Шариковые шарниры

Назначение и применение трубопроводного шарового шарнира

В трубопроводных системах различного назначения схема монтажа составляющих элементов далеко не всегда сводится к жестко-неподвижным соединениям. Для трубопроводных магистралей и контуров, особенно большой протяженности и размеров, актуальной является пространственно-геометрическая компенсация воздействия различных внешних и внутренних сил (процессов), которые приводят к продольно-осевым, изгибающим и крутящим деформациям участков трубопроводов.

К таким физическим факторам воздействия относятся: температурное расширение, ветровая нагрузка, вибрации и колебания различной природы. Вызванные ими деформации конструкций, не компенсированные методами инженерного проектирования, способны к разрушению трубных соединений, узлов и деталей трубопроводной аппаратуры и арматуры. Кроме того, значительное место в инженерном проектировании занимают подвижные трубопроводные соединения, применяемые для подключения вращающихся и перемещающихся рабочих органов аппаратов, их отдельных узлов и агрегатов. Подобные физико-технические моменты объективно требуют введения в конструкцию трубопроводных магистралей и контуров специальных разновидностей арматуры и сборных узлов на их основе, предназначенных для пространственно-геометрической компенсации возникающих напряжений и деформаций.

Наряду с продольно-осевыми (температурными) компенсаторами или вращающимися (ротационными) шарнирами, одним из эффективных средств организации компенсации разнонаправленных деформаций в трубопроводных системах являются трубные шарниры шарового типа. Благодаря особенностям своей конструкции, трубный шаровой шарнир способен (предназначен) компенсировать скручивающие и изгибающие пространственные деформации, при этом изгибающие – сразу по двум координатным осям (плоскостям). В единичном применении не способный к компенсации продольно-осевых деформаций, в составе сборного компенсационного узла из двух или трёх изделий (составленном по одной из отработанных инженерных схем) шаровой шарнир может быть применен для организации эффективной компенсации продольных осевых, соосных и не соосных деформаций.

Особенности конструкции

Конструкционно трубный шаровой шарнир выполнен по схеме классической шаровой опоры, которая широко распространена в технике. Данная схема включает в себя шаровой палец, образующий подвижное (в двух плоскостях) фрикционное соединение с шарообразным гнездом корпуса опоры. Характерными особенностями конструкции трубного шарового шарнира являются:

• наличие проходных каналов в двух основных сопряжённых деталях – шаровом пальце и корпусе шарового гнезда – которые обеспечивают прохождение потока прокачиваемой среды через шаровой шарнир;
• обеспечение герметичности подвижного шарового соединения (с помощью различных технических решений), которое гарантирует работу изделия в условиях высоких значений внутрисистемного давления, и температурного расширения, вызванного расчетным перепадом температур.

Преимуществами шарового шарнира (в сравнении с другими конструкциями трубопроводных компенсационных устройств) являются:

• быстрая компенсационная реакция на возникающие деформационные возмущения;
• малые габариты.

Недостатками шарового шарнира могут быть:

• отсутствие компенсации продольно-осевых деформаций. Для организации компенсации продольно-осевых деформаций трубопровода требуется применение относительно сложных сборных компенсационных узлов, состоящих из двух или даже трёх шаровых шарниров.
• относительно небольшие углы смещения в шарнире для компенсации не соосных изгибных деформаций (в пределах 15 – 30 град).

Схемы компенсационного подключения участков трубопроводов с помощью шаровых шарниров

1. Один шарнир - применяется при необходимости компенсации осевых скручивающих и незначительных не соосных изгибных деформаций участка трубопровода. Не подходит для компенсации продольно-осевых деформаций.
2. Двух-шарнирная схема (варианты: с двумя прямыми направляющими, прямой и угловой направляющими, двумя угловыми направляющими) – применяется для компенсации скручивающих, изгибных, и незначительных продольно-осевых смещений. При значительных продольно-осевых смещениях двух-шарнирная схема вызывает прогиб соединяемых участков трубопроводов в анкерных точках. Вызванные таким прогибом напряжения способны разрушить шарниры или сопрягаемые трубопроводы.
3. Трех-шарнирная схема – применяется для компенсации скручивающих, изгибных и значительных продольно-осевых смещений, не вызывая при этом прогиба соединяемых участков трубопроводов.

Подбор трубопроводного шарового шарнира

При необходимости подбора шарового шарнира для установки в компенсационный узел трубопроводного контура или магистрали, следует руководствоваться следующими параметрами:

• рабочая среда, для которой предназначено изделие: пар, сжатый воздух, вода, масло, хладагента, агрессивные жидкости и т.д. Определяется применяемыми в конструкции шарового шарнира коррозионностойкими материалами.
• максимальное рабочее давление в системе, МПа;
• максимальная рабочая температура среды, град.С;
• максимальное осевое смещение в шарнире, град;
• номинальный (присоединительный) размер DN, мм;
• характер присоединительных муфт: резьбовые или фланцевые.

Шаровые шарниры компании Yoshitake

В ассортименте известного японского производителя компании Yoshitake представлены ряд моделей трубных шаровых шарниров, задающих стандарты качества в данной категории трубопроводной арматуры:

• UB-1 – для пара, воздуха, горячей и холодной воды, масел. Для условий с максимальным рабочим давлением 1 МПа и максимальной рабочей температурой до 220 град.С. Материал изготовления – углеродистая конструкционная сталь S25C. Особенностью модели является увеличенные углы смещения в шарнире, до 30 град. Выпускаются номинальными размерами от 20А до 50А, с резьбовыми присоединительными патрубками.
• UB-2 – для пара, воздуха, горячей и холодной воды, масел. Для условий с максимальным рабочим давлением 1 МПа и максимальной рабочей температурой до 220 град.С. Материал изготовления – высокотемпературная высокопрочная легированная сталь SCPH2 и углеродистая конструкционная сталь S25С. Углы смещения в шарнире, до 20 град. Выпускаются номинальными размерами от 20А до 250А, с приварными присоединительными патрубками. Модель соответствует стандарту SHASE-S007.
• UB-10, UB-11 – для пара, воздуха, горячей и холодной воды, масел. Для условий с максимальным рабочим давлением 1 МПа и максимальной рабочей температурой до 220 град.С. Материал изготовления – высокотемпературная высокопрочная легированная сталь SCPH2 и углеродистая конструкционная сталь S25С. Углы смещения в шарнире, до 20 град. Выпускаются номинальными размерами от 20А до 250А, с фланцевыми присоединительными патрубками стандарта 10KRF. Модель UB-11 соответствует стандарту SHASE-S007.