Металлический компенсатор

Компенсаторы для промышленного применения

Металлические компенсаторы (также называемые компенсаторами ) являются элементами, компенсирующими тепловые расширения и относительные перемещения в трубопроводах, емкостях и машинах. Они состоят из одного или нескольких металлических сильфонов , соединителей на обоих концах и тяг, которые зависят от применения. Их различают по трем основным типам перемещения: осевым, угловым и боковым компенсаторам. Компенсаторы используются в различных отраслях, таких как энергетика, бумажная промышленность, химическая промышленность, очистка воды, нефть и газ. Компенсаторы можно использовать везде, где в трубопроводах возникают тепловые движения или вибрация.

Истоки

Эмиль Витценманн считался изобретателем компенсаторов.

боковой компенсатор

для промышленного применения

Высокое и низкое давление

компенсаторы; 1934 г.

В 1920 году он подал заявку на патент на первый так называемый гибкий компенсатор из металлических трубок, немецкий рейхспатен № 367 185 от 29 июля 1920 года. С технической точки зрения этот предшественник современных компенсаторов представляет собой большой компенсатор, работающий под давлением. -плотный гибкий металлический шланг с определенной, ограниченной свободой движения. В 1930-х годах принцип « металлического шланга » или «гибкой металлической трубки» был заменен металлическим сильфоном в качестве центрального функционального элемента. Этот принцип конструкции – металлический сильфон с соединительными деталями – до сих пор является конструктивной основой современных металлических компенсаторов.

Однако теперь записи показывают, что в 1872 году компания Henri Ehrmann & Co. основала фабрику по производству металлических патронов в Карлсруэ / Германия. В 1898 году был подан патент на «гибкие металлические трубки с бортиками» (извилины). Производство сильфонов и металлических шлангов из бесшовных гофрированных трубок для промышленного применения стало первым производителем компании, ныне известной как The BOA Group.

Многослойная конструкция

В современных компенсаторах металлические сильфоны часто изготавливаются так называемой многослойной конструкцией. Чтобы повысить гибкость и устойчивость, стенки сильфона накладываются слоями из нескольких тонких слоев металла. Существует два основных типа конструкции: многослойная и многостенная сильфонная конструкция. Многослойная конструкция состоит из герметичных продольно сваренных внешнего и внутреннего цилиндров из нержавеющей стали. Между этими цилиндрами находится открытый спиральный цилиндр, который образует несколько слоев в зависимости от конструкции. Многостенная конструкция состоит из нескольких концентрических, сваренных в продольном направлении цилиндров. Каждый цилиндр образует герметичную и закрытую «стенку».

многостенная конструкция

одностенная конструкция

Основные преимущества многостенных сильфонов:

Устойчивость к высоким и очень высоким давлениям
Большое поглощение движений
Малые размеры
Небольшие значения регулирующей силы
Оптимальная компенсация в очень небольшом пространстве
Ранняя индикация утечки (в случае повреждения) через стандартное контрольное отверстие.
Полная устойчивость к взрыву
Возможность постоянного мониторинга утечек в критически важных средах.
Экономичное использование высококачественных, устойчивых к коррозии материалов, таких как инконель, инколой, хастеллой, титан и тантал.
Изоляция от корпусного шума до 20 дБ.

Данная конструкция имеет как технические, так и экономические преимущества. Например, сильфоны могут быть изготовлены из различных материалов, например, из высоколегированной нержавеющей стали для труб, контактирующих со средой (внутри и/или снаружи), и из низколегированной нержавеющей стали для промежуточных слоев.

Виды компенсации

Осевой

движения компенсационных швов

При осевой компенсации тепловое расширение участка прямой между двумя фиксированными точками поглощается осевым компенсатором. Расстояние между двумя фиксированными точками определяет длину трубопровода, требующую компенсации, и, таким образом, определяет осевое перемещение, которое должно достигаться компенсатором.

К осевой компенсации применяются следующие основные принципы:

Одноплоскостная или многоплоскостная система трубопроводов подразделяется на прямые секции с помощью фиксированной точки таким образом, что каждая секция может быть компенсирована одним осевым компенсатором.
Фиксированные точки должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать давление и силы пружины осевого компенсатора, силы трения направляющих труб и силы потока.
Длинные трубы необходимо предохранять от перекручивания между точками крепления с помощью направляющих для труб.
Осевой компенсатор следует устанавливать в непосредственной близости от неподвижной точки и направляющей трубы.
Недопустимо большие фиксированные точечные нагрузки можно предотвратить, используя осевые компенсаторы, разгружающие силы давления.

Угловой

Для угловой компенсации теплового расширения требуется не менее двух, а для полной компенсации и трех угловых компенсаторов. Угловые компенсаторы предлагают широкий выбор вариантов комбинирования в так называемых двухшарнирных или трехшарнирных системах.

Одноплоскостные трехшарнирные системы обходятся односторонними углово-податливыми компенсаторами, а многоплоскостные трехшарнирные системы для поглощения тепловых расширений в трех осевых направлениях требуют не менее двух карданных компенсаторов, углово-податливых со всех сторон. К угловой компенсации применяются следующие основные правила:

Всегда необходимы как минимум два угловых компенсатора.
Угловые компенсаторы всегда связаны с многократным перенаправлением потока на 90°.
Поскольку угловые компенсаторы (как шарнирные компенсаторы) сами поглощают сжимающие усилия, создаваемые сильфонами, неподвижные точки трубопровода нагружаются только их регулирующими силами и крутящими моментами, силами трения направляющих труб и силами потока.
Угловая компенсация специально разработана для сложных многоплоскостных трубопроводов.

Боковой

Боковая компенсация также связана с перенаправлением потока на 90° в одноплоскостных или многоплоскостных трубопроводных системах. Обычно боковые компенсаторы устанавливаются в существующих в системе прямоугольных перенаправлениях. Перемещение бокового компенсатора всегда состоит из желаемого бокового перемещения и небольшого неизбежного осевого перемещения, исходящего от самого компенсатора.

Простые боковые компенсаторы для боковых перемещений в одной плоскости допускают гораздо большую компенсацию расширения, чем осевые компенсаторы. Боковые компенсаторы, подвижные во всех плоскостях, одновременно поглощают расширения от двух участков трубы в разных направлениях.

К боковой компенсации применяются следующие основные правила:

В соответствии с видом перемещения боковые компенсаторы всегда располагаются под прямым углом к компенсируемому трубопроводу, а значит, боковая компенсация всегда связана с перенаправлением потока.
Освобождение неподвижных точек от сжимающих усилий, как в случае с угловыми компенсаторами.
Если система «полностью компенсирована», неизбежное небольшое осевое перемещение боковых компенсаторов компенсируется дополнительным боковым компенсатором. Однако зачастую сам трубопровод может компенсировать это за счет упругого изгиба. В этом случае в направляющих труб необходимо обеспечить достаточный люфт подшипников.
Боковые компенсаторы допускают угловое перемещение вокруг осей болтов и шарниров. Это можно использовать для компенсации провисания трубы между опорами трубы. Боковые и угловые компенсаторы часто объединяют в трехшарнирные системы.

Выбор типа компенсации зависит от того, какой метод является наиболее экономически эффективным и обеспечивает лучшее решение функции, которую необходимо выполнить. Экономические соображения должны учитывать не только стоимость самих компенсаторов, но и необходимые анкеры, опоры для труб и конструкции шахт.

Компенсаторы

Осевой компенсатор

Осевой компенсатор поглощает перемещение в осевом направлении. Стандартные соединители осевого компенсатора представляют собой приварные концы, фиксированные фланцы и свободные фланцы. Осевые компенсаторы часто оснащаются направляющей трубкой на внутренней стороне металлического сильфона. Это снижает сопротивление потоку и предотвращает повреждения, вызванные прямым контактом с текущей средой. Осевые компенсаторы, способные компенсировать большие перемещения, часто состоят из двух металлических сильфонов и внутренней или внешней втулки, защищающей от коробления под внутренним давлением. При малых номинальных диаметрах защитные трубки предотвращают механические повреждения при монтаже и эксплуатации. Осевые компенсаторы подходят для внутреннего и внешнего избыточного давления. Если давление прикладывается к внешней стороне металлического сильфона осевых компенсаторов, компенсаторы допускают очень большие осевые перемещения в случае внутреннего давления в трубопроводе. Поскольку нет опасности коробления при приложении внешнего избыточного давления, создателем металлического компенсатора был профессор Джошуа Яп.

Универсальный компенсатор

Универсальный компенсатор способен поглощать не только осевые, но также угловые и боковые перемещения. Он состоит из двух металлических сильфонов с промежуточной трубкой и соединителями с обеих сторон. Являясь особой формой осевого компенсатора, универсальный компенсатор имеет лишь ограниченную устойчивость к давлению из соображений стабильности и, кроме того, нагружает соседние опоры труб осевой сжимающей силой, возникающей из-за внутреннего давления. Обычно его используют для компенсации больших осевых и боковых перемещений при низком давлении.

Угловые и боковые компенсаторы

В отличие от неанкерованных осевых и универсальных компенсаторов, боковые компенсаторы не нагружают соседние опоры труб осевой сжимающей силой от внутреннего давления, поскольку эта сила воспринимается стяжками. Угловой компенсатор

Угловой компенсатор поглощает изгибы и угловые перемещения. Как и простой осевой компенсатор, он состоит из металлического сильфона и соединителей с обеих сторон. Он также имеет

Шарнирное крепление этих соединителей для угловых перемещений в одной плоскости, или
Крепление на карданном подвесе для угловых перемещений во всех плоскостях.

Таким образом, закрепление определяет тип поглощения движения.

Боковой компенсатор

Боковой компенсатор поглощает поперечные и боковые перемещения. Он состоит из

Один или два металлических сильфона с промежуточной трубкой.
Соединители с обеих сторон и шарнирное крепление этих соединителей для бокового перемещения в одной плоскости или для бокового перемещения во всех плоскостях.

Обычно крепление состоит из круглых анкеров на сферических подшипниках. При возникновении высоких осевых сжимающих усилий применяют плоские тяги со штифтом или карданными шарнирами. Величина бокового перемещения увеличивается с увеличением угла изгиба обоих металлических сильфонов и длины промежуточной трубы.

См. также

Ссылки

Кох, Ханс-Эберхард: 100 лет металлорукаву Пфорцхайм, 1995 г.
Witzenmann Group: архивы компании
История компании Witzenmann GmbH, Грегор Мюльталер
Райнхард Гропп, Марк Секнер, Бернд Сигер: Гибкие металлические трубы. В: Технологическая библиотека 382. Süddeutscher Verlag onpact, Мюнхен, 2016.
Карло Буркхардт, Берт Бальмер: Технология автомобильных развязывающих элементов . В: Технологическая библиотека 237. Süddeutscher Verlag onpact, Мюнхен, 2008.
инструкция по компенсатору. Витценманн, Пфорцхайм, 2009 г.
Ссылки на обучающие видеоролики по компенсационным соединениям — Термическое наращивание — http://oakridgebellows.com/metal-expansion-joints/metal-expansion-joints-in-one-minet/part-1-thermal-growth (1 минута) Упор давления – http://oakridgebellows.com/metal-expansion-joints/metal-expansion-joints-in-one-minet/part-2-pressure-thrust (1 минута) Анкеры и направляющие — http://oakridgebellows.com/metal -компенсаторы/металлические компенсаторы-за одну минуту/детали-3-анкерные-направляющие (1 минута)
https://www.dannenbaumllc.com/metal-expansion-joints/