При выборе компенсаторов очень часто предпочтение отдают сильфонным компенсаторам, но их применение иногда сдерживает сравнительно небольшая компенсирующая способность. Она зависит от числа гофров в сильфоне, их толщины, диаметра и высоты, а также принятого ресурса компенсатора и давления в трубопроводе.
исло гофров в сильфоне ограничено его устойчивостью. Известно, что длинные сильфоны даже от повышения избыточного давления в полости выпучиваются. То же происходит при сжатии или изгибе. Устойчивость сильфона понижается при уменьшении диаметра.
Если при расчете устойчивости выявляется, что число гофров, назначенное для обеспечения требуемой компенсирующей способности, превышает допустимое, применяют различные конструктивные решения, повышающие устойчивость сильфонного компенсатора. В первую очередь, у осевых компенсаторов сжатие заменяют растяжением сильфона. Известна стандартная конструкция такого компенсатора, но она не получила широкого распространения из-за сложности изготовления и невозможности контроля некоторых сварных швов.
В последнее время разработаны новые более простые конструкции. Для компенсаторов с многослойным сильфоном приемлема конструкция с патрубками в виде коленьев с углом 180° (рис. 1,а).
Здесь сильфон 3 расположен между коленьями 2 и 5, которые приварены к участкам трубопровода 1 и 4. В таком компенсаторе при растяжении создается момент, поэтому, чтобы не происходил изгиб трубопровода и оси сильфона, на расстоянии не более 3DH от коленьев на трубопровод устанавливают направляющие роликовые опоры (см. рис. 4.3, в).
У компенсаторов с однослойным жестким сильфоном патрубки рекомендуется выполнять в виде тройников с заглушками (рис. 4.18,6). Штуцер тройников с участками трубопровода 1 и 12, имеющими также тройники 2, 6 и 11 н 13 с заглушками 3, 5, 8 и 10, связаны перепускными трубами 4, 9 и 14. При этом сильфон 7, находящийся между участками трубопровода/и 12, при нагреве будет растягиваться. Отличие этой конструкции от предыдущей в том, что оси сильфона и трубопровода находятся на одной прямой, поэтому не возникает изгибающего момента.
Поскольку толщина и высота гофров связаны с технологией изготовления и прочностью сильфона, а диаметр и давление — стандартные параметры, и они меняться не могут, то, кроме увеличения числа гофров путем изменения конструкции, компенсирующую способность можно увеличить уменьшением ресурса. На практике очень часто, не зная фактического числа циклов работы установки, ресурс завышают.
Например, согласно статистическим данным, подземный подающий теплопровод диаметром Ду=400 мм, проложенный от котельной до центрального теплового пункта, отключается в год не более 20 раз. При десятилетней эксплуатации сильфонов необходимый ресурс равен 200 циклам. Для сильфона диаметром 400 мм, изготовленного по ТУ 5.551 — 19702—80, при 1000 циклах компенсирующая способность равна ±50 мм. По графику можно определить допустимую амплитуду напряжений: при 1000 циклах она равна 500 МПа, при 200 циклах —750 МПа.
Следовательно, для данного трубопровода можно принять ресурс 200 циклов, компенсирующая способность станет равна ±75 мм, т. е. увеличится в 1,5 раза.
Эффективным средством увеличения компенсирующей способности является монтажная растяжка. С помощью ее можно увеличить компенсирующую способность в два раза.
Снизить напряженно-деформированное состояние сильфона, а значит, увеличить компенсирующую способность можно в результате переноса места сварки дренажных штуцеров с вершины гофров на патрубок. Для каждого гофра на патрубке предусматривается свой штуцер, от которого в полость гофра устанавливается трубка с открытым концом (рис. 2). При пуске трубопровода штуцера открывают, что предотвращает гидравлический удар в паропроводах и образование воздушных пробок в водопроводах. Трубки устанавливают так, чтобы они не препятствовали сжатию или растяжению сильфона. На паропроводах их концы располагают в нижней части гофра, а на водопроводах — в верхней.
Наряду с компенсирующей способностью жесткость также является основным параметром компенсатора, влияющим на эффективность применения. Поскольку распорные усилия передаются на оборудование, связанное трубопроводами, целесообразно иметь наименьшую жесткость.
У многослойного сильфона основная составляющая распорного усилия — это сила, возникающая от давления. Поэтому уменьшение эффективной площади позволит значительно снизить общую жесткость компенсатора. Для ее уменьшения нужно уменьшить диаметр сильфона, т. е. в месте установки компенсатора рекомендуется предусматривать переходы с большого на малый диаметр (рис. 3), Чтобы не ухудшить гидродинамические характеристики, рекомендуется внутреннюю защитную обечайку выполнять с более обтекаемой формой, например, такой как показано на рис. 3. Жесткость от деформации компенсаторов с однослойным сварным сильфоном соизмерима с жесткостью от давления. Поэтому здесь можно снизить жесткость за счет увеличения числа гофров. Например, по расчету требуется сильфон с четырьмя гофрами, каждый из которых будет сжиматься на 4 мм. Увеличим число гофров до восьми, тогда каждый будет сжиматься на 2 мм, отчего жесткость, вызванная деформацией, уменьшится вдвое.
При прокладке трубопроводов с компенсаторами между тонкостенными резервуарами или на эстакаде для уменьшения распорных усилий применяют стяжки различных конструкций. Стяжки могут устанавливаться на кронштейнах, привариваемых к трубопроводу (рис. 4, а) или непосредственно к резервуару (рис. 4,6). На резервуарах широко применяются разгруженные компенсаторы с угловым отводом (рис. 5.).