Осевые неразгруженные сильфонные компенсаторы имеют небольшое количество деталей, малую массу и габариты и в простейшем исполнении состоят из сильфона 10 и двух патрубков 1 и 8 (рис. 1,а). В большинстве конструкций для снижения гидродинамического сопротивления в полости сильфона устанавливают защитную обечайку 9, которую одним концом приваривают к патрубку, расположенному на входе потока транспортируемой среды. Второй ее конец входит в противоположный патрубок с зазором, не менее 1,5 мм nai сторону, при этом образует нахлест больше величины максимальной монтажной растяжки на 10... 20 мм. При конструировании по величине нахлеста защитной обечайки выбирают длину патрубка 8. Peкомендуется принимать ее не менее двух длин нахлеста, в противном случае свободный конец обечайки при полном сжатии компенсатора будет упираться в корень стыкового сварного соединения с трубопроводом и ограничивать компенсирующую способность.
Защитная обечайка не только снижает гидродинамическое сопротивление. Она уменьшает охлаждение транспортируемого продукта при отсутствии изоляции на сильфоне, предотвращает осаждение твердых веществ в гофры и увеличивает устойчивость сильфона от выпучивания.
На некоторых конструкциях устанавливают кожух 6 и натяжное устройство, состоящее из тяги 3, фланцев 2 и 7 и гаек 5. Натяжное устройство необходимо для выполнения монтажной растяжки и ограничения растяжения или сжатия сильфона. Кожух защищает сильфон от повреждений и предназначен для крепления тепловой изоляции.
Осевые компенсаторы с однослойным сильфоном толщиной не менее 2 мм, предназначенные для горизонтальных и наклонных трубопроводов, изготовляются со штуцерами 4, которые ввариваются в вершины гофров и служат для дренирования или удаления воздушных пробок.
Компенсаторы с одним сильфоном имеют небольшую компенсирующую способность. Чтобы увеличить компенсирующую способность устанавливают несколько сильфонов, при этом их соединяют патрубками 1 и 2 между собой (рис. 1,б). Известны компенсаторы с двумя и тремя сильфонами с компенсирующей способностью до +-150мм. В табл. 1 и 2 приведена техническая характеристика современных конструкций компенсаторов, изготовляемых отечественными заводами.
Осевые разгруженные компенсаторы. В неразгруженных осевых компенсаторах в результате давления транспортируемого продукта возникают большие распорные силы, передающиеся на неподвижные опоры трубопроводов и оборудование. Существуют конструкции осевых компенсаторов с частично уравновешенными распорными силами, получившие название разгруженные. Сильфонные разгруженные компенсаторы в зависимости от характера уравновешивающих сил делятся на гидравлические и механические.
У гидравлических компенсаторов уравновешивающая сила создается соседними сильфонами, а у механических - пружинами или другими силовыми устройствами, не связанными с полостью трубопроводов. Конструкции как гидравлических, так и механических разгруженных компенсаторов разнообразны.
Гидравлический разгруженный компенсатор с одним сильфоном, работающим под внешним давлением, состоит из гладкого патрубка 1 и патрубка 7 с раструбом 2 (рис. 2, а). В раструбе помещен сильфон 4 и приварен к патрубкам так, что поток транспортируемого продукта омывает его снаружи, а полость через сальник 6 сообщается с атмосферой. Для удаления осадков предусмотрено отверстие с резьбовой пробкой 5. Сегменты 5, распределенные равномерно по торцу патрубка 7, центрируют сильфом. Здесь распорное усилие снижается за счет уменьшения эффективной площади сильфона. Кроме того, при удлинении трубопровода сильфон растягивается, а не сжимается, что позволяет избежать потери устойчивости компенсатора.
Компенсатор с двумя сильфонами (рис. 2,6) имеет с обеих сторон тяги 3, соединяющие патрубки 1 и 6. Между сильфонами установлен тройник 4, а к патрубку 6 приварена заглушка 7. В этой конструкции распорная сила, возникающая в сильфоне2, уравновешивается такой же силой сильфона 5, для чего их диаметры выбирают равными.
Конструкция с тремя сильфонами имеет два исполнения. В первом все сильфоны расположены последовательно (рис. 2, в), а во втором — третий сильфон установлен в полости второго (рис. 2,г). При последовательном расположении патрубки 13, 14, 15 и 16 соединяют между собой сильфоны 4, 6 и 8. На концевых и промежуточных патрубках 1, 11, 14 я 15 установлены фланцы 3, 5, 7 я 9, жестко соединенные между собой тягами 1, 10 и 12 так, чтобы распорные силы крайних сильфонов уравновешивали распорную силу среднего сильфона. Данное условие соблюдается в том случае, когда эффективная площадь среднего сильфона равна сумме площадей крайних.
Второе конструктивное исполнение позволяет уменьшить строительную длину сильфонного компенсатора. Здесь сильфон меньшего диаметра 1, полость которого сообщается с атмосферой, помещен в полость сильфона 2, а полость между ними связана с полостью трубопровода.
На рис. 2,д,е изображены конструкции, где уравновешивание распорного усилия производится сильфонными коробками. Конструкция, у которой сильфонная коробка 3 установлена внутри компенсатора, имеет небольшие габариты, но высокий коэффициент гидродинамического сопротивления. Ее применяют при небольших скоростях потока транспортируемого продукта.
У рассматриваемой конструкции сильфонная коробка 3 установлена в раструбе и тягами 2 и 4 через патрубок / и 6 связана с сильфоном 5. Поскольку сильфон 5 при работе находится под внутренним давлением, а сильфонная коробка 3, из которой откачан воздух — под внешним, возникающие в них распорные силы уравновешивают друг друга.
Для уменьшения гидродинамического сопротивления в некоторых конструкциях сильфонные коробки 4 вынесены наружу. У них шлангами 6 полость коробок связана с полостью трубопровода. По шлангам поступает транспортируемый продукт и создает распорную силу, которая через тяги 3 и 10, фланцы 2, 5 и 8 и патрубки 1 и 9 уравновешивает распорную силу сильфона 7.
У всех гидравлических разгруженных компенсаторов, кроме конструкции с одним сильфоном (рис. 2,а), распорная сила от давления полностью уравновешена и не передается на неподвижные опоры трубопроводов. Однако они имеют по два или три сильфона, собственная жесткость которых при сжатии или растяжении складывается. Чтобы уменьшить распорную силу, обусловленную жесткостью, рекомендуется применять мягкие многослойные сильфоны. Кроме того, конструкции сложны в изготовлении. В частности, большинство сварных швов невозможно проконтролировать неразрушающими методами дефектоскопии.
При применении механических устройств для разгрузки наибольший уравновешивающий эффект достигается у компенсаторов с однослойным сильфоном. Отечественной промышленностью выпускаются компенсаторы с цилиндрическими пружинами (рис. 3). Конструкция такого компенсатора состоит из сильфона 5 и патрубков 1 и 7. На патрубках установлены кронштейны 3 и 6, через которые с помощью тяги 4 передается сила сжатой пружины 2. Поскольку сила сжатой пружины действует постоянно, а распорная сила обусловлена давлением и жесткостью только при горячем трубопроводе, полное уравновешивание в такой конструкции получить невозможно. Рекомендуется силу сжатых пружин назначать равной половине распорной силы компенсатора, в этом случае распорная сила уравновесится на 45%.
Угловые неразгруженные компенсаторы бывают с плоскими и пространственными шарнирами. Конструкция компенсатора с плоским шарниром (рис. 4, а) состоит из сильфона 3 и патрубков 1 и 11 с кронштейнами 2 и 9. Патрубки через кронштейны соединены между собой тягами 4 и 8, которые с помощью оси 6 образуют плоский шарнир, расположенный посредине сильфона.
На некоторых конструкциях угловых сильфонных компенсаторов устанавливают защитную обечайку 10, кожух 7 и стопорный винт 5. Обечайка состоит из двух частей, входящих одна в другую с зазором, зависящим от угла изгиба компенсатора. Она выполняет ту же роль, что и в осевых компенсаторах. Кожух защищает сильфон от повреждений, а стопорный винт препятствует его изгибу при транспортировке и монтаже.
Угловые неразгруженные компенсаторы, имеющие плоские шарниры, изготовляют с однослойным сильфоном и многослойным. Параметры компенсаторов с многослойным сильфоном выше, чем с однослойным.
Известна конструкция углового компенсатора с тягами 1 и 3 (рис. 4,6), расположенными внутри сильфона 2. Такое решение уменьшает габариты компенсатора, но увеличивает гидравлическое сопротивление. Поэтому конструкция применяется на трубопроводах, в которых продукт перемещается с малой скоростью.
В некоторых конструкциях сильфон 2 (рис. 4, е) устанавливают в раструбе патрубка 4, при этом патрубок 1 входит в полость сильфона. Здесь сильфон находится под давлением, что разгружает тяги 3 и повышает устойчивость сильфона от выпучивания.
У углового компенсатора с пространственным шарниром (рис. 5, а) тяги 1 и 6 установлены на патрубках 3 и 8 в перпендикулярных плоскостях с помощью кронштейнов 2 и 7. Осями 5 и 9 тяги соединены с кольцом 10 и образуют шарнир, который позволяет изгибать сильфон 4 в любой плоскости пространства.
Сильфон у компенсатора с пространственным шарниром изгибается на больший угол, чем у компенсатора с плоскими шарнирами того же диаметра. Поэтому при разработке таких конструкций стремятся увеличить допускаемый угол изгиба, для чего используют несколько сильфонов, сваренных между собой.
Угловой компенсатор с тремя сильфонамн (рис.5,б) состоит из двух конических сильфонов 5, основания которых герметично соединены с раструбом 4, а вершины — с концами цилиндрического сильфона 3. Тяги 2, укрепленные жестко на раструбах, а также оси 1 и кольцо 8 образуют пространственный шарнир, который удерживает сильфоны от осевого растяжения, но не препятствует изгибу. Направляющие обечайки 7 с упорами 6 центрируют сильфоны и удерживают их от осевого растяжения силой, создаваемой давлением транспортируемого продукта.
Угловой разгруженный компенсатор. Неразгруженный угловой компенсатор изгибается под действием внешнего момента. Обычно он создается распорной силой, возникающей в сжатом трубопроводе, которая передается на компенсатор через плечо, образованное изгибом трассы. Распорная сила действует не только на компенсатор, но и на опоры, что требует обязательного жесткого крепления трубопровода. В некоторых случаях это невозможно, тогда применяют угловые разгруженные компенсаторы.
Принцип действия такого компенсатора основан на использовании распорной силы, обусловленной давлением транспортируемого продукта. Для изгиба сильфона плоские шарниры смещены относительно оси сильфона на величину Нш (рис. 6).
Поскольку давление в полости сильфона возникает мгновенно после пуска насоса, а разогрев трубопровода происходит постепенно, изгибающий момент создается раньше удлинения, что обеспечивает надежную работу компенсатора.
Конструкция углового разгруженного компенсатора состоит из сильфона 2 и приваренных к нему патрубков 1 и 3, На них установлены кронштейны 4, соединенные между собой попарно тягами 5 и пальцами 6. Для ограничения угла изгиба на патрубки приварены упоры 7.
Поворотные компенсаторы, как и угловые, бывают разные по конструкции. Компенсатор с одним сильфоном 3 (рис. 7, а) состоит из двух патрубков 1 и 6, которые через кронштейны 2 и 5 связаны между собой тягами 4 и 7 со сферическими шарнирами на концах. Каждый шарнир состоит из вогнутой и выпуклой сферических шайб 10 и 9 и двух гаек.
Широкое распространение получила конструкция компенсаторов с двумя сильфонами (рис. 7,6). В ней сильфоны 1 и 3 соединены промежуточным патрубком 4. Для повышения устойчивости на патрубок установлен кронштейн 2 с шаровым шарниром, состоящим из шара с отверстием 5, крышки 7 и винтов 6.
В некоторых конструкциях сферические шарниры, сложные в изготовлении, заменяют на плоские или пространственные.
Поворотный компенсатор с плоскими шарнирами (рис. 7, в) имеет четыре шарнира, образованных тягами 1, 2, 3 и осью 4. Он применяется для трубопроводов с изгибами, расположенными в одной плоскости. Для других трубопроводных трасс используют компенсаторы с пространственными шарнирами (рис. 7,г). Шарнир такого компенсатора состоит из «сухаря» 6 осей 2, 5, 8, 9 и тяг 1, 3, 4 и 7.
