Метални компенсатори

• Гъвкавите силфони компенсират движенията в тръбопроводните системи, осигуряват безпрепятствено преминаване на съответния флуид през тях и поддържат налягането му
  
  
• Шарнирните компенсатори имат единичен силфон и са проектирани да издържат на ъглова ротация в една-единствена равнина
  
  
• Преносът на абразивни флуиди, които са несъвместими с компенсаторите, може да доведе до износване и повреди на силфоните

Металните компенсатори се използват в тръбопроводни системи и съдове под налягане. Те представляват цилиндрични компоненти с един или повече метални силфона, които компенсират промени в размерите, предизвикани от топлинно разширение или свиване на тръбопроводи, канали или съдове, и поглъщат вибрациите, генерирани от двигатели, помпи и други видове оборудване. С други думи, металните компенсатори са устройства, предимно изработени от гъвкави силфони, използвани за компенсиране на движенията в тръбопроводните системи, осигуряване на безпрепятствено преминаване на съответния флуид през тях и поддържане на налягането му.

Основни елементи и аксесоари

За да функционират правилно, компенсаторите трябва да разполагат с някои определени елементи – силфони, фланци, направляващи пръти и други аксесоари.
Силфонната секция е основната отличителна характеристика на компенсаторите. Това са цилиндрични, гофрирани участъци, които от двете си страни завършват с фланци. Тези пръстеновидни оребрявания могат да са с различна дължина и подсилват относително тънката конструкция на силфона, давайки възможност за цялостно управление на силата благодарение на неговата характерна гъвкавост. Те издържат безпроблемно на ъглово огъване, странични сили, свиване и разширение. Това означава, че по какъвто и да е непредсказуем начин температура или вибрационни сили да натоварват дадена тръбопроводна система, силфоните реагират и я предпазват.

Основен компонент на компенсаторите за тръбопроводи са и фланците в двата им края. Фланците съединяват тръбите посредством лесно премахващи се крепежни елементи или чрез заварки, свързвайки се към други фланци, като помежду им се поставя уплътнение. Фланците са с различни размери и дължини и изпълняват различни функции. Глухите фланци например затварят тръбопровода и предотвратяват протичането на потока. Друга разновидност са резбованите фланци, които са относително тънки, лесни са за монтаж и демонтаж и са най-подходящи за водопроводни системи с ниски налягания. Фланците със заварена дълга шийка пък са подходящи за системи с високи налягания.

Освен силфоните и фланците, тръбопроводните системи се стабилизират с помощта и на направляващи пръти и други аксесоари. Направляващите пръти например се присъединяват към всеки един от фланците и добавят структурна цялост, защото ограничават възможността за потенциално увреждащи движения в определена посока. По-специално, направляващите пръти предотвратяват страничните движения.

Предлагат се също и ръкави, предпазващи силфоните от износване и корозия вследствие на протичането на флуида. Ръкави се специфицират, когато скоростта на потока е висока и може да генерира резонансни вибрации в силфона, когато е необходимо да се сведат до минимум загубите от триене и когато има риск от ерозия, например когато по тръбите се транспортира катализатор или друга абразивна среда. В никакъв случай не бива силфоните да са директно подложени на ерозия.

Използването на ръкави е наложително и когато има обратен поток и при високотемпературни приложения, където е необходимо да се понижи температурата на силфоните, за да се запазят добрите им механични свойства. Пръстеновидната зона между силфона и ръкава може да бъде запълнена с изолация от керамични влакна или пък да бъде монтирано продухвателно устройство, което допълнително да редуцира температурата на силфона.
Важен аксесоар са и защитните кожуси, които пък предпазват компенсаторите от външни въздействия. Кожусите могат да функционират и като опора за външна топлоизолация.

Видове метални компенсатори

Компенсаторите със свободни фланци са най-простият вид. Те разполагат само с един силфон с присъединителни елементи в двата му края. Този тип компенсатори изискват най-висока степен на контрол на свързаните към тях тръбопроводи чрез анкери или направляващи пръти. Аксиалните компенсатори с фиксирани фланци са същите като тези със свободни фланци, с разликата, че са оборудвани с опъващи пръти, които не позволяват прекомерното разтягане на силфона.

Универсалните компенсатори имат два силфона, свързани помежду си с тръбовидна секция. Тази конструкция дава възможност за големи латерални огъвания, както и за аксиални и ъглови движения. Този вид компенсатори не се доставят с компонентите, които да осигурят устойчивост на осовото натоварване на налягането. Също както компенсаторите със свободни фланци, и универсалните компенсатори трябва да бъдат добре закрепени с анкери или други подобни елементи. Предлагат се и универсални компенсатори с интегрирани в конструкцията им опъващи пръти, ограничаващи осовото натоварване на налягането.

Шарнирните компенсатори имат единичен силфон и са проектирани да издържат на ъглова ротация в една-единствена равнина. Шарнирът е неподвижен в аксиално направление, за да не позволи аксиално движение на компенсатора в тръбопроводните системи. Шарнирните компенсатори обикновено се използват в групи по три или в комбинация с компенсатори с ъглови компенсатори с карданна връзка.

Ъгловите компенсатори с карданна връзка също имат единичен силфон. Те могат да поемат ъглова ротация във всяка равнина благодарение на две двойки шарнири, свързани към централен пръстен. Ъгловите компенсатори с карданна връзка обикновено също се използват в групи по три или в комбинация с шарнирни компенсатори.

Многослойни силфони

Многослойните силфони са идеалното решение за компенсатори, подложени на високи налягания. Тази система включва изграждането на силфон от няколко тънки метални листа, вместо от един с по-голяма дебелина. Тази техника значително подобрява гъвкавостта на силфоните – тяхната най-важна характеристика.

Сред основните предимства на многослойните силфони са силната им устойчивост на високи налягания, способността да поддържат високо ниво на гъвкавост дори при работа под високо налягане, по-ниските им пружинни константи в сравнение с еднослойните силфони и по-голямата им поглъщаща способност за движения на малки дължини, което удължава експлоатационния живот.

Използването на многослойни силфони гарантира редица спестявания. Например за дадена система са необходими по-малко на брой компенсатори благодарение на по-големия капацитет за поемане на движения. По-ниските пружинни константи намаляват разходите за анкерни и опорни структури. За да се избегне корозия, към вътрешния слой могат да се добавят специални материали, например инконел, инколой и др. Аустенитна стомана може да се използва за покриване на останалите слоеве за осигуряване на устойчивост на високи налягания.

Материали и избор

Най-разпространите материали за метални силфони и компенсатори са различни класове аустенитни неръждаеми стомани. Метални компенсатори се изпълняват и от инконел, хастелой, други никелови сплави, кобалтови сплави, титан, алуминий, месинг и други медни сплави и др. Широкият диапазон от материали позволява проектирането на силфони, издържащи на богата гама от експлоатационни условия, например от -166°C до над 980°C за температурата и от вакуум до повече от 200 bar за налягането.

Преди да се пристъпи към избора на метални компенсатори трябва да се гарантира, че тръбопроводите и другите видове оборудване са подсигурени и на мястото си. Правилното разположение на тръбопроводите, точките за фиксиране, анкерите и направляващите елементи допринасят за ефективното функциониране на компенсаторите.

За да се изберат правилните метални компенсатори, първо трябва да се определи специфичната им цел. Не всички компенсатори са проектирани да поемат движения във всички посоки или да се справят с определена стойност на налягането. Някои компенсатори са проектирани да се движат заедно с вибрациите на системата, докато други се справят с флуктуациите в системното налягане. Някои успяват да поемат латерални и ъглови движения, докато други поемат всякакви комбинации от аксиални, латерални и ъглови огъвания.

Друг важен фактор, който следва да бъде отчетен преди избора на метални компенсатори, е флуидът, който ще преминава през тях. Не всички компенсатори са подходящи за течности и газове. Затова трябва да се определи видът на флуида и да се гарантира, че той е съвместим с избрания тип компенсатори. Преносът на абразивни флуиди, които са несъвместими с компенсаторите, може да доведе до износване и повреди на силфоните.

Някои от металните компенсатори са оборудвани с повече аксесоари, позволяващи справянето с по-високи температури и налягания. Преди да се избере определен вид компенсатор, трябва да се определят точните стойности на налягането и температурата, за да е сигурно, че силфоните ще могат да издържат на съответните работни условия. Общо правило е, че компенсаторът трябва да може да издържа на работното налягане в системата при максимално повишена температура.