení antikorozního nátěru na vnější povrch vln vlnovcových kompenzátorů. Je nutné správně zvolit kompenzátory, které jsou optimální pro potrubí a pak bude životnost výrobků delší. Absence kompenzátorů na potrubí může vést k takovým nežádoucím výsledkům, jako je změna délky potrubí v důsledku tepelné roztažnosti nebo stlačení kovového potrubí, což následně povede k prasknutí potrubí.

1. Analýza provozu vlnovcových kompenzátorů v podniku. http://kompensator.cwx.ru/ Datum přístupu 03.08.2017/XNUMX/XNUMX.
2. Antonov P. N. „O zvláštnostech použití kompenzátorů“, časopis „Trubkové armatury“, č. 1, 2007.
3. Burtsev K.N. Mashgiz, M., 1963.
4. Logunov V.V., Polyakov V.L., Slepchenok V.S. „Zkušenosti s použitím axiálních vlnovcových kompenzátorů v topných sítích“, časopis Heat Supply News, č. 7, 2007.
5. Aplikace vlnovcových kompenzátorů na různá potrubí. http://silphon.ru/ Datum přístupu: 03.08.2017.
6. Použití kompenzátorů. http://ros-pipe.ru/ Datum přístupu: 03.08.2017.
7. Vlnovcové dilatační spáry. http://santermo.ru/ Datum přístupu: 03.08.2017.
8. Adresář “Průmyslová plynárenská zařízení” / Ed. E. A. Karyakina. – 5. — Saratov: Výzkumné centrum pro průmyslová plynová zařízení „Gazovik“, 2010.

Svůj vědecký článek můžete rychle a snadno publikovat v časopise „Mladý vědec“. Obratem vám poskytneme preprint a certifikát o publikaci.

Kovové měchové kompenzátory. Účel, složení a typy

Společnost JSC NPP Kompensator vyrábí kovové vlnovcové kompenzátory a kompenzační zařízení s vlnovcem pro různá průmyslová odvětví již více než 40 let.

Vlnovcový kompenzátor je zařízení sestávající z jednoho nebo více vlnovců, spojovacích a omezovacích armatur, schopné absorbovat a vyvažovat relativní pohyby určité velikosti a frekvence, ke kterým dochází v hermeticky uzavřených konstrukcích, a za těchto podmínek vést plyny, páru a kapaliny.

Vlnovcové kompenzátory se používají jako kompenzační instalační prvky pro zachycování tepelných deformací potrubí přepravujících teplá a studená média, pohyblivé vstupy v tlakových nádobách apod. Používají se také pro připojení tlakového a sacího potrubí k agregátům (čerpadla, turbíny, kompresory, motory atd.) namontované na pružných podpěrách pro snížení zatížení vibracemi.

Měchy

Hlavním prvkem měchového kompenzátoru, který zajišťuje jeho funkci, je měch. Měch je pružný prvek kompenzátoru, což je pružná válcová osově symetrická vlnitá skořepina, schopná deformace s významnými posuny konců působením axiálních, příčných sil a ohybového momentu pod působením vnitřního (vnějšího) tlaku, přičemž hermeticky odděluje vedené médium od okolního.

Kovové vlnovce jsou tenkostěnné trubky, které díky vlnitému tvaru získávají pružnost, podobně jako hadice, a pružnost. Vhodný tvar činí původní tuhou trubku pružnou a zároveň zvyšuje její pevnost ve srovnání s trubkou se stejnou tloušťkou stěny. Vlivem tlaku, teploty, síly nebo krouticího momentu je vlnovec schopen se natahovat, stlačovat, ohýbat nebo posouvat a také přeměňovat tlak na sílu.

Vlnovec se může skládat z jednoho nebo více prstencových zvlnění – nejjednodušších pružných prvků umístěných mezi sousedními prohlubněmi.

Tvar vlnovců se může měnit. Vlny se zpravidla vyrábějí s vlnovkami ve tvaru U, v odůvodněných případech s vlnovkami ve tvaru Ω a také s použitím výztužných kroužků. Celková kompenzační kapacita vlnovců je úměrná počtu vln. Pružinové vlnovky kompenzují pohyb bez tření a nevyžadují údržbu.

Vlnovec může být jednovrstvý, vyrobený z jedné skořepiny o tloušťce dostatečné k zajištění pevnosti a těsnosti kompenzátoru, nebo vícevrstvý ze dvou nebo více skořepin sestavených do balíčku (vyrábí se až 20 a více vrstev).

Přečtěte si článek Typy objímek pro instalaci potrubí

Každý typ měchu má své vlastní výhody a oblast použití. Možnost použití běžné tloušťky stěny s prakticky libovolným počtem vrstev a tloušťkou každé vrstvy činí vícevrstvý měch vhodným pro použití v kompenzátorech pracujících v různých podmínkách, včetně extrémních. Díky vícevrstvé struktuře stěn je dosaženo vysoké elasticity s nízkou ohybovou nebo tlakovou tuhostí. V tomto případě lze vícevrstvý měch přirovnat k vícevrstvé listové pružině.

Vícevrstvé měchy lze vyrobit buď sestavením svařených skořepin do balíčku požadované tloušťky, nebo výrobou dvou vnitřních a dvou vnějších vrstev ze svařených skořepin pro zajištění těsnosti měchu a mezivrstvy jejich navinutím do role pro odlehčení měchu od působení tlaku.

Výhodou vícevrstvého měchu, jak ukazují dlouholeté zkušenosti a četné testy, je, že pokud z nějakého důvodu tento prvek ztratí svou těsnost (koroze, poškození při instalaci atd.), není důvod se obávat okamžitého zničení měchu. To je zvláště důležité u systémů pracujících pod vysokým tlakem. V případě odtlakování, které začíná vnitřní vrstvou měchu ve formě póru nebo malé trhliny, zpočátku uniká nevýznamné množství média. Místo netěsnosti tedy – alespoň do doby výměny kompenzátoru – nepředstavuje nebezpečí.

Celková tloušťka vlnovce pro každý kompenzátor, nezbytná pro zajištění jeho stability, se určuje výpočtem i experimentálně. Hlavním parametrem pro určení tloušťky vlnovce, spolu s pevností materiálu, rozměry zvlnění, průměrem atd., je délka vlnité části. Vlnovec, jako pružný prvek, se s rostoucí délkou působením vnitřního tlaku stává náchylným k podélnému ohybu, tj. ke ztrátě stability. Tato vlastnost je zvláště důležitá u axiálních kompenzátorů, kdy je pro zachycení velkého axiálního zdvihu vyžadován vlnovec vhodné délky. Maximální počet zvlnění vlnovce je určen jeho schopností odolat ztrátě stability při odpovídajících geometrických parametrech a tlaku vedeného média. Výpočty vlnovců se provádějí ve výpočtovém programu DIMy-Win Kruhové kompenzátory dle EJMA. Hlavním úkolem výpočtu měchu je výběr optimálních hodnot počtu vln, jejich výšky, poloměrů, stoupání, tloušťky a počtu vrstev měchu pro zajištění jeho stability při stanovených hodnotách tlaku a také pro potvrzení hodnot tuhosti, kompenzační kapacity a stanovené životnosti. Konečné parametry měchu jsou specifikovány na základě výsledků předběžných a přejímacích zkoušek prototypů měchových kompenzátorů.

Přečtěte si článek Výroba kovových podpěr potrubí

Důležitou technickou charakteristikou měchu je jeho tuhost. Podle GOST 25756-83 je tuhost odpor vůči síle v měchovém kompenzátoru potřebný k dosažení posuvného, axiálního nebo úhlového pohybu. Tuhost měchu závisí na výšce vln a jejich počtu, jakož i na tloušťce jedné vrstvy měchu a jejich počtu.

Typy kovových vlnovcových kompenzátorů

V závislosti na účelu, druhu přenášeného zatížení a provozních podmínkách se používají různé kombinace vlnovců, spojovacích a omezovacích armatur, vodicích trubek a ochranných krytů.

Spojovací armatury – zařízení (součást), které zajišťuje hermetické spojení vlnovce s potrubním systémem, tj. instalaci kompenzátoru v potrubním systému. Možné jsou následující typy instalace:

• trvalé spojení (svařované trubky), u kterého je kompenzátor přivařen k potrubí;
• odnímatelné připojení, u kterého je kompenzátor připojen k potrubí pomocí přírub, konzol atd.;
• kombinované spojení, u kterého je jeden konec kompenzátoru přivařen k potrubí a druhý je spojen přírubou.

Omezující výztuž – zařízení sestávající z částí a jednotek určených k absorbování axiální síly způsobené působením vnitřního (vnějšího) tlaku a omezujících jeden nebo více stupňů volnosti pohybu (deformace) vlnovců. Nejběžnějšími typy jsou tuhé a pružné tyče, jednorovinné závěsy, kardanové klouby, vidlice, nápravy atd.

Vodicí trubka – zařízení, které minimalizuje možnost kontaktu mezi vnitřním povrchem vlnovce a médiem, které jím proudí.

Vodicí trubky se používají ke snížení hydraulického odporu v kompenzátorech potrubí, kde je průtok vyšší než 6 m/s pro kapalná média a vyšší než 30 m/s pro plynná média, ke snížení vlivu teploty dopravovaného média na materiál vlnovce a v dalších odůvodněných případech:
– v parovodech, kde průtok může způsobovat vibrace ve vnitřní dutině kompenzátoru;
– v potrubích stlačeného vzduchu a výfukových plynů;
– v potrubích s abrazivním médiem, protože pevné částice v něm obsažené mohou poškodit vnitřní dutinu vlnovce a vést k jeho zničení;
– v případě turbulentního proudění, například když je kompenzátor instalován v blízkosti kolena připojeného k čerpadlu.

Přečtěte si článek Tepelněizolační barva na potrubí: výběr a aplikace

Vnější ochranný plášť – zařízení, které chrání měch před vnějším mechanickým poškozením a možným vniknutím cizích předmětů a zároveň slouží jako podklad pro aplikaci tepelné izolace na kompenzátor.

Smykové a smykově-rotační měchové kompenzátory

Smykové měchové kompenzátory vnímají pouze deformace potrubních prvků směřující kolmo k ose kompenzátoru, čímž zajišťují rovinně rovnoběžný smyk konců kompenzátoru. Smykově-rotační měchové kompenzátory vnímají úhlové deformace potrubních prvků a deformace směřující kolmo k ose kompenzátoru, čímž zajišťují současné ohyb osy kompenzátoru a smyk konců kompenzátoru.

Smykové a smykově-rotační měchové kompenzátory nepřenášejí axiální síly vznikající působením vnitřního tlaku na stěny vlnovců na pevné podpěry a zařízení.

V závislosti na použitém typu omezující výztuže lze smykové a smykově-rotační měchové kompenzátory vyrábět jako jednorovinné, vnímající smykové pohyby pouze v jedné rovině, nebo prostorové, vnímající smykové pohyby ve všech směrech.

Nezatížené vlnovcové kompenzátory vnímají zatížení od možných mechanických nárazů, změn tlaku přepravovaného média, vibrací od provozovaných zařízení a proudění přepravovaného média, jakož i teplotních deformací různých prvků potrubí v důsledku změn teploty přepravovaného a okolního média. Zároveň nezatížené vlnovcové kompenzátory nepřenášejí axiální sílu z působení vnitřního tlaku na stěny vlnovcových profilů na pevné podpěry a protilehlá zařízení.

Vyrábějí se různé konstrukce nezatížených měchových kompenzátorů, které zachycují zatížení jak v striktně axiálním směru, tak i za současného působení zatížení v axiálním směru, směru kolmém k ose kompenzátoru a úhlových deformací bez přenosu roztažné síly měchu na pevné podpěry a zařízení.

Související příspěvky:

1. Kovové a nekovové potrubí
2. Velkoobchodní prodej kovových svorek od výrobce
3. Co je NAKS: druhy prací, jak získat certifikát, úrovně certifikace svářečů
4. Materiály pro izolaci potrubí