Что такое сильфон
Сильфо́н (от англ. фирменного названия Sylphon) — упругая однослойная или многослойная гофрированная оболочка из металлических, неметаллических и композиционных материалов, сохраняющая прочность и герметичность при многоцикловых деформациях сжатия, растяжения, изгиба и их комбинаций под воздействием внутреннего или внешнего давления, температуры и механических напряжений [Википедия]
Сильфон был создан американским ученым-метеорологом и изобретателем Уэстоном Фултоном в самом начале XX столетия. Изобретенное устройство, в виде сжимающейся и расширяющейся емкости, предназначалось для удерживания меняющего свой объем пара.
Духи воздуха сильфы и сильфиды (средневековые мифы ) вдохновили Фултона дать изобретению название Сильфон (Sylphon).
Сильфон в технике
В соответствии с «ГОСТ 24856-2014. Арматура трубопроводная. Термины и определения» сильфонная арматура ─ это «арматура, у которой для герметизации штока относительно окружающей среды, а также в качестве чувствительного элемента либо силового элемента, используется сильфон».
Свойство сильфона сохранять прочность и плотность (а, значит, герметичность) в процессе многоцикловых деформаций изгиба, растяжения, сжатия, а также их комбинаций, под воздействием механических и термических нагрузок, в т. ч. внутреннего или внешнего давления, широко используется в технике.
Сильфонные узлы содержат пневматические и гидравлические системы подавляющего большинства современных машин.
Сильфоны применяют в нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности. Сильфонная арматура используется при прокладке теплотрасс и водопроводов, в тепло- и электроэнергетике.
Сильфонные устройства используются во разных видах: сильфонная запорная, регулирующая, предохранительная арматура.
Сильфоны применяются во всех типах трубопроводной арматуры ─ клапаны, задвижки, краны.
Особенно часто используют сильфоны в таких разновидностях трубопроводной арматуры как клапаны предохранительные, клапаны запорные, клапаны и затворы обратные. Например, предохранительный сильфонный клапан ─ это предохранительный клапан, в котором для герметизации штока относительно окружающей среды, а также в качестве чувствительного или силового элемента используется сильфон.
Конкретными примерами сильфонной арматуры являются: клапан сильфонный с электроприводом фланцевый, клапан регулирующий сильфонный НЗ с МИМ; клапан запорный проходной сильфонный, клапан запорный бессальниковый угловой сильфонный и т. д.
Конструкция сильфона
Материал для изготовления
Как правило, сильфон ─ это металлическая оболочка из нержавеющей стали.
Чаще всего используется для изготовления сильфонов нержавеющая сталь марок 10X17Н13МЗТ, 10X17Н13М2Т, 12X18Н10Т, 08X18Н10Т
Использование нержавеющих сталей позволяет делать сильфоны, способные успешно функционировать в самых жестких условиях:
в широком температурном диапазоне, чуть ли не от «абсолютного нуля» до 1000OС;
в агрессивных рабочих средах;
при рабочем давлении от вакуума до сотен МПа.
Однако, стоит отметить, что сильфон не обязательно является стальным. Сильфоны изготавливают из бронзы, латуни, титана и композиционных материалов.
Гофры и впадины
Впадина гофра сильфона — ближайшая к продольной оси точка поверхности сильфона.
Вершина гофра сильфона — наиболее удаленная от продольной оси точка поверхности сильфона.
Гофр сильфона ─ это элемент, расположенный между соседними впадинами.
Бортиком сильфона называют его концевую часть, предназначенную для присоединения к другим деталям технического устройства.
Сильфоны однослойные и многослойные
Сильфоны могут быть однослойными, т. е. состоящими из одного слоя материала, и многослойными ─ изготовленными из двух и более слоев.
В сильфонах, используемых в трубопроводной арматуре, число слоев составляет, как правило, от 2 до 12, а гофров ─ от 4 до 20.
Сильфоны тонкостенные и толстостенные
Сильфон, у которого максимальное отношение радиуса впадины гофра к толщине стенки составляет 15 и более, называют тонкостенным сильфоном;
если их минимальное отношение менее 15 ─ сильфон является толстостенным.
От количество гофр и толщины слоев сильфона зависит величина давления, при котором он будет работать.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Амплитуда осевого (рабочего) хода, λ-1 – величина перемещения присоединительных поверхностей сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства) от нейтрального положения до минимального и максимального, равная половине полного рабочего хода (см. далее).
Вероятность безотказной работы: это вероятность того, что в пределах назначенной наработки или назначенного срока службы отказ сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства) не возникнет.
Герметичность – способность сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства) и отдельных их элементов и соединений препятствовать газовому или жидкостному обмену между разделенными средами.
Жесткость осевая, Сλ – сопротивление силе в сильфонном компенсаторе, необходимой для достижения сдвига, осевого или углового хода [ГОСТ 25756-83, термин 29].
Исправное состояние (исправность) сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства) – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации [ГОСТ 27.002-89, статья 2.1].
Компенсирующая способность: свойство сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства) допускать относительное движение соединяемых конструкций [ГОСТ 25756-83, статья 30]. Величина, равная полному осевому ходу.
Критерий предельного состояния – признак или совокупность признаков предельного состояния объекта, установленных нормативно-технической документацией и (или) конструкторской (проектной) документацией. [ГОСТ 27.002-89, статья 2.6]
Максимальное состояние сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства) – наибольшая длина сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства).
Минимальное состояние сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства) – наименьшая длина сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства).
Назначенная наработка – суммарная продолжительность работы сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства), при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния.
Назначенный срок службы – календарная продолжительность эксплуатации, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния [ГОСТ 32935-2014, пункт 3.1.7].
Наработка сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства) – продолжительность работы сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства) в циклах [ГОСТ 32935-2014, пункт 3.1.8].
Номинальное давление, PN – наибольшее избыточное рабочее давление при температуре проводимой среды 293К (20 °С), при котором обеспечивается заданный срок службы (ресурс) сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства), имеющего определенные размеры, обоснованные расчетом на прочность при выбранных материалах и характеристиках их прочности при температуре 293К (20 °С).
Номинальный диаметр, DN – параметр, применяемый при описании трубопроводных систем, характеризующий признак при монтаже и подгонке друг к другу деталей трубопровода (труб, фитингов, арматуры, сильфонных компенсаторов, сильфонных компенсационных устройств).
Окружающая среда – среда, внешняя по отношению к сильфонным компенсаторам (сильфонным компенсационным устройствам), определяющая ряд эксплуатационных требований к сильфонным компенсаторам (например, герметичность), параметры которой (температура, давление, химический состав, влажность и др.) учитываются при установлении технических характеристик сильфонных компенсаторов (сильфонных компенсационных устройств).
Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта [ГОСТ 27.002-89, статья 3.3].
Осевой ход (полный рабочий ход), 2∙λ-1 – величина перемещения присоединительных поверхностей сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства) от минимального состояния до максимального или наоборот.
Предельное состояние – состояние сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства), при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна.
Пробное давление, Рпр – избыточное давление, при котором следует проводить гидравлическое испытание сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства) на прочность водой при температуре не менее 278К (5°С) и не более 313К (40°С), если в документации не указана другая температура.
Проводимая среда (теплоноситель) – среда, протекающая через сильфонные компенсаторы (сильфонные компенсационные устройства).
Работоспособное состояние – состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативной и (или) конструкторской (проектной) документации [ГОСТ 27.002-89, статья 2.3].
Рабочее давление, Рвн – наибольшее избыточное давление, при котором возможна длительная работа сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства) при выбранных материалах и заданной температуре.
Распорное усилие, Pp – усилие, действующее на трубопровод и неподвижные опоры, обусловленное установкой осевых компенсаторов (сильфонных, сальниковых) и сильфонных компенсирующих устройств, при возникновении в трубопроводе избыточного давления.
Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления – средняя температура наиболее холодных пятидневок из восьми наиболее холодных зим за 50 лет (справочная информация) по СП 131.13330.2012.
Ресурс – суммарная наработка сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства) от начала эксплуатации до наступления предельного состояния.
Сильфон – осесимметричная упругая оболочка, разделяющая среды и способная под действием давления, температуры, силы или момента силы совершать линейные, сдвиговые, угловые перемещения или преобразовывать давление в усилие [ГОСТ 22743-85, термин 1].
Сильфонное компенсационное устройство (СКУ) – устройство, состоящее из одного или нескольких сильфонных компенсаторов, заключенных в корпус или ряд корпусов, обеспечивающих выполнение компенсаторами своих функций и защищающих компенсаторы от внешних воздействий.
Сильфонный компенсатор (СК) – устройство, состоящее из сильфона (сильфонов) и арматуры, способное поглощать или уравновешивать относительные движения определенной величины и частоты, возникающие в герметично соединяемых конструкциях и проводить в этих условиях пар, жидкости и газы [ГОСТ 25756-83, термин 1].
Система оперативного дистанционного контроля (СОДК) – система, предназначенная для контроля состояния теплоизоляционного слоя пенополиуретана предварительно изолированных трубопроводов и обнаружения участков с повышенной влажностью изоляции.
Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства) от ее начала до наступления предельного состояния.
Стартовый сильфонный компенсатор (ССК) – сильфонное компенсационное устройство, срабатывающее один раз при пуске тепловой сети.
Цикл деформации сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства) – единичный процесс перемещения одной присоединительной поверхности сильфонного компенсатора (сильфонного компенсационного устройства) относительно другой и возвращение их в исходное положение [ГОСТ 25756-83, термин 40].
Эффективная площадь, Sэф – площадь поперечного сечения сильфона, соответствующая среднему диаметру гофров.
