Неразгруженные сильфонные компенсаторы воспринимают нагрузки от возможных механических воздействий, вибрации от работающего оборудования и потока транспортируемой среды, а также температурных деформаций различных элементов трубопровода вследствие изменения температуры транспортируемой и окружающей сред. При этом неразгруженные сильфонные компенсаторы дополнительно передают на неподвижные опоры и сопрягаемое оборудование распорное усилие от действия внутреннего давления на стенки гофров сильфона (сильфонов).
Осевой неразгруженный сильфонный компенсатор – это сильфонный компенсатор, выполняющий свои функции в условиях осевого воздействия соединенных конструкций, растягиваясь или сжимаясь вдоль своей оси в пределах упругой деформации материала сильфона.
Простейший неразгруженный осевой сильфонный компенсатор состоит из одного сильфона и присоединительной арматуры: патрубков или фланцев. Диаметры патрубков, их толщина и конструктивное исполнение присоединительного конца определяются размерами и конструктивным исполнением трубопровода потребителя. Диаметры фланцев, конструктивное исполнение присоединительной и уплотнительной поверхностей, размеры болтовой окружности, диаметры и количество болтовых отверстий определяются стандартами на фланцы и конструктивным исполнением трубопровода потребителя.
Простейшие осевые неразгруженные сильфонные компенсаторы могут последовательно собираться в блоки из нескольких сильфонов через промежуточные патрубки, при условии обеспечения их устойчивости под воздействием внутреннего давления и действующих на компенсатор нагрузок.
В осевых неразгруженных сильфонных компенсаторах могут устанавливаться направляющие патрубки и защитные кожухи, а также ограничительные детали, препятствующие сверхдопустимым деформациям сильфонов в осевом направлении, и исключающие возможность угловых и сдвиговых деформаций сильфонов.
Осевые неразгруженные сильфонные компенсаторы при условии обеспечения устойчивости сильфона (сильфонов) могут также воспринимать монтажные угловые и сдвиговые деформации, при этом выполняя свои функции в условиях осевого воздействия соединенных конструкций, растягиваясь или сжимаясь вдоль своей оси в пределах упругой деформации материала сильфонов. Для компенсации температурных деформаций трубопроводов тепловых сетей и горячего водоснабжения нашли широкое применение осевые неразгруженные сильфонные компенсационные устройства, а также стартовые сильфонные компенсаторы.
Осевые сильфонные компенсационные устройства выполняют функцию осевых неразгруженных сильфонных компенсаторов и могут в своей конструкции дополнительно содержать элементы трубопроводной системы:
– силовой защитный кожух, способный выдерживать вес грунта с проезжающим по нему автотранспортом, при бесканальной прокладке трубопровода;
– встроенные направляющие опоры, препятствующие угловым и сдвиговым деформациям сильфона;
– ограничители сверхдопустимых растяжения и сжатия сильфона при нештатных ситуациях во время эксплуатации и испытаний трубопроводной системы;
– внутреннюю тепловую изоляцию патрубков и сильфона;
– наружную гидроизоляцию от грунтовых, сточных и ливневых вод в случае применения при подземной прокладке трубопровода;
– наружную электроизоляцию от блуждающих токов в случае применения при бесканальной прокладке трубопровода:
– проводники системы оперативного дистанционного контроля влажности теплоизоляционного слоя пенополиуретана.
Осевые неразгруженные сильфонные компенсаторы и сильфонные компенсационные устройства должны размещаться на прямолинейном участке трубопровода между двумя концевыми или промежуточными неподвижными опорами. При этом на данном участке допускается установка только одного сильфонного компенсатора или сильфонного компенсационного устройства.
При определении нормативных нагрузок на неподвижные опоры на участках, где установлены осевые неразгруженные сильфонные компенсаторы и сильфонные компенсационные устройства, следует дополнительно учитывать влияние следующих составляющих:
– нагрузок от распорного усилия сильфонных компенсаторов;
– нагрузок на преодоление осевой жесткости сильфонных компенсаторов;
– нагрузок на преодоление усилия от трения в подвижных опорах (скользящих и направляющих опорах на участках канальных и надземных прокладок), или трения трубопровода о грунт на участках бесканальной прокладки.
Стартовые сильфонные компенсаторы предназначены для частичной компенсации осевых температурных деформаций при вводе в эксплуатацию бесканально прокладываемых трубопроводов тепловых сетей в случае использования метода снижения нагрузок предварительно нагретого во время монтажа трубопровода. Применяются только для трубопроводов с индустриальной тепловой изоляцией из пенополиуретана с защитной полиэтиленовой оболочкой.
Стартовый сильфонный компенсатор состоит из сильфона, патрубков под приварку к трубопроводу и двух толстостенных кожухов, приваренных через опорные кольца к патрубкам, которые телескопически перемещаются друг в друге при сжатии сильфона.
При запуске трубопровода после срабатывания стартового сильфонного компенсатора на сжатие его кожухи свариваются между собой, исключая дальнейшие перемещения сильфона при деформации трубопровода. После чего над стартовым сильфонным компенсатором соединяются проводники системы оперативного дистанционного контроля увлажнения пенополиуретановой теплоизоляции, на полиэтиленовую гидроизоляцию концов труб устанавливается термоусаживающаяся муфта и пространство между поверхностью компенсатора, его стыковыми соединениями с трубопроводом и термоусаживающейся муфтой заполняется пенополиуретаном. Тем самым из дальнейшей работы при эксплуатации тепловой сети стартовый сильфонный компенсатор исключается. Сваренные между собой телескопические кожухи, опорные кольца и патрубки должны выдерживать действие распорного усилия стартового компенсатора, а также знакопеременные нагрузки от температурных деформаций трубопровода при отклонениях температуры теплоносителя от температуры, при которой был произведен запуск стартового сильфонного компенсатора.
Универсальный сильфонный компенсатор – это компенсатор, выполняющий свои функции в условиях одновременного воздействия соединенных конструкций в осевом, угловом и перпендикулярным его оси направлениях.
Одним из видов универсального неразгруженного сильфонного компенсатора можно считать осевой сильфонный компенсатор без установленных ограничительных деталей, исключающих возможность угловых и сдвиговых деформаций сильфона, на который во время эксплуатации одновременно воздействуют осевые, угловые и сдвиговые деформации. При этом конструкция компенсатора должна обеспечивать устойчивость сильфона.
В случае одновременного воздействия на компенсатор осевых нагрузок, перерезывающих сил и изгибающих моментов, расчет допускаемых амплитуд осевого хода, сдвига и поворота компенсатора производится по формуле:
где: [l], [d], [g] - допускаемые амплитуды осевого хода, сдвига, поворота соответственно при одновременном нагружении всеми видами перемещений;
l, d, g - максимальные значения амплитуды перемещений осевого хода, сдвига и поворота.
При проектировании трубопроводных систем с применением универсальных сильфонных компенсаторов, как и других видов неразгруженных сильфонных компенсаторов, следует учитывать влияние распорного усилия на неподвижные опоры и сопрягаемое оборудование.
