» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
 » Все публикации автора

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Сентябрь, 2017 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №6 2017

Автор: Глебович Станислав Александрович, аспирант
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Анализ устойчивости сильфонного компенсатора при испытаниях

Статья просмотрена: 434 раз

УДК 62-45

АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ СИЛЬФОННОГО КОМПЕНСАТОРА ПРИ ИСПЫТАНИЯХ

Глебович Станислав Александрович
аспирант
Федеральное государственное образовательное
бюджетное учреждение высшего образования
Тульский государственный университет

Начальник испытательной лаборатории

ООО «ТПЗ-Сервис»

Аннотация: При оценке устойчивости трубопроводной системы следует различать устойчивость трубопровода и устойчивость собственно сильфонного компенсатора.

Устойчивость - способность сильфона выдерживать внутреннее давление без разрушения витков.

Ключевые слова: компенсаторы, устойчивость трубопровода, локальная устойчивость, осевая устойчивость.

 

Для предотвращения опасных деформаций устанавливают компенсаторы. Компенсаторы, пружиня, воспринимают удлинение - при повышении температуры, или укорочение - при понижении температуры металла трубы.

Для компенсации удлинении используют повороты, и загибы трубопроводов, представляющие часть трубопровода, изогнутого в виде буквы П, которые обеспечивают естественную компенсацию или самокомпенсацию удлинений, их называют П- образные компенсаторы.

Широкое распрастронение для газопроводов получили линзовые компенсаторы. Линзовый компенсатор, устанавливаемый на трубопроводах, работающих под избыточным давлением 3—6 кгс/см2, герметичен, прост в изготовлении и эксплуатации. Линзовый компенсатор, применяемый для трубопровода диаметром до 500 мм и состоящий из сваренных стальных дисков волнистой формы, способных, пружиня, поглощать температурные изменения. Предварительная растяжка или сжатие компенсатора должны производиться непосредственно перед их установкой с учетом температуры окружающего воздуха. Линзовые компенсаторы устанавливают обычно в колодцах, вместе с задвижкой. Большим достоинством обладают сильфонные компенсаторы для установки на газопроводах в котельной. Имеет вид винтообразного гофрированного шланга. Они воспринимают деформации в продольных (ход), поперечных (сдвиг) и угловых (поворот) перемещений. В котельной на трубопроводах водоснабжения применяют: Резиновые антивибрационные компенсаторы (муфтовые, фланцевые) предназначены для снижения шума, вибрации, гидравлических ударов, для компенсации продольных, поперечных смещений, сдвига. Компенсаторы сделаны из жаростойкой синтетической резины специальной композиции, превосходящей по своим качествам натуральную резину.

Это создает повышенную стойкость к воздействию горячей воды и постоянную устойчивость давлению в течение длительного периода времени. Благодаря мягкому каркасу и легкости его деформирования компенсатор быстро и легко присоединяется к трубопроводу даже несмотря на возможное несоответствие между трубами (отклонение от оси, смещение).

Сильфонные компенсаторы применяются для компенсации температурного расширения трубопроводов: для предотвращения разрушения труб при их деформации; для компенсации несоосности в трубопроводных системах, возникшей вследствие монтажных работ; для изолирования вибрационных нагрузок от работающего оборудования и потока транспортируемой среды.

Применение осевых сильфонных компенсаторов нарушает сплошность трубопровода и привносит в систему силы, «распирающие» трубопровод в осевом направлении, практически не зависящие от температурной деформации (рис. 1). Если теряет устойчивость сплошной трубопровод, то происходит боковое отклонение участка с наименьшей устойчивостью от начального положения оси трубопровода. При этом трубопровод отклоняется на величину, ограниченную температурным удлинением трубопровода. В случае же потери устойчивости трубопровода с осевым компенсатором отклонение трубопровода от его начального положения продолжается до полного растяжения компенсатора или до состояния, при котором распорное усилие компенсатора уравновешивается сопротивлением растяжению (возможно при небольших диаметрах или малых давлениях среды).

Рис.1. Потеря устойчивости трубопровода без компенсатора и потеря устойчивости трубопровода с осевым сильфонным компенсатором

При оценке устойчивости трубопроводной системы следует различать устойчивость трубопровода и устойчивость собственно сильфонного компенсатора.

Устойчивость - способность сильфона выдерживать внутреннее давление без разрушения витков.

Устойчивость сильфонного компенсатора разделяется на два типа:

1. Осевая (продольная) устойчивость – устойчивость компенсатора как гибкого сжимаемого стержня. При потере устойчивости происходит изгиб продольной линии компенсатора. Чем больше компенсирующая способность сильфона и его длина, тем более жестким он должен быть. Чем больше эффективная площадь сильфона – тем более жестким должен быть компенсатор.

2. Локальная устойчивость (устойчивость в плоскости гофров) – при потере локальной устойчивости происходит изгиб или поворот плоскости гофра таким образом, что плоскость этих гофров больше не является перпендикулярной оси сильфона. Чаще всего это встречается у сильфонов с относительно маленьким отношением длины к диаметру при большой высоте гофра.

Устойчивость собственно сильфона при нормальном перемещении его патрубков должен обеспечить завод-изготовитель.

Обычно, в основе проверки на устойчивость лежит уравнение критической силы Эйлера.

где μ –коэффициент приведения длины - параметр, зависящий от способа закрепления концов трубопровода, конструкции компенсатора и наличия промежуточных (направляющих опор)

E – модуль упругости;

I – момент инерции сечения;

l – длина участка.

Силы трения скользящих опор стабилизируют трубопровод в горизонтальной плоскости, вес трубопровода оказывает стабилизирующее воздействие в вертикальной плоскости. Расчет критической силы следует проводить сначала для горизонтальной плоскости, а затем – для вертикальной. При этом, если обеспечивается устойчивость в горизонтальной плоскости, расчет устойчивости в вертикальной плоскости проводить не требуется. Но если трубопровод неустойчив в горизонтальной плоскости, его следует стабилизировать направляющими опорами и проверить на вертикальную устойчивость. Такое разделение необходимо для снижения стоимости направляющих опор, т.к. для стабилизации трубопровода в горизонтальной плоскости достаточно стандартных скользящих опор с направляющим элементом (например, уголки, бортики, приваренные к опорной пластине), а для стабилизации в вертикальной плоскости направляющая опора должна быть охватывающего типа.

Разрушающие испытания основных материалов и сварных соединений для сильфонных компенсаторов проводятся в соответствии с утвержденной методикой аттестованными контролерами. Испытание механических свойств материала и сварных соединений:

- на растяжение,

- на ударный изгиб,

- на изгиб,

- испытание на межкристаллитную коррозию,

- спектрофотометр - для исследования химического состава материала,

- металлографическое исследование структуры основного металла и сварных соединений,

- исследования безотказной работы компенсатора.

Неразрушающий контроль сварных соединений должен проводится в соответствии с утвержденной методикой и аттестованными контролерами.

Для проведения контроля применяются следующие методы.

Радиографический контроль сварных соединений. Оценка результатов контроля проводится по утвержденным нормам и правилам.

Капиллярный контроль сварных соединений. Оценка результатов контроля проводится по утвержденным нормам и правилам.

Контроль внешним осмотром и измерением. Контроль размеров компенсаторов (проводят при температуре окружающей среды.). Оценка результатов контроля проводится по утвержденным нормам и правилам.

Испытание компенсаторов на прочность проводится гидравлическим давлением Рпр=1,5 Рраб. В соответствии с инструкцией завода изготовителя в качестве испытательной среды используется питьевая вода. Продолжительность выдержки компенсатора под давлением – 30 минут. Появление течей и остаточных деформаций не допустимо.

Испытание на герметичность компенсатора проводится после испытания компенсаторов на прочность. Испытания на герметичность проводится пневматическим давлением равным 0.2 - 0.6 МПА, «пузырьковым методом» в течении 30 минут Появление пузырьков воздуха недопустимо.

На всех сварные соединениях сильфонного компенсаторов проводится 100% контроль неразрушающими методами.

Для проверки качества сильфонных компенсаторов проводят их испытания. Компенсаторы проверяют гидравлическим методом. Перед началом гидравлических испытаний сильфонных компенсаторов проводят замеры размеров сильфона.

Для проверки качества сильфонных компенсаторов проводят их испытания. Компенсаторы проверяют гидравлическим методом. Перед началом гидравлических испытаний сильфонных компенсаторов проводят замеры размеров сильфона.

Если при проведении гидравлических испытаний сильфонный компенсатор изменился в размера больше чем на 15% и компенсаторы, которые были растянуты (сжаты) более чем на 10% от максимальной компенсирующей способности должны быть заменены. Каждая замена сильфонного компенсатора должна быть согласована с проектантами.

Если в процессе гидравлических испытаний была обнаружена течь, то необходимо прекратит испытания и отбраковать компенсатор. Если данная ситуация произошла с линзовым компенсатором, то  устранить протечку сварного шва производят после откачки воды газовой горелкой. По окончанию сварки или замены компенсаторов гидравлические испытания проводят снова.

В результате проведённых исследований выявлены предпосылки для широкого внедрения сильфонных компенсаторов в магистральных трубопроводах с целью повышения устойчивости, надёжности и технико-экономической безопасности объектов при минимальных капитальных затратах.



Список литературы:

  1. Давыдова Д.Г. Дефекты технологических трубопроводов // Промбезопасность Приуралья. 2012. №8. С. 14–15.
  2. Биргер И.А., Пановко Я.Г. Прочность. Устойчивость. Колебания-т1.-М.: Машиностроение, 1968г.
  3. Вольмир А.С. Устойчивость деформируемых систем. – 2-е изд., перераб. и доп.-М.:Наука, 1967г.
  4. Кузин Е.В., Логунов В.В., Поляков В.Л. Устойчивость трубопроводов с осевыми сильфонными компенсаторами. – Иркутск. Журнал "Новости теплоснабжения", № 07 (131), 2011.
  5. Фесик С.П. Справочник по сопротивлению материалов.-2-е изд., перераб. и доп.-К.:Будiвельник, 1982г.


Комментарии:

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: