Линзовые компенсаторы — плюсы и минусы

При проектировке системы трубопроводов важно учитывать компенсацию тепловых расширений. Данное явление проявляется даже в том случае, когда температура рабочего вещества в значительной степени не меняется. Проблема заключается в том, что при увеличении длины труб элементы конструкции трубопровода начинают испытывать нагрузки, которые могут достигать предельных значений. Все это может привести к разрушению конструкции с последующим выбросом рабочего вещества в окружающую среду. Поэтому перед проектированием конструкции следует определиться с выбором модели компенсирующих устройств. В статье мастер сантехник расскажет о особенностях линзовых компенсаторов.

Описание линзового компенсатора

Компенсаторы линзовые — это устройства, применяемые при прокладке трубопроводов. Основной функцией таких устройств является снижение различного рода напряжений на фланцевые и сварные соединения, которые возникают вследствие температурной деформации трубопровода.

В основу принципа действия линзового компенсатора положена способность П-образного профиля упруго реагировать на усилие, которое передается боковым стенкам. Прямоугольный или округлый контур, выполненный из профилированного листа, образует линзу. Именно она является основной частью, из которой состоит любой линзовый компенсатор. Такое конструктивно простое устройство способно компенсировать осевые смещения за счет деформации профиля. Чтобы увеличить ход компенсатора, его снабжают одной, двумя, тремя и более линзами (однолинзовый, двухлинзовый, трехлинзовый, четырехлинзовый и т.д.).

Различают осевые и угловые линзовые компенсаторы:

• Компенсатор линзовый осевой (КЛО) способен обеспечивать гашение нагрузок при продольном смещении трубопровода. Однако в отличие от сильфонного компенсатора, такое устройство не подойдет для деформации сдвига. Осевые устройства монтируют на прямолинейном участке.
• Для трубопроводов, имеющих изгибы, предусмотрены угловые и угловые сдвоенные компенсаторы. Сильфонные системы также могут работать с такого типа деформацией.

Изготавливают линзовые компенсаторы методом штамповки листового металла. В результате штампа листовой профиль представляет собой полулинзу. Два таких профиля соединяются между собой посредством кольцевой сварки. Образованная линза и является компенсатором. Внутри компенсатора устанавливаются стаканы из стали, которые позволяют снизить сопротивление потоку жидкости во время ее прохождения через линзовый компенсатор.

Технические требования и характеристики

Линзовые компенсаторы относятся к устройствам, подлежащим обязательной стандартизации. Нормируются практически все параметры устройства, но покупателя интересуют лишь те, которые необходимы для расчета трубопровода:

• Компенсирующая способность линзы – до 16 мм.
• Возможное количество линз – от 1 до 4.
• Условное давление транспортируемой среды – 6-16 кг/см2.
• Максимальная температура транспортируемой среды – 450 градусов С.
• Диапазон диаметров труб, где допустимо применение линзового компенсирующего устройства – от 100 мм до 1600 мм.

Подробнее параметры линзовых компенсаторов онисанны в ОСТ 34-10-569-93.

Расчет линзового компенсатора

Наиболее важной эксплуатационной характеристикой любого типа компенсаторов является допустимое количество циклов срабатывания, которые он способен выдержать до разрушения или образования усталостных трещин. Этот параметр обуславливает его циклическую долговечность.

Исходя из этих данных и предполагаемого количества срабатываний за определенный период на проектируемой системе, можно произвести расчет долговечности и срока эксплуатации выбранного устройства.

При этом подразумевается количество полных циклов растяжения - сжатия. На циклы, связанные с незначительными изменениями температуры окружающей и проводимой среды берется запас в 10-20%.

Если количество срабатываний недостаточно, то следует выбирать изделия с большей компенсирующей способностью, так как при такой же величине растяжения, количество циклов у них будет больше.

Необходимое количество циклов, для имеющихся условии определяется во время разработки проекта, на основе числа пусков и остановок системы за выбранный период, включая остановки системы на запланированные ремонтно-профилактические работы, и возможные незапланированные остановки.

На циклическую долговечность компенсатора влияет целый ряд факторов, которые следует принимать во внимание: рабочее давление, температура, профиль волны, толщина и материал линз. Кроме того величина растяжения - сжатия гибкого элемента в значительной степени определяет его циклическую долговечность.

Чем меньше величина растяжения линзы, тем больше число циклов ее срабатывания до разрушения. Допустимое количество циклов срабатывания при определенной величине растяжения указывается в технической документации изделия, и может отличаться у разных заводов производителей линзовых компенсаторов.

Зачастую в паспортных данных указывается только величина компенсирующей способности, соответствующая допустимому числу срабатываний, которое как правило составляет не менее 1000 циклов.

Для определения циклической долговечности гибких элементов, на предприятиях изготовителях и в испытательных центрах, используется несколько методов: расчетный и экспериментальный.

Существующие расчетные формулы, как правило, показывают близкую сходимость с результатами экспериментальных испытаний, но только в условиях упругой деформации, при небольших величинах растяжения линз.

При расчетах показателей работы в условиях пластических деформаций получают эмпирические формулы, пригодные только для компенсаторов определенных габаритов и типоразмеров. Поэтому целесообразнее производить определение циклической долговечности гибких элементов на основе данных усталостных испытаний, полученных экспериментальным путем.

Преимущества и недостатки использования линзовых компенсаторов

Плюсы:

• Небольшой размер и масса (по сравнению с П-образными аналогами).
• Не занимают много места.
• Не требуют периодического обслуживания.

Ограничения:

• Необходимо учитывать достаточно большие продольные усилия на неподвижные опоры трубопровода.
• Малая компенсирующая способность.
• Невозможность использования в трубопроводах высокого давления первой и второй категории.

Отличия сильфонных и линзовых устройств

Основные отличия сильфонных и линзовых компенсаторов:

• По своему устройству компенсаторы сильфонного и линзового типов отличаются тем, что в сильфонном основным элементом служит гофра, а в линзовом – профиль металлического листа.
• Предельное значение Ду сильфонного компенсатора составляет порядка 1800 мм, в то время как линзовые достигают показателя в районе 1250 мм.
• Себестоимость производства линзового компенсатора гораздо ниже, чем сильфонного.
• Линзовые компенсаторы гасят только осевые смещения. Сильфонные способны справляться с кручением, изгибом и сдвигом.

С первого взгляда может показаться, что сильфонные компенсаторы выглядят более выгодно, нежели линзовые, однако при правильном подборе параметров линзовые устройства обеспечат надежное функционирование трубопроводной магистрали, поэтому являются достаточно востребованными в своем сегменте.

Применение

Компенсатор линзовый получил обширное распространение в промышленности, в химической, газовой, нефтеперерабатывающей, чтобы компенсировать удлинение под воздействием температуры корпуса газотурбинного и теплообменного оборудования, систем вентиляции и газопылевоздухоотводов. Линзовые компенсаторы применяют в котельных, на предприятиях ТЭК, на небольших участках трубопровода, где не нужна большая величина компенсации. Так же используют на предприятиях, имеющих продувочные трубопроводы, подогреватели воды, насосное оборудование и др.

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Резиновый фланцевый компенсатор — конструкция и сферы применения