что такое компенсаторы на трубопроводах тепловых сетей
Компенсация температурных расширений
С. В. Комаров, ведущий специалист отдела промышленного оборудования, ros-pipe.ru
Любые перемещения, возникающие вследствие внешних воздействий на трубопровод (например, сейсмических и др.), должны быть учтены при его проектировании, также следует учитывать и температурное расширение трубопроводов.
Строительные изделия, такие как трубы, оборудование, строительные конструкции, изменяют свои размеры в результате изменения температур. В настоящей статье затронуты вопросы компенсации теплового расширения и сжатия трубопроводов.
Вследствие изменения температуры рабочей среды в трубах возникают температурные напряжения, которые могут передаваться на арматуру, насосное оборудование и т.д. в виде реактивных сил и моментов. Это создает потенциальную опасность разгерметизации стыков, разрушения арматуры или оборудования.
Три наиболее часто используемых способа компенсации перемещений трубопроводов:
Выбор способа компенсации зависит от вида системы трубопроводов, ее схемы, а также от особенностей ландшафта, наличия рядом других коммуникаций и прочих условий.
Перечисленные выше примеры представлены в качестве общих инженерных решений и не должны рассматриваться как единственно верные для конкретной системы трубопроводов. Мы будем рассматривать способ компенсации расширения прямолинейных участков трубопроводов при помощи осевых сильфонных компенсаторов.
Расширение трубопроводов
Первым шагом для решения вопроса компенсации температурных перемещений является вычисление точного изменения длины участков трубопроводной системы в соответствии с предъявляемыми условиями безопасности.
Определение (расчет) теплового расширения трубопровода производится по следующей формуле:
где а – коэффициент температурного расширения, мм/ (м·°С);
L – длина трубопровода (расстояние между неподвижными опорами), м;
∆t – разница значений между максимальным и минимальным значениями температур рабочей среды, °С.
Коэффициент температурного расширения берется из таблицы линейного расширения труб из различных материалов.
Как видно из таблицы, наиболее подвержены температурному расширению трубопроводы из полимерных материалов, в связи с этим способы компенсации полимерных труб несколько отличаются от способов компенсации стальных.
Значения коэффициента линейного расширения являются усредненными для каждого вида материала. Эти значения не должны применяться для расчетов трубопроводов из других материалов. Коэффициенты растяжения в разных источниках могут различаться на 5% и более, поскольку их вычисления проводятся при разных условиях и различными методами. Желательно применять для расчетов коэффициент линейного расширения, который представлен в технической документации производителя труб.
Рассмотрим реальный пример.
Возьмем прямолинейный участок трубопровода диаметром 219 мм из черной углеродистой стали длиной 100 м. Максимальная температура tmax = 140 °С, минимальная tmin = –20 °С.
Производим расчеты:
∆t = 140 – (–20) = 160 °С,
изменение длины трубопровода:
∆L = 0,0115 × 160 × 100 = 184 мм.
Полученный результат говорит о том, что трубопровод при заданных значениях меняет свою длину на 184 мм. Для обеспечения правильной работы трубопровода подходит осевой сильфонный компенсатор условным диаметром 200 мм и компенсирующей способностью 200 мм (например, КСО 200–16–200). При подборе данного типоразмера компенсатора имеется запас компенсирующей способности, а это положительно скажется на сроке работы трубопровода.
В случае, если полученное значение ∆L будет превышать значение компенсирующей способности производимых типоразмеров компенсаторов, то следует уменьшить длину участка трубопровода между двумя неподвижными опорами пропорционально имеющейся компенсирующей способности, а затем подобрать необходимый сильфонный компенсатор, пользуясь вышепредставленным расчетом.
| Таблица | ||||||||||||||||||||||||||||
|
Установка сильфонных компенсаторов
Цель установки сильфонного компенсатора – это поглощение теплового расширения трубы. Обычно температура рабочей среды (жидкости) является основным источником изменения размеров трубопровода, однако в некоторых случаях температура окружающей среды может вызвать тепловое движение трубопровода, т.е. его удлинение или сжатие.
Рекомендации по установке
1. Устанавливая сильфонные компенсаторы, следует проверить соответствие их основных параметров указанным в проекте, таких как
2. Диаметр и давление трубопровода должны соответствовать выбираемому компенсатору.
3. При установке сильфонных компенсаторов необходимо монтировать не более одного компенсатора на участке трубопровода между каждыми двумя последовательно стоящими неподвижными опорами.
4. Скользящие опоры должны быть охватывающими (хомуты, рамочные и др.). Они не должны создавать большую силу трения. Целесообразно применение фторопластовых прокладок и т.п. При движении труб не должно быть заклиниваний и перекосов.
Максимальный размер люфтов для Ду ≤ 100 мм – 1 мм, а для Ду ≥ 125 мм – 1,6 мм.
5. При проведении расчетов трубопроводов необходимо учитывать влияющие силы (силы трения, силы упругости сильфонов и др.).
6. При выборе места установки сильфонных компенсаторов нужно выбрать наиболее оптимальный вариант их расположения на трубопроводе.
7. При опрессовке труб давление не должно превышать 1,25 × Ру.
8. Процесс опрессовки проводить только после полного монтажа трубопровода.
9. Напряжения скручивания, угловые усилия, поперечные перемещения должны быть полностью исключены на участке трубопровода, на котором установлен осевой сильфонный компенсатор.
Определение точек установки компенсаторов и направляющих опор для трубы
Для обеспечения правильной работы трубопровода в рабочем режиме следует разделить систему на отдельные участки с целью установки на них сильфонных компенсаторов. Основная задача компенсаторов – контроль расширения трубопровода между неподвижными опорами, перемещение должно происходить строго в осевом направлении для обеспечения жесткости конструкции.
Неподвижные же опоры предназначены для приема всех сил, действующих на трубопроводе.
Направляющие (скользящие) опоры для труб обеспечивают выравнивание движения сильфона компенсатора и предотвращают смещение относительно оси трубопровода. При отсутствии направляющих опор сильфонный компенсатор, обладающий высокой гибкостью в сочетании с внутренним давлением, может потерять устойчивость и деформироваться, что может привести к выходу из строя трубопровода.
Основная рекомендация состоит в установке осевого сильфонного компенсатора рядом с неподвижной опорой. Обычно осевой сильфонный компенсатор устанавливают на расстоянии не более 4Ду от неподвижной опоры. Данное условие обусловлено обеспечением жесткости конструкции.
Соблюдая правила монтажа сильфонных компенсаторов, вы продлите до максимума срок службы трубопровода, что сэкономит средства на его неплановый ремонт.
| Схемы установки осевых сильфонных компенсаторов | |||||
Поделиться статьей в социальных сетях: Компенсаторы для трубопроводов отопления и водоснабжения: их виды, назначение и установка
Одним из способов решения этой задачи стали компенсаторы для трубопроводов отопления. Такие компенсаторы применяются не только на магистральных трубах и распределительных сетях, но и внутри домовых тепловых (и не только) разводках. Виды компенсаторовКонструктивно такие приспособления бывают следующих видов: Уже было сказано, что эти устройства отличаются высокой возможностью компенсирования, и она увеличивается пропорционально увеличению объема сети.
Установка компенсирующих систем весьма желательна на трубопроводах систем отопления и разводках горячего водоснабжения внутридомовых тепловых сетей частного дома.
Установка компенсаторов обязательна независимо от материала трубопровода; Кроме основной функции гашения вибраций успешно работает при тепловых деформациях трубопроводов для отопления, а также в случае возникновения радиальных смещений и угловых деформаций. Виды и назначения компенсаторов для трубопроводов: характеристики и особенности монтажаТеплосети – это большой протяженности трубные магистрали, которые подвергаются серьезным нагрузкам как с внешней стороны, так и изнутри. Поэтому содержать их в технически исправном состоянии сложно. Для решения некоторых проблем в сеть устанавливают специальные элементы, которые называются компенсаторами. Многочисленные виды компенсаторов для трубопроводов, представленные на рынке широким ассортиментом, предотвращают аварийные ситуации. Для чего служат компенсаторыНеобходимо понимать, что тепловые сети – это трубные системы, по которым перемещаются носители тепловой энергии. Чаще это горячая вода, реже насыщенный пар. Поэтому на такие магистрали действуют две основные нагрузки и две малозначительные. Но даже малая значимость нередко приводит к большим авариям. Под действием двух этих нагрузок происходит то расширение труб, то их сжатие. Такие подвижки часто приводят к деформациям, а со временем к росту перегрузок. Конечный итог – разрушение всей системы или участка, что одинаково неприятный момент, экономически затратный. Две незначительные нагрузки: Если эти две составляющие по амплитуде совпадут, быстро произойдет разрушение трубной конструкции, особенно в местах стыков ее элементов. Чтобы этого избежать, в трубопровод устанавливают компенсаторы. Это своего рода эластичные конструкции (приспособления), которые гасят не только вибрацию, но и последствия расширения и сужения труб. По сути, они компенсируют нагрузки, действующие на трубопровод. Трубы под действием изменяющихся температур и давления не только расширяются или сужаются в поперечной плоскости. Есть такое понятие, как линейное расширение материалов. Оно в конструкции трубопроводов теплосетей происходит постоянно. Это серьезная нагрузка, выдержать которую трубы могут только с помощью компенсаторов. Если их не установить, то в первую очередь выходить из строя начнут сварные швы и места соединения участков, которые проведены муфтами. Поэтому сегодня монтаж разных видов тепловых компенсаторов в трубопроводах теплосетей – обязательная операция, которая не обсуждается. Только так можно обеспечить эффективную и долгосрочную работу трубных тепловых систем.
Чем грозит расширение трубСписок того, что может произойти с трубопроводом, если в него не установить один из видов компенсаторов: Это делает систему недолговечной и приводит к необходимости постоянных ремонтных работ, что сказывается на себестоимости поставляемых услуг. Виды устройств для компенсацииПредлагаемые производителями компенсаторы делятся на несколько видов. В основе классификации лежат разные параметры. Перед тем как делать выбор, необходимо изучить, какими параметрами будет обладать трубопровод теплосети. А точнее, из какого материала были изготовлены устанавливаемые трубы. При этом обязательно на стадии проектирования рассчитывается перегруз системы. СальниковыеЭтот вид был создан самым первым. Хотя и сегодня такие предохранители себя оправдывают. Особенно это касается стоимости изделия. Сальниковый компенсатор отлично себя показал в работе. С его помощью можно компенсировать расширения трубопровода по всей его длине. Но этот вид имеет и ряд недостатков: Но у этого вида есть один большой плюс – чем длиннее трубопровод, тем эффективнее работает компенсатор. То есть надежность компенсирования зависит напрямую от длины магистрали.
Конструктивно это две обечайки, изготовленные из жаропрочной стали, с разными диаметрами. При сборке одна вставляется в другую, а между ними прокладывается специальный герметизирующий материал. При линейном расширении внутренняя обечайка перемещается внутри внешней. Оба элемента прикрепляются к двум соединяющимся концам труб. Компенсатор выдерживает давление до 2,5 МПа и температуру до +300°С. Еще один минус – постоянно необходимо подтягивать соединительный элемент – гидробуксу. Поэтому в местах, где располагается компенсатор, сооружают колодец, в котором проводят профилактические и ремонтные работы. РезиновыеЭтот вид считается универсальным, потому что можно устанавливать на теплотрассы из стальных или полипропиленовых труб. По сути, это те же две стальные обечайки, сделанные в виде толстых фланцев. Между ними монтируется резиновая вставка. Она и выполняет функции компенсатора. У этого приспособления достаточно много значительных плюсов: Выдерживает давление до 2,5 МПа, температуру – до +200°С. Причиной появления резинового вида стала плохая работа П-образной модели, которая плохо справлялась с угловыми нагрузками.
ТканевыйЭто вид считается особым, потому что разрабатывался не для теплотрасс, а для газопроводов. Но со временем его стали использовать и в других трубных системах: Самый большой плюс тканевого компенсатора – способность выдерживать значительные температурные перепады. К тому же он обладает повышенной защитой от ультрафиолетовых лучей. СильфонныйСвое название этот вид компенсатора для трубопроводов получил за счет формы. Он представляет собой две гофры из двухслойной раздельной стали, вставленные друг в друга. При этом толщина внутренней стенки намного больше толщины наружной.
Такие конструктивные особенности дают возможность постоянно поддерживать требуемые технические и эксплуатационные характеристики прибора. ЛинзовыйЭтот вид компенсатора является особенным. Его устанавливают на разных участках в зависимости от материала, из которого трубопровод изготовлен. Прибор обладает неплохими характеристиками: Единственный минус – работает нестабильно, особенно в условиях постоянных повышенных комплексных нагрузок. Линзовый компенсатор собирают из стальных линз, которые формируются способом штамповки. Технология позволяет изготавливать линзы любого диаметра. После чего они просто соединяются между собой электросваркой. Обычно в конструкции присутствует от одной до четырех линз, но есть виды и с большим количеством элементов, как показано на фото ниже.
Соединение с трубопроводом проводится сваркой или фланцами. По форме сечения они могут быть круглыми или прямоугольными. Другие виды компенсаторовВ эту категорию входят модели, устанавливаемые на поворотах теплотрассы. Здесь сложно учесть различные факторы, влияющие на трубопроводы и их соединения. Поэтому на таких участках монтируют два вида компенсаторов: Чтобы установить второй, необходимо выполнить одно требование. В его основе лежит короб, который размещают на участке поворота магистрали. Его ширина выбирается такой, чтобы изменения формы и размеров труб не создавали препятствий для удлинения трассы. Вид компенсатора для полипропиленового трубопроводаЭто самое простое устройство, которое изготовлено из той же трубы, что и вся трубная система. Используемая форма – петля, которая обеспечивает максимальную компенсацию линейного расширения полипропиленовых труб. Такое защитное устройство легко справляется не только с подвижками труб и изменением их размеров, но и с гидроударами, которые часто встречаются в трубных конструкциях.
П-образные компенсаторы также часто используются в полипропиленовых конструкциях. Их легко изготовить из тех же труб. Но есть определенные нюансы, которые касаются способа крепления участков устройства: На фото ниже конструктивные особенности компенсатора хорошо видны.
Важно правильно рассчитать параметры компенсирующего устройства. Здесь учитываются соотношения длины разных участков самого компенсатора. Основные позиции: Еще один вид, подходящий для полипропиленовых труб, – так называемый механизм Козлова. Его используют в системах отопления и горячего водоснабжения, где устанавливаются трубы диаметром не более 63 мм. Поэтому производители предлагают устройства, которые выдерживают температуру не более +100°С и давления 1,6 МПа. Этот компенсатор входит в категорию сильфонных моделей. Чисто конструктивно это сильфон, изготовленный из двухслойной стали толщиною 1,5 мм. Компенсатор заключен в полипропиленовую трубу, выполняющую функции кожуха. На концах установлены муфты, с помощью которых конструкция приваривается к трубопроводу.
Особенности монтажа компенсирующих устройствЛюбые монтажные операции на участках теплотрасс проводятся строго по проекту. В этом документе точно указаны места установки компенсаторов. Изменять их самовольно нельзя. Любые дополнения или отклонения от проекта приведут к непоправимым последствиям. Соединение компенсаторов к трубопроводам осуществляется сваркой или фланцами. При использовании полипропиленовых изделий – пайкой или сваркой. Перед тем как провести крепление, стыки между концами труб и компенсаторов выставляются по одной оси. Нельзя допустить даже самое малое смещение. Оно приведет к увеличению поперечных нагрузок именно в неправильно проведенном стыке. Все работы проводятся в процессе монтажа трубопровода. Существуют некоторые требования: Компенсирующие устройства ремонту не подлежат. Их можно только заменить на новые. Компенсаторы играют важную роль в эффективной работе трубопроводов теплотрасс разного вида и назначения. Сегодня без них ни одна трубная магистраль, по которой движутся жидкости и газы под высоким давлением и с повышенной температурой, не эксплуатируется. Понравилась статья – поставьте ее в закладки, поделитесь с друзьями в соцсетях. Если возникли вопросы, готовы их выслушать в ваших комментариях. Также рекомендуем посмотреть подборку видео, которые закрепят знания и ответят на оставшиеся вопросы. Сильфонные компенсаторы – виды. Компенсатор Козлова – изящное решение для отопления и водоснабжения.
|
