Сильфонный компенсатор устанавливается в целях поглощения теплового расширения трубы. Основной источник изменения размеров трубопровода – это температура жидкости или рабочей среды. Но иногда сжатие и удлинение трубопровода вызывается изменением температуры окружающей среды.

Сильфонный компенсатор устанавливается на трубопроводе несколькими способами.

Монтаж осевых сильфонных компенсаторов: схемы

Как определить точки установки компенсатора и направляющих опор

Чтобы обеспечить правильную работу трубопровода необходимо разделить трубопровод на отдельные участки. На каждом их будет установлен сильфонный компенсатор. Задача компенсатора заключается в контроле расширения трубопровода в осевом направлении между неподвижными опорами и в обеспечении жесткости конструкции.

Все силы, действующие на трубопроводе, принимаются на неподвижные опоры. Выравнивание движения сильфона компенсатора обеспечивается посредством направляющих (скользящих) опор для труб. Опоры не допускают, чтобы трубопровод сместился со своей оси. Если трубопровод не будет оборудован направляющими опорами, сильфонный компенсатор может потерять устойчивость и это приведет к аварии.

Осевой сильфонный компенсатор должен быть установлен рядом с неподвижной опорой. Чтобы обеспечить жесткость всей конструкции осевой сильфонный компенсатор монтируется не далее чем 4Ду от опоры. Это правило позволит обеспечить бесперебойную работу трубопровода и максимально продлить срок его службы.

Параметры сильфонного компенсатора должны быть следующими:

Давление Ру, выражается в МПа;

Диаметр Ду, выражается в мм;

Компенсирующая способность, выражается в мм.

Компенсатор должен соответствовать диаметру и давлению трубопровода;

На 2 неподвижные и последовательно стоящие опоры должно приходиться не более одного сильфонного компенсатора;

Используются рамочные, с хомутами и другие охватывающие опоры, т.к. не должна создаваться большая сила трения. Также применяются фторопластовые прокладки. Не должны создаваться заклинивания и перекосы при движении труб. Допускаются люфты размером 1 мм для Ду?100мм и 1,6мм для Ду?125;

Учитываются влияющие силы (сила трения, упругости и т.д.) при проведении расчета для трубопровода;

Выбирается наилучший вариант размещения сильфонного компенсатора на трубопроводе;

Опрессовка труб давлением производится при максимальных показателях - 1,25хРу;

Опрессовка проводится строго после полной установки трубопровода;

Если осевой сильфонный компенсатор установлен на определенном участке трубопровода, то здесь запрещены угловые усилия, напряжения скручивания и поперечные перемещения

Между компенсатором и опорами выдерживается следующее расстояние

Первая направляющая опора располагается на расстоянии от сильфонного компенсатора до 4 диаметров труб. Между первой и второй направляющей расстояние должно составлять 14 диаметра труб.

L 3 соответствует максимальному расстоянию между осями направляющих опор (см. график)

На графике приведено максимальное расстояние между скользящими опорами, которое рекомендуется в зависимости от давления, диаметра трубопровода и расстояния между опорами:

Приведенные на графике расстояния стандартны. Их получают при расчете трубопровода на устойчивость и прочность.

Как правильно располагать компенсаторы, направляющие и неподвижные опоры показано на рисунке. На рисунке видно, какое влияние оказывают направляющие (скользящие) на устойчивость трубопровода.

Цель установки 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.

Схемы установки осевых сильфонных компенсаторов

Компенсатор в середине прямого участка трубопровода.	Компенсатор в крайнем положении прямого участка трубопровода.
Компенсатор на прямом участке Z-образного участка трубопровода.	Компенсатор на Т-образном участке трубопровода.

Определение точек установки компенсаторов и направляющие опор для трубы

Для осуществления правильной работы трубопровода следует разделение систему трубопровода на отдельные участки, с целью установки на них сильфонных компенсаторов. Основная задача здесь - контроль расширения трубопровода между неподвижными опорами.

Неподвижные опоры предназначены для приема всех сил, действующих на трубопроводе.

Направляющие (скользящие) опоры для труб обеспечивают выравнивание движения сильфона компенсатора и предотвращают смещение трубопровода со своей оси. При отсутствии направляющих опор сильфонный компенсатор, имеющий высокую гибкость в сочетании с внутренним давлением, может потерять свою устойчивость и произойдет авария.

Рекомендация при установке трубопровода с компенсатором

Основная рекомендация состоит в том, чтобы установить осевой сильфонный компенсатор устанавить рядом с неподвижной опорой. Обычно осевой сильфонный компенсатор устанавлиают на растоянии не более 2Ду от неподвижной опоры.

Расстояния между скользящими напрвляющими опорами трубопровода

Первая скользящая опора должна быть расположена не более 4 диаметров труб от сильфонного компенсатора. Расстояние между первой и второй направляющей 14 диаметра труб.

L 1 = 4Ду (максимум)

L 2 = 14Ду (максимум)

L 3 см.график. - Максимальное расстояние между осями направляющих опор

Правильное расположение компенсаторов КСО, неподвижных и направляющих опор и влияние направляющих (скользящих) на устойчивость трубопровода показано на рисунке ниже.

Так же вы можете посмотреть компесаторы ксо, в зависимости от их условного диаметра.

Правила установки и обслуживания Компенсаторов КСО:

1. Компенсатор КСО устанавливают на прямолинейном участке трубопровода, ограниченном двумя неподвижными опорами. Изгибы трубопровода на этом участке категорически не допускаются. Не используйте компенсаторы КСО для компенсирования удлинений больших, чем в таблице технических данных: осевой ход нельзя превышать ни при каких рабочих условиях.

Трубы с длинами, для которых недостаточно одного сильфонного компенсатора КСО, необходимо разделить на отдельные участки приемлемой длины. При этом каждый участок ограничивается неподвижными опорами и в отношении температурных удлинений рассматривается как отдельный трубопровод. На компенсируемом участке не должно быть врезок. Исключение: радиаторные стояки системы отопления. Другие случаи рассматриваются индивидуально.

2. Неподвижные, направляющие и скользящие опоры должны быть сконструированы и установлены так, чтобы они могли выдерживать распорные усилия и усилия жёсткости компенсаторов КСО, а также вес трубопровода с водой и влияние врезок.

3. Компенсаторы КСО тепловых удлинений трубопроводов нельзя использовать в качестве демпфера колебаний.

4. С компенсаторами КСО надо обращаться осторожно, чтобы не повредить их при ударе и не оцарапать об острые предметы.

5. Осевые компенсаторы должны испытывать нагрузки только в продольном направлении, не допускается напряжение кручения и воздействие изгибающего момента.

6. Не допускается попадание сыпучих и твёрдых веществ в гофры компенсатора КСО; также запрещено покрывать сильфон компенсатора тепловой изоляцией. Убедитесь также, что посторонние предметы не попали между гофрами, если перед установкой компенсаторы КСО хранились какое-то время!

7. Перед вваркой компенсаторов КСО в трубную систему гофры (если они есть) компенсатора КСО должны быть надлежащим образом защищены от искр сварки (если компенсатор не оснащен наружным кожухом, его сильфон необходимо обмотать защитным материалом) для предотвращения попадания частиц раскаленного металла.

8. Кабель электросварки не должен контактировать с сильфоном компенсатора КСО.

9. Компенсаторы КСО могут быть снабжены внутренней гильзой и поэтому должны быть установлены направляющей стрелкой по направлению движения воды в трубе.

10. Компенсаторы КСО нельзя подвергать воздействию сильных электрических токов При сварных работах в сети трубопроводов и при сварке относящихся к этой сети деталей необходимо следить за тем, чтобы обратный ток к массе не проходил через компенсатор КСО. Эти компенсаторы нельзя использовать в качестве защитного или обратного трубопровода (это необходимо учитывать при выполнении мероприятий по выравниванию потенциалов).

11. Расстояние от компенсатора КСО до ближайшей (1-й) направляющей опоры должно быть 4Ду, между 1-ой и 2-ой направляющими опорами — 14Ду, остальные скользящие и направляющие опоры должны быть установлены в соответствии с нормативами. В случае горизонтальной установки вес трубы должен быть распределён на неподвижные и направляющие опоры и не должен воздействовать на компенсатор КСО.

12. При установке муфтовых резьбовых компенсаторов КСО в системах водоснабжения необходимо затягивать их гаечным ключом. Не перетягивайте! Это грозит выходом компенсатора КСО из строя. О допустимом усилии проконсультируйтесь в нашем техотделе.

13. Если компенсатор КСО устанавливается на вертикальном или горизонтальном стояке, необходимо, чтобы вес трубы не воздействовал на компенсатор КСО (не сжиимал, не растягивал и не сгибал его). Для этого необходимо предварительно смонтировать трубопровод, неподвижные и направляющие опоры и лишь после этого врезать компенсатор КСО. Если трубопровод загрязнен, то перед монтажом компенсаторов его необходимо промыть.

14. В трубопроводной системе с компенсаторами КСО недопустимы гидроудары!

Осевые сильфонные компенсаторы КСО представляют собой механически нагруженные детали. Срок их службы зависит от числа циклов срабатывания под нагрузкой. Компенсаторы КСО должны быть доступны для контроля и замены.

Порядок проведения монтажных работ трубопровода с компенсаторами КСО:

1. Монтаж трубопровода, неподвижных и направляющих опор.

2. В случае, если трубопровод был загрязнён, требуется промывка трубопровода.

3. Вырезка участка трубопровода на месте установки компенсатора, строго по его размерам (вырезка «катушки»).

4. Установка компенсатора («врезка»).

Компенсаторы КСО, запроектированные в соответствии с типовыми схемами, могут быть установлены используя предварительное растяжение или сжатие. Компенсаторы КСО нельзя деформировать — изгибать, растягивать или сжимать, пытаясь подогнать их при монтаже («врезке») под ненадлежащее пространство.

Не допускается чрезмерное сдавливание, растягивание или сгибание компенсатора в момент монтажа (трубопроводом, не зафиксированным неподвижными и направляющими опорами)!

Логунов В.В., заместитель генерального директора, Поляков В.Л., главный конструктор проектов по теплосетям, ОАО «НПП «Компенсатор»; Слепченок В.С., начальник отдела технического анализа, ГУП «ТЭК СПб», г. Санкт-Петербург

Показана возможность снижения потерь тепловой энергии и затрат при строительстве и эксплуатации тепловых сетей за счет применения осевых сильфонных компенсаторов для компенсации температурных деформаций теплопроводов.

Введение

Для компенсации температурных деформаций трубопроводов в тепловых сетях г. Санкт-Петербурга до начала 1980-х гг. применялись сальниковые, П-, S- и Г-образные компенсаторы, а во многих регионах России они применяются до сих пор. Каждому из этих компенсаторов свойственны отдельные серьезные недостатки.

Наиболее сложными в эксплуатации и монтаже являются сальниковые компенсаторы. Они требуют постоянного обслуживания, связанного с периодической подтяжкой уплотнения и заменой уплотнительного материала. При подземной прокладке теплопроводов установка сальниковых компенсаторов требует строительства дорогостоящих камер.

Длительная практика эксплуатации сальниковых компенсаторов показала, что даже при наличии регулярного их обслуживания имеют место протечки теплоносителя. При большой протяженности тепловых сетей суммарная величина затрат на пополнение и нагрев теплоносителя может достигать достаточно больших значений.

Для П-образных компенсаторов характерны большие габариты, увеличение зон отчуждения дорогостоящей городской земли, необходимость строительства дополнительных направляющих опор, а при подземной прокладке - специальных камер (что довольно затруднительно в городских условиях). Да и стоимость П-образных компенсаторов, особенно больших диаметров, достаточно высока.

В целях повышения надежности теплоснабжения, снижения капитальных вложений, потерь, связанных с утечками, и эксплуатационных расходов в начале 1980-х гг. специалисты ведущих Ленинградских проектных институтов рассмотрели возможность применения сильфонных компенсаторов (СК) в тепловых сетях вместо П-образных и сальниковых компенсаторов и с 1981 г. в ГУП «ТЭК СПб» при проведении капитального ремонта и строительства тепловых сетей началась установка осевых СК.

Типы сильфонных компенсаторов, конструкция и особенности их эксплуатации

Осевые сильфонные компенсаторы. Компенсаторы типа ОПКР (рис. 1а) разработаны для замены сальниковых компенсаторов и предназначены, как и компенсаторы типа КСО (рис. 1 б), для наземной и канальной прокладок теплопроводов с тепловой изоляцией из минеральной ваты.

При подземной прокладке теплопроводов в каналах, туннелях, камерах, а также при надземной прокладке и в помещениях, СК могут устанавливаться на прямолинейных участках теплопровода в любом месте между двумя неподвижными опорами (концевыми или промежуточными), при этом не должно быть препятствий для возможных перемещений кожуха вместе с частью теплопровода. Между двумя неподвижными опорами допускается размещать только один СК.

При монтаже и эксплуатации осевых СК не допускается нагружать их поперечными усилиями, изгибающим и крутящим моментами, а также весом присоединяемых участков труб и фасонных изделий. С этой целью при монтаже осевых СК обязательна установка направляющих опор. Первая пара направляющих опор должна устанавливаться с двух сторон от СК на расстоянии 2-4 Ду. Вторая пара ставится с каждой стороны от СК на расстоянии 14-16 Ду. Примеры установки осевых СК показаны на рис. 2.

Число и необходимость последующих направляющих опор определяется при проектировании по результатам расчета теплопровода на устойчивость.

Некоторые предприятия для увеличения компенсирующей способности компенсаторов применяют спаренные осевые сильфонные компенсаторы, тем самым, нарушая вышеизложенные требования. Это может привести к потере устойчивости компенсаторов (рис. 3).

При размещении СК у неподвижной опоры расстояние до нее должно быть в пределах 2-4 Ду. В этом случае направляющие опоры устанавливаются только с одной стороны. С другой стороны их функцию выполняет неподвижная опора.

В случае размещения СК в камерах функции направляющих опор могут выполнять стенки камер со специальной конструкцией обвязки входного и выходного проемов камеры.

Направляющие опоры следует применять, как правило, охватывающего типа (хомутовые, трубообразные, рамочные), принудительно ограничивающие возможность поперечного или углового сдвига и не препятствующие осевому перемещению.

Начиная с 1981 г. в тепловых сетях, находящихся на балансе ГУП «ТЭК СПб», было установлено более 14 тыс. СК. Анализ состояния трубопроводов и элементов конструкций тепловых сетей ГУП «ТЭК СПб», выполненный в 1998 г., подтвердил, что общее количество поврежденных СК за период внедрения составило 92 шт.

Основными причинами повреждений СК были:

• нарушение требований к монтажу осевых СК во время их монтажа;
• нарушение соосности трубопроводов во время монтажа, а также из-за просадки направляющих опор в процессе эксплуатации;
• разрушение неподвижных опор из-за неправильного расчета нагрузок на них;
• наружная коррозия сильфонов осевых компенсаторов из-за сверхдопустимого содержания хлоридов в грунтовых водах (рис. 4).

Дальнейший анализ условий монтажа и применения СК показал, что эксплуатация трубопроводов и других элементов тепловой сети в г. Санкт-Петербурге и его пригородах происходит при воздействии следующих факторов:

• высокий уровень грунтовых вод и частые подъемы воды при наводнениях приводят к периодическому их затоплению;
• большая часть трубопроводов и других элементов тепловых сетей ГУП «ТЭК СПб» находится в зонах с повышенной коррозионной активностью грунта (насыпные и торфяные почвы, повышенная концентрация хлоридов, блуждающие токи, высокий уровень и электропроводность грунтовых вод);
• посыпание проезжей части дорог солью и увеличение концентрации хлоридов в грунте приводит к снижению коррозионной стойкости металла (аустенитной нержавеющей стали) наружного слоя компенсаторов (75% теплотрасс расположены около проезжей части дорог). Как известно, скорость коррозии аустенитной стали резко увеличивается в среде, содержащей хлор;
• длительное хранение компенсаторов под от крытым небом без антикоррозийной защитной смазки, нарушения инструкции по их транспортировке без защитных кожухов приводят к ударам, появлению царапин, вмятин и т.д.;
• нарушение технологии строительно-монтажных работ приводит к проникновению влаги под изоляцию или нарушению соосности, что сокращает срок работы компенсатора.

Еще в 1983 г. Технический совет Главного топливно-энергетического управления Ленинграда потребовал от проектных, конструкторских организаций и заводов-изготовителей:

• решить проблему влияния хлоридов на долговечность металла сильфонов;
• доработать конструкцию компенсационного устройства таким образом, чтобы обеспечить перемещение компенсатора в защитном кожухе только в продольном направлении. Это обеспечит повышение надежности конструкции независимо от качества установки подвижных и неподвижных опор;
• доработать конструкцию защитного кожуха для обеспечения 100% герметизации сильфона от проникновения грунтовых вод;
• предусмотреть нанесение антикоррозийного покрытия на наружную поверхность сильфонов СК, применяемых в тепловых сетях;
• для увеличения сроков службы СК необходимо ужесточить требования к хранению, транспортировке и монтажу с целью недопущения их повреждений и коррозии при их хранении.

Сильфонные компенсационные устройства (СКУ). Во избежание разрушения осевых СК из-за несоосности трубопроводов, возникающей из-за просадки грунта, в гг. Санкт-Петербурге, Москве и в других регионах России стали применять СКУ различных конструкций. СКУ должны были конструктивно защищать сильфон от поперечных усилий, изгибающих и крутящих моментов, а также от попадания грунтовых вод на сильфон и грунта между гофрами.

Учитывая недостатки, выявленные при эксплуатации осевых СК, а также недостатки конструкций разработанных компенсационных устройств рядом российских производителей, ОАО «НПП «Компенсатор» в 1998 г. начало выпуск принципиально новой конструкции СКУ (рис. 5) для теплопроводов с теплоизоляцией из минеральной ваты, в пенополиуретановой (ППУ) или в армопенобетонной (АПБ) изоляции.

В отличие от СКУ, изготавливаемых другими предприятиями-производителями, этой конструкцией предусмотрены:

• направляющие опоры цилиндрической формы, установленные с обеих сторон от сильфона, которые телескопически перемещаются вместе с патрубками СКУ по внутренней поверхности толстостенного кожуха. Это придает конструкции достаточную жесткость и обеспечивает соосность сильфонов и их защиту от поперечных усилий и изгибающих моментов, возникающих при возможных прогибах теплопровода из-за просадки грунта или направляющих опор;
• ограничители хода сильфона, которые также защищают сильфон от крутящих моментов;
• толстостенный кожух, изготавливаемый из труб, применяемых для теплопроводов, который задает направление перемещения цилиндрических направляющих опор СКУ, и, в то же время, обеспечивает защиту сильфона от нагрузок, возникающих под действием давления грунта и автотранспорта при бесканальной прокладке теплопровода.

При использовании СКУ данной конструкции устанавливать направляющие опоры на расстоянии 2-4 Ду от СКУ нет необходимости. При бесканальной прокладке также гарантируется защита сильфона от поперечных усилий и изгибающих моментов, которые могут возникнуть из-за просадки грунта. Так, на СКУ Ду 1000, установленных на Нирюнгринской ГРЭС, несоосность составила 17мм, но СКУ осталось работоспособным.

Стартовые сильфонные компенсаторы для трубопроводов в ППУ-изоля

Е.В. Кузин, директор ООО «АТЕКС-ИНЖИНИРИНГ», г. Иркутск;

В.В. Логунов, заместитель генерального директора,

В.Л. Поляков, главный конструктор проектов по теплосетям,
ОАО «НПП «Компенсатор», г. Санкт-Петербург

В статье мы рассмотрели расчет трубопровода на устойчивость. Если расчет показывает, что трубопровод не устойчив, то необходимо стабилизировать теплопровод расстановкой направляющих опор.

Направляющие опоры по функциональному назначению можно разделить на два вида:

■ опоры первого вида, обеспечивающие соосность патрубков осевого компенсатора и их перемещение строго вдоль оси компенсатора;

■ опоры второго вида, обеспечивающие устойчивость теплопровода.

Первый вид направляющих опор применяется в том случае, если конструкция сильфонного компенсатора не способна самостоятельно обеспечить требуемую соосность патрубков компенсатора и не способна противостоять внешним нагрузкам - боковым усилиям и изгибающим моментам.

В зависимости от конструкции сильфонного компенсатора возможны следующие схемы расстановки направляющих опор первого типа, обеспечивающих соосность патрубков компенсатора и их продольное перемещение.

1. Конструкция сильфонного компенсатора не способна противостоять ни боковым усилиям, ни изгибающим моментам (компенсатор без направляющего кожуха или с кожухом, защищающим только от внешних воздействий при транспортировке и монтаже). В таком случае с каждой стороны от компенсатора устанавливаются две пары направляющих опор. Первая пара устанавливается на расстоянии 2-4Ду, вторая - на расстоянии 14-16Ду (рис. 1а). При установке сильфонного компенсатора на расстоянии до 4Ду от неподвижной опоры, направляющие опоры с противоположной стороны устанавливать не требуется (рис. 1б).

2. Конструкцией сильфонного компенсатора предусмотрен мощный защитный кожух, способный воспринимать боковые усилия, но не способный воспринимать изгибающие моменты. В таком случае необходима установка трех направляющих опор: одна пара устанавливается на расстоянии 14-16Ду и третья опора - на расстоянии 2-4Ду (рис. 2а). В случае если компенсатор установлен на расстоянии 2-4Ду от неподвижной опоры, то на его противоположной стороне устанавливается только одна направляющая опора на расстоянии 14-16 Ду (рис. 2б).

3. Конструкцией сильфонного компенсатора предусмотрен мощный защитный кожух и внутренние направляющие элементы, способные противостоять боковым усилиям и изгибающим моментам. Такая конструкция для своей нормальной работы не требует установки направляющих опор первого вида. Примером такого устройства является СКУ по техническим условиям ИЯНШ.300260.033 ОАО «НПП «Компенсатор».

Направляющие опоры первого вида должны быть рассчитаны на боковую нагрузку в 15% от суммы распорного усилия и жесткости компенсатора, должны быть охватывающего типа, и должны обеспечивать соосность патрубков компенсатора в пределах значений, заданных производителем сильфонного компенсатора.

Несоосность патрубков компенсатора является одним из критических факторов, влияющих на срок службы сильфонного осевого компенсатора. При определении допускаемых отклонений осевых линий направляющих опор, необходимо учитывать зазор в направляющей опоре.

Например, для ОПНР-16-400-200 (Ду400 мм, Ру=16 кгс/см 2) допускаемая несоосность патрубков компенсатора Δнорм составляет 10 мм, зазор в направляющих опорах λ=2 мм. Таким образом, максимальная несоосность осевых линий направляющих опор Δ=Δ ноpм - 2λ (рис. 3) и составляет в этом случае 6 мм.

Направляющие опоры 1-го вида должны строго соблюдать допускаемые отклонения в пределах всего срока эксплуатации, поэтому отдельно стоящие направляющие опоры первого типа могут быть построены только на непроседающих грунтах, с устройством фундамента или других мер, обеспечивающих выполнение данного условия. В противном случае направляющие опоры должны быть доступны для осмотра, и иметь приспособления для регулярной проверки боковых отклонений. Осмотр направляющих опор 1-го вида и измерение их боковых отклонений должен проводиться не реже, чем 1 раз в год. При превышении предельных отклонений необходимо выровнять направляющие опоры до возвращения боковых отклонений в область допускаемых значений.

Рассмотрим влияние бокового отклонения выше допускаемых значений на работу сильфонного компенсатора. Для компенсатора типа ОПНР-16-400-200 (допускаемая предельная несоосность патрубков Δ^ρ,Μ, заданная производителем, составляет 10 мм) максимальный сдвиг Δ для такого компенсатора при назначенной наработке, эквивалентной по разрушающему воздействию температурной истории тепловой сети за 30 лет , составляет 15 мм. Для сильфонного компенсатора сумма относительных деформаций по каждому виду деформации не должна превышать единицы.

Допустим, что при строительстве направляющих опор была допущена несоосность патрубков компенсатора 15 мм. Итого имеем 15-10=5 мм сдвига свыше значений, допускаемых производителем. Относительная деформация сдвига составит 5/15=1/3. Таким образом, относительная деформация в осевом направлении для нашего случая не должна превышать 1-1/3=2/3 от нормального значения, т.е. максимальная компенсирующая способность уменьшится с 200 до 133,3 мм. Если же сильфонный компенсатор, по- прежнему, будет работать с осевой амплитудой 200 мм (т.е. с амплитудой 150% от расчетного максимального значения), то его срок службы снизится в 8-12 раз.

Из рассмотренного примера видно решающее влияние качества исполнения направляющих опор на продолжительность работы сильфонного компенсатора, нуждающегося в направляющих опорах первого типа.

На рис. 4-6 показаны конструкции направляющих опор 1-го вида.

Направляющие опоры первого вида могут быть выполнены как на отдельном фундаменте, так и заделкой в существующие строительные конструкции (лотки, стенки камер и т.д.) при условии обеспечения нормативной боковой нагрузки и обеспечения соосности в заданных пределах.

Направляющие опоры второго вида применяются для стабилизации неустойчивого трубопровода и устанавливаются на участках трубопровода, таким образом, чтобы обеспечить достаточную устойчивость трубопровода.

При необходимости, боковые перемещения устойчивого трубопровода могут быть ограничены направляющими опорами второго вида. Например, при опасности опрокидывания трубопровода со скользящих опор и т.д.

Обратим внимание на следующий факт: устойчивость трубопровода вовсе не означает, что трубопровод не совершает боковых перемещений при работе, но в таком случае величина боковых перемещений поддается расчету. Установка направляющих опор первого вида не означает автоматической стабилизации трубопровода.

Усилие Р ц, необходимое для нарушения устойчивости участка трубопровода между двумя направляющими опорами второго вида, рассчитывается по формуле (формула выводится аналогично формуле для участка с консольно закрепленными концами с той лишь разницей, что в качестве аппроксимирующей кривой принимается синусоида вместо косинусоиды):

Обозначения аналогичны принятым ранее в статье .

Необходимо выбрать такое расстояние между направляющими опорами второго типа 1 ц, чтобы усилие Р ц оказалось больше реально действующего сжимающего усилия.

Для вертикальной плоскости, приняв коэффициент a 1 =1, можно рассчитать устойчивость трубопровода на отрыв от скользящих опор - для определения необходимости установки направляющих опор охватывающего типа и расчета расстояния между ними.

Правила расстановки направляющих опор второго вида.

1. Направляющие опоры второго вида устанавливаются равномерно по длине прямолинейного (отсутствуют изгибы более 3 О) участка трубопровода, в количестве, обеспечивающем фактическое расстояние между направляющими опорами 2-го типа и иными ограничительными конструкциями трубопровода не более расчетного значения L u .

2. В случае, если на участке неустойчивого трубопровода имеются углы изгиба более 3 О, то боковое перемещение таких изгибов ограничивается установкой направляющих опор, установленных на расстоянии 20Ду от угла. Если от угла изгиба на расстоянии 20Ду и менее имеется иная ограничительная конструкция, то на этой стороне изгиба направляющая опора второго типа не устанавливается.

3. Боковые перемещения устойчивого трубопровода с углами поворотов могут быть ограничены установкой направляющих опор второго типа согласно настоящим требованиям.

4. Сильфонный компенсатор должен устанавливаться на расстоянии не менее 20Ду от направляющей опоры второго вида.

При соблюдении указанных правил приблизительно боковую нагрузку на направляющую опору второго вида можно определить по формуле:

где Fрр - распорное усилие от компенсатора при пробном давлении; F ж - усилие от жесткости компенсатора, а - угол изгиба рядом с направляющей опорой (в градусах).

Более точный расчет нагрузок на направляющие опоры можно получить с помощью специализированного программного обеспечения, например - ПО «СТАРТ», но при этом следует помнить, что реальный трубопровод содержит изгибы и отклонения, которые чаще всего проектировщики не закладывают в расчетную модель.

При проектировании трубопровода в ПО «СТАРТ» допускается свободная расстановка направляющих опор, при условии задания возможного монтажного отклонения трубопровода.

Рассмотрим расстановку направляющих опор на примере. Имеется неустойчивый трубопровод. На расстоянии 15Ду от левой неподвижной опоры Н1 имеется угол поворота 4 О УТ1 по часовой стрелке, далее идет прямой участок с сильфонным компенсационным устройством СКУ по ИЯНШ.300260.033ТУ, угол поворота 6 О УТ2 против часовой стрелки и за ним на расстоянии 60Ду - неподвижная опора Н2.

Сначала рассчитываем расстояние 1_ц (рис. 7).

Так как угол УТ1 расположен на расстоянии менее 20Ду от неподвижной опоры Н1, то на этом угле потребуется установить только одну направляющую опору на расстоянии 20Ду на правой его части. Проверяем, что расстояние между установленной направляющей опорой и неподвижной опорой Н1 менее L u .

На втором угле УТ2 устанавливаем две направляющие опоры на расстоянии 20Ду с каждой его стороны. Проверяем, чтобы расстояние между всеми направляющими опорами и неподвижными опорами не превышало L u (см. рис. 7).

Как правило, направляющие опоры второго вида воспринимают существенно меньшую нагрузку по сравнению с направляющими опорами первого типа. Так же направляющие опоры второго вида не требуют столь точного соблюдения соосности - погрешности монтажа направляющих опор второго типа компенсируются гибкостью трубопровода. В подавляющем большинстве случаев направляющая опора второго вида необходима лишь для ограничения боковых перемещений и поэтому не требуется охватывающая конструкция такой опоры.

Конструктивно направляющая опора второго вида может представлять собой обычную скользящую опору, к закладной детали которой приварены уголки-бортики с зазором до 5 мм, допускающие свободный осевой ход и ограничивающие боковое перемещение трубопровода. Длина и катет шва должны быть рассчитаны на сопротивление срезу расчетной боковой нагрузкой с коэффициентом запаса не менее 1,3. Конструкция подушки скользящей опоры не должна допускать скольжение подушки по дну канала при действии расчетной боковой нагрузки.

Такой же конструктив направляющей опоры может применяться и на больших диаметрах при малых изгибах трубопровода, в случае же более значительных боковых нагрузок потребуется усилить конструкцию направляющих элементов, заделкой их в стенки лотка, усиления подушки скользящей опоры, применения рамочных направляющих опор и т.д.

Необходимость в направляющей опоре охватывающего типа определяется результатами расчета на устойчивость в вертикальной плоскости, в котором коэффициент трения в перпендикулярном направлении относительно оси трубопровода принят равным 1,0 . Как показывает практика, практически все трубопроводы с осевыми сильфонными компенсаторами и условным диаметром более 150 мм устойчивы в вертикальной плоскости, благодаря значительной массе трубопровода.

При использовании осевых сильфонных компенсаторов на трубопроводах может проявляться эффект накопления боковых отклонений. Проявляется он следующим образом: при нагревании трубопровода с начальным небольшим отклонением происходит боковое отклонение оси трубопровода от монтажного положения. При остывании трубопровода из-за способности компенсатора к растяжению трубопровод уже не вернется в свое монтажное положение. Таким образом, следующий цикл нагревания произойдет уже при большем начальном отклонении (рис. 8).

Процесс накопления боковых отклонений может протекать либо до опрокидывания трубопровода со скользящих опор, либо до максимального растяжения компенсатора, либо до тех пор, пока жесткость трубопровода на изгиб не уравновесит систему. По этой причине даже для устойчивых трубопроводов авторы считают целесообразным устанавливать направляющие опоры второго типа на расстоянии не более 100Ду друг от друга.

Литература

1. Кузин Е.В., Логунов В.В., Поляков В.Л. Устойчивость трубопроводов с осевыми сильфонными компенсаторами // Новости теплоснабжения. 2011. № 7. С. 42-50.

2. Кузин Е.В., Логунов В.В., Поляков В.Л. О назначенной наработке сильфонных компенсаторов // Новости теплоснабжения. 2011. № 3. С. 48-50

Применение компенсаторов на сегодняшний день – совершенно необходимая вещь при устройстве трубопроводов. За счет этой важной детали, в водопроводной системе выравнивается рабочее давление, ликвидируется возможность образования вихревых потоков. Если установка выполнена согласно правильной технологии, то компенсаторы обеспечат герметичность соединениям трубопроводов.

Немаловажно и то, что за счет их использования существенно продляется срок эксплуатации полипропиленовых трубопроводов. Сборка такого устройства очень проста, ведь компенсаторы устанавливаются по принципу конструктора.

Cодержание статьи

Условия эксплуатации

Компенсаторы для полипропиленовых трубопроводов используются в основном в установках горячего водоснабжения. И потому температура теплоносителя не должна быть больше +90ºС, при этом максимальное давление в трубопроводе может составлять до 10 атмосфер.

Компенсаторы в принципе нельзя применять при строительстве в регионах, где наружная температура опускается ниже -40ºС. Также их не рекомендуют использовать в сейсмоактивных районах, если возможная сейсмическая активность может превышать 9 баллов.

Установка компенсаторов возможна лишь на прямолинейных участках магистрали . При этом полипропиленовые трубы имеют свойство от повышения коэффициента линейного расширения удлиняться и провисать. И потому для магистралей длиной более 10 метров рационально использовать гибкие компенсаторы. То есть предварительно произвести расчет длины магистрали. Его конструкция позволяет быстро и без хлопот вмонтировать такое устройство в водопроводную систему.

Когда выполняется монтаж, и в самом процессе эксплуатации, необходимо не допускать затопления компенсаторов грунтовыми водами. Сами же приспособления нельзя нагружать массой труб, механизмов и разных конструкций.

Устройство и назначение (видео)

Виды и отличия

По способу применения и назначению работы компенсаторы подразделяют на такие виды:

1. Фланцевые сильфонные. Резина, из которой изготовлен этот вид компенсаторов, позволяет погашать ударные волны , спровоцированные увеличением давления в трубопроводах. Также могут нивелировать неточность в уровне оси трубы.
2. П-образные. Их применяют в массивных водопроводах с широкими диапазонами давления и температур. П- образные компенсаторы изготавливают из одной гнутой трубы или же из сварных труб с применением гнутых отводов. П-образные устройства не экономичны и требуют больших затрат финансов и пространства;
3. Гибкие изделия в виде петли, предназначенные для полипропиленовых труб.
4. Осевые сильфонные компенсаторы, представлены марками ОПН и КСО. Имеют направляющие крепежи, которые существенно облегчают монтаж. Отличаются малыми габаритами, нежели п- образные компенсаторы.
5. Сдвиговые марки КСС. Они выполнены из двух гофр, соединенных специальной арматурой. Также компенсируют движение по двум направлениям относительно главной оси.
6. Универсальные. Используются при любом рабочем ходе – будь то осевой, поперечный или же угловой; Заменяют сильфонные компенсаторы там, где их использование невозможно.
7. Поворотные. Устраняют расширение трубы в месте её поворота, задают необходимый угол. Широкое применение нашли в прокладке магистралей, где запланированы повороты на 90 градусов.

Подбор и подготовительные работы

В том случае, если подбираются компенсаторы для полипропиленовых труб, необходимо учитывать диаметры обоих элементов. Они должны совпадать. В большинстве случаев используют диаметр, колеблющийся от 2 до 4 сантиметров.

Для трубопровода в жилых зданиях рекомендуется использовать приспособления в 2 сантиметра диаметром. Одни из самых известных производителей компенсаторов – фирмы Kayse и Kompencator PPHV. Они уже долгое время занимают лидирующие роли на рынке трубопроводной продукции и прославились своим качеством.

Подбирая компенсаторы, проводят расчет 3 важных параметров: Диаметр (Ду), Давление (Ру), а также максимальную компенсирующую способность в миллиметрах. Скользящие опоры должны иметь охватывающие свойства, например , рамочные опоры и т.п., также желательно отсутствие больших сил трения. Рационально применять фторопластовые прокладки. Они обеспечивают отсутствие заклиниваний и перекосов при разнонаправленном движении труб.

Перед установкой компенсатора, нужно произвести расчет возможных влияющих сил, таких как сила трения, коэффициент упругости сильфонов и др. Первоочередной задачей является монтаж опоры, которая будет воспринимать давление от компенсатора. В тех местах, где трубы соединяются с агрегатами, такими как насосы, установка опор также предпочтительна.

Процесс монтажа

Монтаж и его технология во многом зависят от того, какой был подобран для работ. Использование лишь нарезного монтажа не гарантирует надежности работы трубопроводов. Потому рекомендуется применить сварку, как проверенный временем монтаж.

Можно выделить такие этапы сварочных работ:

1. Подготовительные мероприятия. Проверка изделия на наличие дефектов, подготовка рабочего места, растяжка компенсаторов.
2. Расчет магистрали. Необходимо точно спланировать систему трубопроводов и произвести расчет расстояния между опорами на магистрали.
3. Нарезка трубопровода. Расчет длины элементов труб.
4. Сварка труб воедино и установка компенсаторов.

Участок компенсатора, который будет входить в трубу, следует основательно зачистить. Все части конструктивного узла постепенно разогреваются и только потом соединяются. В процессе остывания нужно жестко зафиксировать трубы и компенсирующее устройство, иначе возможны протечки в будущем. Если обнаружены нарушения герметичности соединения, то изделие демонтируется и подлежит замене. Ремонту и техобслуживанию компенсаторы не подлежат.

Выделяют 2 способа соединения труб: сварное и фланцевое . В случае применения сварки, компенсатор становится несъемным, удалить его можно будет лишь болгаркой или другим инструментом. Поэтому необходима детальная точность, когда выполняется расчет будущей конструкции. Диаметры элементов, толщина их стенок и внутреннее сечение должны идеально совпадать.

Для создания сварочных швов на полипропиленовых трубах используется специальная сварка для таких труб, но с тем же успехом можно использовать и фитинги. Их металлическая резьба дает возможность соединять трубопроводные системы с другими устройствами.

При использовании фланца, труба остается нетронутой, так как соединение происходит со встречным фланцем. Это позволяет сделать соединение разъемным. И если возникнет аварийная ситуация, то не составит труда заменить сильфонные компенсирующие устройства в кратчайшие сроки.

Правила монтажа

Учитывая характерные особенности монтажа, следует выделить такие нюансы этого процесса:

• монтаж целесообразен только на прямолинейном участке магистрали;
• необходимо выполнить расчет линейного теплового расширения;
• следует изучить все технические характеристики изделия, а также труб, для которых оно будет применяться;
• компенсатор нужно заранее проверить на наличие трещин, повреждений и других дефектов. Использование бракованного материала может привести к опасным последствиям;
• установка компенсаторов производится не чаще, чем одно изделие на 2 . Рекомендуется устанавливать сильфонные компенсаторы в непосредственной близости от опоры;
• перед сваркой трубопроводный узел следует обмотать асбестовой тканью. Она защитит приспособление от возможности попадания металлических брызг;
• когда монтаж завершен, проводят и устанавливают специальные кожухи, способствующие теплоизоляции;
• процесс опрессовки нельзя проводить до тех пор, пока монтаж трубопроводов не завершится полностью.