Часть 2

РИСУНОК В14

На Рисунке B14 показан типовой способ применения связанного сдвоенного Компенсатора в "Z"-образной секции, расположенной в трех плоскостях. Так как Компенсаторы могут поглотить боковое отклонение в любом направлении, два горизонтальных плеча трубопровода могут лежать под любым углом в горизонтальной плоскости.

РИСУНОК B15

В случаях, когда сдвоенный Компенсатор должен поглотить осевое перемещение помимо своего собственного теплового расширения, он не может функционировать в виде связанного Компенсатора и должен использоваться в сочетании с основными креплениями для поглощения нагрузки давления.

Один из таких случаев показан в Рисунке B15. Относительное расширение между этими двумя резервуарами приводит и к осевому перемещению, и к боковому отклонению на Компенсаторе. Оба резервуара должны проектироваться с учетом необходимости поглощения нагрузки основного крепления. Для распределения перемещения между сильфонами и управления их перемещениями могут использоваться управляющие стержни или пантографические звенья.

В конструкции сдвоенных Компенсаторов возможны многочисленные модификации. Стержни, пантографические звенья, вильчатые шарниры, или внешние структурные элементы могут использоваться в горизонтальной установке, например там, где желательно поддерживать центральную секцию трубопровода с Компенсатором независимо от сильфонов. В системе, расположенной в одной плоскости, стержни могут быть заменены двумя шарнирно закрепленными штангами с обоих концов Компенсатора. Это конструкция настолько распространена, что ей присвоено стандартное наименование "Качающийся сильфонный компенсатор". В некоторых случаях два комплекта коротких управляющих стержней, каждый из которых охватывает один из двух сильфонов универсального Компенсатора, используются вместо показанных на большинстве рисунков стержней, охватывающих весь Компенсатор целиком. Такая конструкция часто используется там, где Компенсаторы должны поглотить осевое перемещение, и где управляющие стержни используются для контроля и обеспечения устойчивости, а не для уравновешивания нагрузки давления. Это может быть обусловлено очень большой длиной Компенсатора относительно своего диаметра, или большим количеством витков, используемым в каждом сильфоне Компенсатора, или тем, что Компенсатор подвергается воздействию внешних сил.

РИСУНОК В16       РИСУНОК В16B

Может оказаться желательным включение в конструкцию Компенсатора управляющих устройств для предотвращения чрезмерного смещения сильфонов и относительно свободного участка трубопровода между ними. Рисунки B16A и B16B показывают два вида средств управления, которые могут использоваться с этой целью. На рисунке B16A короткие стержни используются для охвата каждого из сильфонов Компенсатора. Ограничители устанавливаются на стержнях для того, чтобы при достижении Компенсатором своего номинального бокового отклонения, ограничители упирались в элементы, жестко закрепленные на трубных частях Компенсатора.

На рисунке B16B показано аналогичное устройство, адаптированное к Компенсатору со стержнями по всей длине. Ограничители стержня упираются в пластину или ухо, закрепленное на центральной части трубы, и перемещение этой части за пределы своего номинального отклонения ограничиваются. Чтобы добиться максимальной степени контроля при использовании этих устройств, ограничители обычно ориентируют в плоскости результирующего перемещения Компенсатора, создавая максимальный рычаг, а так же обеспечивая большую чувствительность к малым перемещениям. Устройства такого характера обычно устанавливаются изготовителем, в зависимости от особенностей конструкции Компенсатора.

Несмотря на многоцелевое назначение сдвоенных Компенсаторов, их использованию иногда препятствует конфигурация трубопровода, эксплуатационные режимы или даже ограничения, обусловленные процессом изготовления и транспортировки. Могут оказаться нежелательными или невозможными изготовление, транспортировка к месту эксплуатации и монтаж сдвоенных  Компенсаторов, которые охватывали бы всю длину углового колена трубы, когда, например, длина бокового плеча "Z"-образного колена слишком велика. Когда Компенсаторы имеют слишком большую длину относительно своего диаметра, гибкость стержней, охватывающих всю длину, может уменьшить эффективность контроля, и центральный участок трубопровода потеряет свою устойчивость. Другие типы Компенсаторов могут обеспечить лучшее решение, когда встречаются подобные ограничения.

СИЛЬФОННЫЕ КОМПЕНСАТОРЫ, УРАВНОВЕШЕННЫЕ ПО ДАВЛЕНИЮ

Компенсаторы с уравновешенным давлением применяются наиболее часто в ситуациях, подобных рассмотренным для одиночных Компенсаторов, но там, где нагрузка давления на трубопровод или оборудование считается чрезмерной или нежелательной. Главное преимущество конструкции с уравновешенным давлением состоит в ее способности поглотить приложенное извне осевое перемещение без создания нагрузки давления на систему. Сила, обусловленная коэффициентом упругости сильфонов, не устраняется. Фактически, она обычно увеличивается по сравнению с одиночным Компенсатором, так как должны быть сжаты или удлинены и сильфон потока, и уравнительный сильфон, и на трубопровод или оборудование воздействует объединенная осевая сила. Так как силы, перемещающие сильфоны, имеют в общем случае низкий порядок величины, они обычно не являются нежелательными, кроме случаев, включающих чрезвычайно легкое оборудование с малым зазором между движущимися частями, которые могли бы быть затронуты маленькими силами.

РИСУНОК B17

На Рисунке B17 показан типовой способ применения Компенсаторов с уравновешенным давлением для поглощения совокупного осевого перемещения и бокового сдвига. И крепление на конце секции трубопровода, и крепление, расположенное на турбине, являются промежуточными креплениями, и требуются только задающие направляющие. При правильном проектировании направляющая, расположенная непосредственно над турбиной, может поглощать силы осевого перемещения Компенсатора, не передавая их на турбину. Единственная приложенная к турбине сила — это та, которая необходима для отклонения Компенсатора в боковом направлении.

РИСУНОК B18

На рисунке B18 показан другой способ применения с турбиной, но в этом случае точка крепления турбины расположена на некотором расстоянии от Компенсатора, и расширение турбины между ее креплением и Компенсатором поглощается как боковое отклонение. В центральной трубной части Компенсатора используется промежуточное крепление. Так как Компенсатор расположен близко к турбине, направляющая между турбиной и Компенсатором не нужна.

РИСУНОК B19

Рисунок В19 показывает, что Компенсаторы с уравновешенным давлением могут использоваться при изменениях направления, отличающихся от 90°. В этом случае увеличение размеров более длинного участка трубопровода поглощается Компенсатором как осевое перемещение, в то время как тепловое расширение углового колена трубопровода создает как осевую, так и боковую составляющие отклонения Компенсатора. Только промежуточные крепления требуются на концах линий, и используются задающие направляющие. Направляющая на угловом колене трубопровода может использоваться для поглощения силы осевого перемещения Компенсатора, если трубопровод не обладает достаточной жесткостью, чтобы передать это усилие непосредственно на промежуточное крепление.

РИСУНОК B20

Рисунок B20 показывает общую область применения, для которой хорошо подходят Компенсаторы с уравновешенным давлением. При различных условиях технологического процесса резервуар и вертикальная труба могут расширяться с разными скоростями. Путем установки Компенсатора с уравновешенным давлением как показано на рисунке, разность вертикальных перемещений поглощается как осевое перемещение Компенсатора, а тепловое расширение относительно осевой линии технологического резервуара в направлении трубопровода поглощается как боковое отклонение. В этом случае трубопровод может быть зафиксирован промежуточным креплением у основания и снабжен задающей направляющей, установленной рядом с Компенсатором.

Во многих случаях отсутствует какая-либо внешняя структура в верхней части технологического резервуара, и направляющая должна быть соединена с резервуаром непосредственно. Использование такой конструкции может привести к созданию некоторой изгибающей нагрузки на трубопровод, особенно там, где резервуар имеет большую высоту и испытывает нагрузки вследствие ветрового давления или аналогичных воздействий. Когда направляющая присоединена к жесткой внешней структуре, Компенсатор должны быть спроектирован так, чтобы поглотить отклонение, созданное ветровой или другой подобной нагрузкой, как боковое отклонение.

РИСУНОК B21

Там, где имеют место значительные боковые отклонения, должны использоваться универсальные Компенсаторы с уравновешенным давлением. В этой конструкции со стороны потока в Компенсаторе используются два сильфона, и один сильфон с уравнительной стороны. Обычно в случае правильного проектирования ограничительных стержней, обеспечивающего их вращение или поворот в точках крепления, уравнительные сильфоны будут испытывать только осевое перемещение, как показано на Рисунке B21.

Чтобы Компенсатор с уравновешенным давлением функционировал должным образом, осевое давление, сдерживаемое ограничительными стержнями, должно превышать силы осевого перемещения Компенсатора. Для областей применения при большом диаметре и низком давлении использование Компенсатора с уравновешенным давлением для устранения нагрузки давления может оказаться невозможным или, в лучшем случае, эффект может быть сомнительным. В таких случаях следует рассмотреть какую-либо другую конструкцию Компенсатора. Компенсаторы с уравновешенным давлением не рекомендуются к использованию там, где соединение, уравнивающее давление между сильфонами потока и уравнительными сильфонами, может оказаться закупоренным или заблокированным рабочей средой потока или загрязняющими примесями. Где это допускают условия потока, проблема может быть решена путем использования в качестве центральной трубной секции Компенсатора тройника вместо прямоугольного колена. В некоторых случаях давление для уравнивающей стороны Компенсатора подводится от отдельного источника давления, но такая схема считается достаточно опасной. Отказ контура управления или даже задержка регулирующего воздействия могут привести к тому, что нагрузка давления частично или полностью будет приложена к трубопроводу или оборудованию, таким образом, нивелируя весь положительный эффект, который был достигнут за счет использования Компенсатора с уравновешенным давлением.

Компенсаторы с уравновешенным давлением используются, чтобы снять нагрузку с оборудования, такого как насосы, компрессоры и турбины. Во многих случаях стоимость с Компенсаторов уравновешенным давлением будет незначительна по сравнению со стоимостью дополнительного оборудования, трубопроводов и зданий, которые были бы необходимы для обеспечения безопасного функционирования оборудования без Компенсатора.

ПОВОРОТНЫЕ КОМПЕНСАТОРЫ

Поворотные компенсаторы обычно используются комплектами по два или по три для поглощения бокового отклонения в одном или в нескольких направлениях в трубопроводной системе, расположенной в одной плоскости. Перемещение каждого отдельного Компенсатора в такой системе ограничено исключительно угловым вращением на его шарнирах. Каждая пара поворотных компенсаторов, разделенных сегментом трубопровода, будет действовать совместно, чтобы поглотить боковое отклонение почти таким же способом, как качающиеся или универсальные Компенсаторы, применяемые в трубопроводной системе, расположенной в одной плоскости. Для данного углового вращения отдельных Компенсаторов амплитуда бокового отклонения, которое может поглотить пара поворотных компенсаторов, прямо пропорциональна расстоянию между осями их шарниров. Чтобы использовать Компенсаторы наиболее эффективно, это расстояние должно быть как можно больше.

Шарниры Компенсаторов обычно предназначаются для полного поглощения осевого давления Компенсатора и могут быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать вес трубопровода и оборудования, ветровые нагрузки или аналогичные приложенные извне силы. Когда ожидается наличие таких внешних сил, их направление и амплитуда должны быть указаны изготовителю Компенсаторов, чтобы шарниры могли быть спроектированы надлежащим образом, с учетом необходимости противостоять этим силам.

РИСУНОК B22

Рисунок B22 иллюстрирует использование системы с двумя шарнирами для поглощения основных тепловых расширений в плоской "Z"-образной секции. Так как осевое давление поглощается шарнирами на Компенсаторах, только промежуточные крепления требуются на каждом конце трубопроводной системы. Тепловое расширение углового колена, содержащего Компенсаторы, должно быть поглощено за счет изгиба сегментов трубопровода перпендикулярных угловому колену, так как перемещение Компенсаторов ограничено исключительно их угловым вращением на шарнирах, а возможность расширения или сжатия отсутствует. Величина изгибающего отклонения, приложенная к каждому из двух длинных плеч трубопровода, может быть отрегулирована за счет надлежащей конструкции направляющих и опор. Когда одно длинное плечо достаточно гибко, чтобы поглотить все тепловое расширение углового колена, положение другого длинного плеча можно контролировать таким образом, чтобы разрешить только продольное перемещение. Планарные направляющие, показанные на концах длинных участков трубопровода около прямоугольного колена, предназначены только для сохранения плоской структуры трубопроводной системы и должны обеспечивать возможность отклонений длинных плеч трубопровода за счет их изгиба. При расчете зазоров в направляющей следует учесть тот факт, что тепловое расширение плеча углового колена, содержащего Компенсаторы, будет частично компенсировано сокращением длины вследствие смещения центральной секции трубопровода. Последним эффектом можно пренебречь только там, где расстояние между осями шарнира является очень большим и боковое смещение невелико. Этот эффект может быть минимизирован за счет растяжки Компенсаторов в холодном состоянии до 50 % от полного номинального отклонения.

Из-за способности шарниров передавать нагрузки, система опор шарнирной трубопроводной системы может часто упрощаться. Если предположить, что Рисунок B22 — вертикальная проекция, а верхнее плечо трубопровода достаточно гибко, чтобы полностью поглотить расширение вертикального плеча, то появляется возможность использования скользящих опор на нижнем горизонтальном участке для поддержки его веса и ограничения его перемещения исключительно продольным перемещением. Используя жесткость шарниров, существенную часть веса верхнего горизонтального плеча можно также нести на этих нижних опорах. Нужно отметить, что ближайшие к вертикальному плечу скользящие опоры должны быть спроектированы таким образом, чтобы противостоять силе, требуемой для отклонения трубопровода. Пружинные опоры должны использоваться по всей длине верхнего горизонтального плеча, где происходит изгиб. За пределами изгиба, могут использоваться скользящие опоры.

РИСУНОК B23

При размещении поворотных компенсаторов для более эффективного использования нужно отметить, что шарниры не должны быть коллинеарными, чтобы функционировать должным образом. Рисунок B23 иллюстрирует систему из двух поворотных Компенсаторов, аналогичную схеме на Рисунке B20, где применялся Компенсатор с уравновешенным давлением. В этом случае Компенсаторы будут поглощать только разницу вертикального расширения резервуара и трубопроводного стояка. Любое горизонтальное перемещение вследствие расширения трубопровода, вибрации и ветровых нагрузок будет поглощено за счет изгиба вертикального плеча трубы. Планарная направляющая может быть установлена около вершины резервуара под прямым углом к плоскости трубопровода, чтобы защитить поворотные компенсаторы от ветровых нагрузок.

Крепление, показанное у основания вертикального стояка, является только промежуточным креплением, так как нагрузка давления поглощается шарнирами Компенсаторов. Это крепление должно быть способно выдерживать действие сил, создаваемых при изгибе вертикального стояка. В зависимости от размеров и веса трубопроводной системы, полная опора может быть создана технологическим резервуаром и промежуточным креплением. Если требуются дополнительные опоры, должны использоваться опоры пружинного типа. Вертикальный трубопровод может быть растянут в холодном состоянии для уменьшения изгибающих сил; при этом шарниры используются для противодействия усилию холодной растяжки.

Когда трубопровод плоской системы недостаточно гибок, чтобы поглотить отклонения изгиба, создаваемые в системе с двумя шарнирами, или когда создаваемые вследствие такого изгиба нагрузки превышают допустимые пределы для связанного оборудования, может использоваться система из трех поворотных компенсаторов. Рисунок B24 иллюстрирует систему из трех поворотных компенсаторов в плоской "Z"-образной секции. Тепловое расширение угловой секции трубопровода поглощается действием Компенсаторов В и C. Поэтому очевидно, что Компенсатор В должен быть способен поглотить полностью совокупность вращений Компенсаторов A и C.