Синявский Ю. В. Криогенные трубопроводы

2-4. Компенсаторы линейных перемещений

При изменении температуры прямого трубопровода (например, при его охлаждении), имеющего жесткое крепление концов, в его стенках возникают температурные напряжения, которые могут быть весьма значительными. Если напряжение в стенке трубопровода в результате изменения ее температур (σ^T') , а также от действия сил давления криоагента (σ) меньше допустимого напряжения на растяжение для материала трубы, т. е. σ^T'+σ<[σ], трубопровод можно проектировать без применения компенсаторов линейных перемещений. В случае σ^T'+σ>[σ] установка компенсаторов обязательна.

Простейшим из них служит изгиб трубопровода под 90° и выше. Именно поэтому в небольших по длине переливных трубопроводах, выполняемых обычно П-образными, специальных компенсаторов не ставят (см. выше на рис. 1-2). Вместе с тем при проектировании таких трубопроводов необходимо обеспечить возможность линейных перемещений угловых точек на величину температурной деформации:

,        (2-2)

где α - коэффициент линейного расширения материала трубы, l -длина прямого участка трубы, Т - рабочая температура трубы.

В связи с этим нельзя допускать жесткого крепления трубы в местах ее изгиба. Ширина вакуумной теплоизоляционной полости должна быть такой, чтобы при максимальных температурных деформациях исключить касание внутренней трубы и кожуха или опасного изменения плотности засыпки порошка и укладки экранов при использовании соответственно вакуумно-порошковой и многослойно-вакуумной теплоизоляции.

Для прямого трубопровода необходима, как правило, установка специальных компенсаторов. В криогенной технике обычно применяются волновые компенсаторы [4, 9] в виде стандартных сильфонов, изготавливаемых из полутомпака Л80 или стали 12Х18Н10Т [6]. Это связано с тем, что сильфоны допускают относительно большие как линейные, так и угловые перемещения участков трубы без заметных дополнительных напряжений. Поэтому они позволяют компенсировать и температурные перемещения и неточность изготовления и монтажа.

Выбор сильфона производится по требуемому внутреннему и наружному диаметрам, допустимому избыточному давлению и полному ходу (прогибу). Ход сильфона должен быть не менее величины температурной деформации трубы, вычисленной по (2-2). При установке в условиях окружающей среды предварительно поджатого сильфона его ход может быть меньше деформации на величину предварительного поджатия и в пределе равен 0,5 .

В случае отсутствия на требуемые параметры нормализованных сильфонов необходимо проектировать нестандартный. Методика расчета такого сильфона приведена, в частности, в [4].

Сильфоны устанавливаются путем вварки (из 12Х18Н10Т) или впайки (из Л80) в трубу. Пример применения сильфонных компенсаторов показан выше на рис. 1-1. В ряде случаев удобно использовать криотрубопроводы в виде гибких шлангов, в которых гладкие трубки (трубка для криоагента и кожуха) заменены на гофрированные из меди или 12Х18Н10Т [6]. Конструкция гибких шлангов показана на рис. 2-8 и 2-9 [8].

Рис. 2-8. Гибкий шланг. а - шланг с изоляцией из стекловолокна, б - шланг с высоковакуумной теплоизоляцией. 1. Теплоизоляция. 2. Внутренний шланг. 3. Наружный шланг. 4. Проставка. 5. Оплетка

Рис. 2-9. Конструкция гибкого шланга. 1. Трубка для криоагента. 2. Адсорбент. 3. Кожух. 4. Штуцер для вакуумирования. 5. Внутренний шланг. 6. Наружный шланг. 7. Проставка

Следующая страница: 2-5. Выбор материалов