Резиновый компенсатор как гарант безопасности трубопроводных систем

Резиновые компенсаторы в трубопроводных системах широко используют российские проектанты тепловых и атомных станций, конструкторские бюро. Также данное оборудование нашло применение в энергетике и в дренажных системах грунтовых вод. Надежная и эффективная работа резиновых компенсаторов подтверждена их успешной эксплуатацией на тепловых и атомных электростанциях Индии, Франции, Германии, Италии и стран Скандинавии.

Резиновые компенсаторы используются для компенсации температурных расширений и осевых, сдвиговых и угловых смещений, а также являются одним из самых эффективных способов подвода к конденсаторам турбины большого объема охлаждающей воды. Резиновые компенсаторы широко применяются во многих отраслях промышленности благодаря своим характеристикам и многофункциональности:

• компенсация температурных расширений;
• компенсация осевых, сдвиговых и угловых смещений;
• обладают звукоизоляционными свойствами;
• компенсация неточности трубопроводных линий;
• снижают ударную волну в системе трубопроводов;
• устойчивость по отношению к вакууму и давлению;
• коррозийная стойкость;
• надежность и безопасность;
• долгий срок эксплуатации;
• не требует ухода;

• способность балансировать соотношение гибкости и давления.

Технические характеристики резиновых компенсаторов

Резиновый компенсатор представляет собой компенсатор с гибким элементом. Гибкая часть изготавливается из натуральной или синтетической резины с текстильным, нейлоновым или металлическим армированием. Фланцевые соединения производятся из стали, нержавеющей стали и резины в зависимости от условий эксплуатации. Резиновые компенсаторы изготавливаются из натуральной или синтетической резины. В качестве материалов используются EPDM, Perbunan NBR, Hypalon CSM, Chloroprene CR, Butyl IIR, Viton и т.д.

Выбор технических характеристик материалов зависит от эксплуатационных условий конкретных трубопроводов. Широко используется резина Е.Р.D.М., т.к. в процессе эксплуатации она не выделяет вредных токсических веществ. Резина Е.Р.D.М. классифицируется как материал В2, что означает, согласно европейским стандартам, "нормальная воспламеняемость". После воспламенения резина Е.Р.D.М. "самозатухает" через 17 секунд.

Конструкция, строительные длины и форма компенсаторов координируются индивидуально с учетом параметров трубопровода и среды: температуры, давления, осевых, боковых и угловых перемещений, распорных усилий, а также скорости потока и химического состава среды.

Работа и эксплуатация резиновых компенсаторов

Резиновый компенсатор в зависимости от конструкции может компенсировать различные смещения, например осевое смещение, за счет способности сильфона либо сокращать, либо увеличивать свою длину в зависимости от вида смещений в трубопроводных линиях.

Работа резинового компенсатора заключается в снижении нагрузки и усилия, действующего на патрубки конденсатора турбин и уменьшения давления трубопроводов на стены турбинного зала при пуске, разогреве, остановке и расхолаживании энергетической установки. Также благодаря компенсаторам снижается уровень шума и вибрации при работе насосного оборудования.

В случае потери герметичности резиновый компенсатор выходит из строя. Коэффициент эксплуатационной готовности данного оборудования составляет 0,995 согласно ГОСТ 27.002-89. При поставке от производителя твердость по Шору (А) резины E.P.D.M составляет 60°±5°. Во время эксплуатации рекомендуется постоянно проводить визуальный и измерительный контроль, а также контролировать искривления, прогибы и неустойчивость сильфонов. Направляющие элементы компенсатора, предназначенные для перемещения, должны быть проверены на отсутствие защемления. Любые непредвиденные искривления и смещения должны быть зафиксированы, внимательно рассмотрены и оценены компетентными проектными органами.

При эксплуатации резиновый компенсатор должен быть защищен от воздействия прямых солнечных лучей и не подвергаться высокому давлению, перекручиванию и загрязнению. Компенсаторы подлежат замене при твердости 85° по Шору (А). Расчетный срок службы резинового элемента при расчетных параметрах обычно составляет более 20 лет. В настоящее время разработаны уникальные способы слежения за остаточным сроком службы компенсаторов, что исключает возможность неожиданного разрыва трубопровода. При этом резиновый компенсатор в течение всего срока службы не нуждается в обслуживании, а коэффициент его запаса прочности составляет более шести по отношению к разрывному давлению. Подобные компенсаторы выдерживают циклические смещения относительно первоначального положения при монтаже, кратковременные деформации осевого сжатия или удлинения, а также кратковременные деформации в боковом направлении. Также данное оборудование допускает внезапное прекращение циркуляции жидкости, формирование вакуума и последующее резкое восстановление, после чего сохраняет свою работоспособность и устойчивость.

Например, резиновый компенсатор диаметром от 1200- 2400мм с одной аркой имеет следующие смещения: допустимый угол изгиба +/-(1-2) град., допустимая деформация в осевом положении вдоль оси +/- (20-25) мм, допустимая деформация в поперечном положении +/- (10 -15) мм. Резиновые компенсаторы с внутренним антивакуумным кольцом устанавливаются в трубопроводных системах с низким давлением, где в процессе эксплуатации возможно образование вакуума.

Рис.1 - Угловой, сдвиговой и осевой резиновый компенсаторы с одной аркой.

Резиновые компенсаторыс несколькими арками применяются для компенсации экстремальных осевых, боковых и угловых смещений. При этом стальные фланцы с опорным хомутом и металлическими или армированными кольцами между арками стабилизируют плавное движение при компенсации осевых перемещений. Фланцы упорные, фланцы ответные, патрубки и метизы изготавливаются из углеродистой стали.

Рис. 2 - Резиновые компенсаторы с несколькими арками.

Проектирование и изготовление резиновых компенсаторов

В процессе производства каждый агрегат проходит испытания на прочность и герметичность. В качестве испытательной среды выступает вода при давлении в 1.5 раза превышающее расчетное давление. При изготовлении качество резиновых компенсаторов подтверждается планами качества. Необходимые для изготовления компенсатора резина, ткани и металлы подтверждаются сертификатами заводов-производителей и проходят входной контроль на предприятии-изготовителе резинового компенсатора. Проектирование данных агрегатов проводится на основании подготовленного заказчиком технического задания по аттестованным методикам.

В комплект поставки резинового компенсатора входят резиновая вставка, арочная перемычка, фланец упорный, фланец ответный патрубки, метизы, установочные чертежи, паспорт изготовителя, инструкции на эксплуатацию и транспортировку, хранение и консервацию, а также планы качества. Агрегаты изготавливаются диаметром до 4000 мм. При этом стоимость производства резинового компенсатора, особенно больших диаметров, в несколько раз ниже, чем сильфонного металлического компенсатора такого же диаметра, т.к. его производство не требует вспомогательного дорогостоящего оборудования. Резиновые компенсаторы могут работать с агрессивной средой, при температуре до 200°С. В этом случае внутренняя поверхность обрабатывается силиконом. Для работы резинового компенсатора в агрессивной коррозионной среде внутренняя обшивка компенсатора изготавливается из флуоресцирующего эластомера или Р.Т.F.E- политетрафторэтилена.

Проектирование и изготовление резиновых компенсаторов проводится на предприятиях, сертифицированных системой менеджмента качества.

Проектирование элементов сильфона зависит от давления и диаметра трубопровода. Необходимо знать проектное, рабочее и пробное давление, которому будет подвергаться сильфон. Давление должно обязательно учитываться при расчете толщины сильфона и соединений компенсатора. Чем выше давление, тем больше толщина материала сильфона. Обычно этот элемент проектируется с расчетом на более высокое давление, чем проектное или рабочее давление.

Рис. 4 - Эффект действия внутреннего давления на резиновый компенсатор. 

Суммарная осевая сила, действующая на трубопровод, вычисляется согласно нижестоящей формуле: Fx = Fs + Fa = 3.14×Dm2×/4×Pd+fw×ex Реактивная сила, обозначенная Fs , относится к компенсатору с внутренним давлением. Давление равняется эффективной площади сильфона, умноженной на рабочее давление (Pd). В то же время надо учитывать возможные смещения сильфона (Fa), равные постоянному коэффициенту осевой жесткости (fw), умноженному на величину смещения (ex). А также надо учитывать возможные боковые смещения сильфона (Fl), равные постоянному коэффициенту боковой жесткости (fl), умноженному на величину смещения (el).

Боковая сила вычисляется согласно нижестоящей формуле: Fl = fl×el Смещения, образующиеся вследствие действия температур на трубопроводную систему во время ее эксплуатации, рассчитывается при помощи формулы: ΔL= L×Δt×α ΔL - удлинение (мм) L - длина трубы (м) Δt - разница температур α - коэффициент удлинения (мм/м x ºC)

Всегда важно помнить, что сильфон - это живая конструкция, которая изменяет форму в зависимости от усилий, действующих на него. Смещение сильфона можно выразить количественно, а при известных величинах температуры и коэффициента теплового расширения материала трубы можно рассчитать смещение, воспринимаемое сильфоном.

Определение разрывного давления компенсатора проводится по формуле:

P - разрывное давление (бар) N – количество слоев корда Z – плотность нитей – количество нитей на 1 см F – разрывная прочность нитей R – радиус арки (половина диаметра) R1 – радиус гофра арки A – угол профиля нитей.

Величина разрывного давления компенсатора в несколько раз превышает рабочее давление.

Рис.5 - Установка резиновых компенсаторов для снижения вибраций, возникающих в результате работы насосов в трубопроводной системе.

Рис.6 - Установка универсальных резиновых компенсаторов для снижения осевых перемещений.

Рис.7 - Установка резиновых компенсаторов для монтажа специальных устройств.

Рис.8 - Установка угловых резиновых компенсаторов для снижения угловых перемещений.

Рис.9 - Установка сдвиговых резиновых компенсаторов для снижения поперечных (сдвиговых) перемещений.