Устройство сильфонного компенсатора для тепловых сетей, назначение и особенности. Компенсаторы тепловых сетей
Сильфонные компенсаторы применяют в самых разных сферах, они установлены на промышленных объектах и трубопроводах коммунальных систем. Сильфонные компенсаторы для тепловых сетей позволяют подать в наши дома горячую воду, подвести отопление. В настоящее время для подобных трубопроводов применяются как простые осевые компенсаторы (КСО, 2КСО), так и специальные сильфонные компенсирующие устройства (СКУ, 2 СКУ). Сильфонные компенсаторы пришли на смену морально устаревшим линзовым и сальниковым устройствам.
Трубопроводы тепловых сетей работают с горячим теплоносителем, они разработаны таким образом, что во время подачи горячей среды трубы нагреваются и удлиняются, а после остывают и укорачиваются. Важным звеном такого трубопровода являются компенсаторы, которые нивелируют эту деформацию, не давая системе оказывать нагрузку на другие узлы.
Осевые компенсаторы
Для компенсации деформаций трубопроводов коммунальных и промышленных тепловых сетей, для уменьшения потерь температуры теплоносителя и его энергии при транспортировке, для продления срока службы системы используются сильфонные компенсаторы. Их применение обусловлено целым рядом положительных факторов, среди которых:
- Максимально простая и понятная конструкция.
- Возможность работы с различным давлением.
- Широкий диапазон рабочей температуры, которое выдерживает устройство, причем как внутри системы, так и снаружи.
- Применение компенсаторов сильфонного типа позволяет добиться отличной герметичности.
- Компенсатор кроме теплового расширения борется с несоосностью трубопровода и возникающей вибрацией.
- Сильфонные компенсаторы, в отличие от своих сальниковых и линзовых предшественников, имеют скромные габаритные размеры.
- В большинстве случаев на тепловых сетях используются компенсаторы с патрубковым соединением, очень простым.
- Срок работы устройство составляет пару десятков лет (большой запас хода сильфона), при этом обслуживание компенсатору не нужно, это очень надежные устройства.
- Стоимость сильфонных компенсаторов доступная, при этом рынок наполнен качественными отечественными и импортными вариантами.
В основном в тепловых сетях применяются самые простые , состоящие из сильфона и патрубков под приварку. Сильфон изготавливается из нержавейки, а патрубки из обычных сплавов. Такие устройства могут быть вмонтированы в любую теплосеть, место ее прокладки значения не имеет, достаточно соблюсти технические требования к установке изделий.
Если вам необходимо смонтировать сильфонный компенсатор в подземный канальный теплопровод, то достаточно выбрать прямой участок системы и установить его между двух, неподвижных опор. Следующий компенсатор, если необходимо, можно разместить уже за следующими опорами.
Опоры предотвращают деформации других видов и помогают компенсатору работать правильно и системно. Обычно, при проектировании тепловой сети, уже закладываются специальные места для опор, компенсаторов и прочей трубопроводной арматуры. Все что нужно сделать, правильно установить изделие на трубопровод. Нарушения и эксплуатации изделия, могут привести к его быстрому выходу из строя.
Выход из строя сильфонного компенсатора раньше окончания его срока эксплуатации, достаточно редкое явление, обычно ставшее следствием нарушений норм и правил работы с ним.
Некоторые примеры таких ошибок:
- Неправильное хранение сильфонных компенсаторов приводит к порче внешнего вида и утрате важных технических свойств.
- Неправильный монтаж компенсатора приводит к его поломке непосредственно в процессе установке или при первой же подаче носителя в сеть.
- Неправильное расположение или отсутствие опор ведет к такой же ситуации. Про разрушение камер и опор от нагрузок, мы даже не упоминаем.
- Неправильно выбранные материалы, в процессе изготовления изделия, ведут к коррозии самого сильфона в грунтовых водах, в которых находится тепловая сеть.
Как видите, факторов риска очень много, поэтому любые действия с сильфонными компенсаторами для тепловых сетей, да и другими изделиями трубопроводной арматуры, нужно согласовывать с техническими службами.
Компенсирующие устройства
В настоящее время все большую популярность набирают сильфонные компенсационные устройства с теплоизоляцией (минеральной ППМ, пенополиуретановой ППУ), скрывающиеся за аббревиатурой СКУ. Эти компенсаторы не так требовательные к опорам трубопровода, поскольку в их конструкцию уже предусмотрена защита сильфонов от ненужных деформаций, они просты и удобны в монтаже и эксплуатации.
Современная конструкция позволяет использовать компенсаторы СКУ.ППУ, СКУ.ППМ на тепловых сетях и трубопроводах. При этом они становятся частью всей трубопроводной системы, выполняя свою работу и не давая теплоносителю потерять энергию и тепло.
Другие компенсаторы
Одной из разновидностей сильфонных компенсаторов, которые применяются на теплотрассах, являются стартовые устройства, которые используются при запуске трубопроводной системы. Стартовый компенсатор позволяет тепловой сети выйти на нормальный режим работы. Во время подачи теплоносителя в систему, трубы начинают удлиняться, а компенсатор при этом сужается. Он срабатывает всего один раз, после чего его заваривают и он становится обычным участком трубы.
Кроме стартовых, на определенных участках трубопровода могут применяться и другие виды сильфонных компенсаторов. Например, на изогнутых трубах ставят поворотные или угловые компенсаторы, на длинных участках прямого трубопровода монтируют сдвиговые компенсаторы.
Более подробную информацию о работе сильфонных компенсаторов на трубопроводах тепловых сетей, можно узнать у непосредственных производителей трубопроводной арматуры во время заказа соответствующей продукции.
Сильфонные компенсирующие устройства нивелируют напряжения, возникающие в трубопроводе при смене температуры транспортируемой среды. Они используются на теплотрассах промышленного и общего назначения.
Фиксация сильфонных компенсаторов для тепловых сетей осуществляется между неподвижными опорами. Устройства крепятся посредством сварки. При проведении монтажных работ учитывается соосность трубопровода. Наличие отклонений - повод для проведения дополнительных мероприятий.
При прокладке тепловых сетей используются следующие компенсаторы:
Компенсаторы в ППУ изоляции
Компенсаторы СКУ.ППУ и СКУ.ППМ имеют дополнительную теплоизоляцию. В первом случае используется пенополиуретан, во втором - пенополиминеральный состав. Изделия устойчивы к перепадам температур, просты в монтаже. Зазоры, образующиеся при установке компенсаторов, изолируются посредством защитной скорлупы.
Компенсационные устройства СКУ.М и ОПКР не имеют собственной теплоизоляции. Для снижения тепловых потерь допускается использование минеральной ваты, пенобетона, ППУ скорлупы.
Купить компенсаторы для тепловых систем
Приобрести качественные сетей поможет компания «КОМПЕНС». Мы предлагаем продукцию собственного производства . Изделия отличаются длительным сроком службы и простотой обслуживания. В наличии решения для теплотрасс диаметром 57…1420 мм. Компенсаторы изготавливаются из отечественной стали. Каждое изделие проверяется сотрудниками ОТК.
Сотрудничество с компанией «КОМПЕНС» - это:
- Возможность купить качественные изделия . При производстве продукции используется высокоточное оборудование. Изделия соответствуют действующим отраслевым стандартам. На все компенсаторы распространяется гарантия.
- Отсутствие наценок и переплат . Товары реализуются напрямую с завода . Компания «КОМПЕНС» не сотрудничает с посредническими организациями. Вы получаете изделия по ценам производителя.
- Качественное обслуживание . Менеджеры «КОМПЕНС» - опытные специалисты. Они порекомендуют сильфонные компенсаторы для тепловых сетей, отвечающие требованиям покупателя. Клиенты «КОМПЕНС» получают консультации по любым интересующим вопросам.
- Своевременная доставка . Продукция отправляется со склада компании. Заказчик получает компенсаторы строго в обозначенный срок.
Подробную информацию о реализуемых товарах содержит сайт «КОМПЕНС». В нем представлены характеристики сильфонных компенсаторов, обозначены особенности их эксплуатации и монтажа.
Компания «КОМПЕНС» сотрудничает с коммерческими и государственными организациями. Принимаются заявки от подрядчиков, обслуживающих компаний, перерабатывающих и добывающих предприятий. При покупке крупной партии продукции предоставляется скидка.
Для оформления заявки свяжитесь с менеджерами «КОМПЕНС», либо воспользуйтесь функционалом нашего интернет-магазина.
Существует множество типов устройств, которые отличаются по параметрам и конструктивным элементам. Особенность указанных моделей заключается в том, что они способны выдержать большую температуру. Для того чтобы детально разобраться в указанном вопросе, рекомендуется ознакомиться с типами компенсаторов.
Виды устройств
По конструкции выделяют осевые и фланцевые сильфонные компенсаторы для ГОСТ Р 50671-94. Существуют модели низкого и высокого давления. Фланцевые устройства делятся на сдвиговые и угловые модели. В отдельную категорию выделены карданные и блочные модификации.
Устройства низкого давления
Модели низкого давления активно применяются в Сталь в данном случае используется разных маркировок. Если рассматривать модификации серии ОФН, у них имеется широкий выход. Показатель осевого хода в среднем составляет 80 мм. Коэффициент жесткости у них невысокий. Максимальная допустимая температура компенсаторов указанного типа находится на уровне -10 градусов.
Также надо отметить, что существуют модификации с отверстиями. Они подходят для труб диаметром от 3 см. Коэффициент жесткости у них в среднем равняется 300 Н. Масса обычной модели составляет 10 кг. Если рассматривать компенсатор КСО, у него предусмотрено четыре отверстия. Выход в данном случае имеется шириною в 80 мм. Предельное давление составляет 1.2 бара.
Модели высокого давления
Сильфонные компенсаторы для тепловых сетей высокого давления производятся только из закаленной стали. Минимальная допустимая температура компенсаторов равняется не более -20 градусов. Также стоит отметить, что существуют модификации с высоким осевым ходом. Большинство устройств делается с широким выходом. Отверстия могут располагаться на большом расстоянии от арматуры.
В среднем ширина входного отверстия равняется 70 мм. Показатель жесткости у моделей стартует от 400 Н. При этом параметр давления на выходе равняется примерно 2.5 бара. Если рассматривать компенсатор КСО, у него предусмотрено пять отверстий. Параметр осевого хода располагается на уровне 40 мм. Масса модели составляет ровно 10 кг. Сталь в данном случае применяется с маркировкой 12Х. Максимальная допустимая температура указанного компенсатора составляет 430 градусов.
Осевые модели
Компенсатор сильфонный (осевой) делается с длинным держателем. Стойки у модификаций производятся с широким выходом. Модели замечательно подходят для Сталь в устройствах применяется разных типов. Современные модели производятся с отверстиями. Показатель предельного давления у компенсаторов равняется не менее 4 бар. Вход, как правило, предусмотрен на 55 мм. Коэффициент жесткости в среднем равняется 340 Н. Также стоит отметить, что у моделей высокая допустимая температура. Если говорить про минусы, то внимания заслуживает тот факт, что устройства много весят. Также социалисты отметают, что модели не могут использоваться для алюминиевых труб.
Сила сжатия в данном случае сильно большая. Если рассматривать компенсатор сильфонный (осевой) серии РК, у него предусмотрен выход на 56 мм. В данном случае масса изделия равняется 12 кг. Дополнительно специалисты указываются на низкую проводимость устройства. Минимальная допустимая температура компенсатора располагается на отметке -20 градусов. Устройство замечательно подходит для теплоизоляционных труб. Крепление устройства производится при помощи жгута. Зажим в данном случае подбирается на два винта. Отверстия в представленной модификации отсутствуют. Входное отверстие используется на 28 мм. Параметр жесткости устройства равняется 300 Н. Освевой ход для 1000 циклов составляет примерно 400 мм. Максимальная допустимая температура у компенсаторов этого типа - 340 градусов. Однако в данном случае все зависит от производителя и маркировки используемой стали.
Назначение фланцевых устройств
Фланцевые сильфонные компенсаторы для тепловых сетей подходят для труб разного диаметра. Наиболее часто устройства используются для соединения стальных трубок. Многие модификации производятся из стали серии 17 ГС. Большинство устройств обладает широким выходом. Максимальная допустимая температура компенсаторов равняется 340 градусов.
Также надо отметить, что существуют модели с узкими каналами. Арматуры у них всегда делаются из стали. Некоторые устройства производятся с уплотнителями. Выход у них, как правило, устанавливается диаметром от 50 мм. Осевой ход для 50 циклов равняется не более 80 мм. Масса обычной модели составляет приблизительно 8 кг. Минимальная допустимая температура компенсаторов располагается на уровне -20 градусов.
Сдвиговые устройства
Сдвиговые сильфонные компенсаторы для тепловых сетей обладают подвижными наконечниками. Модификации производятся разных размеров. Современные модели делаются с широким держателем. Также надо отметить, с узким выходом. В среднем диаметр трубки равняется 80 мм. Осевой ход при 100 циклах достигает максимум 20 мм. Масса обычной модели колеблется в районе 8 кг. Предельное давление при этом составляет около 3.3 бара. Существуют модификации с наконечниками и без них. Также надо отметить, что на рынке представлены компактные модификации. Если рассматривать модель СКУ ППУ, у нее имеется выход с трубкой. Сталь, как правило, применяется серии 17Г. Максимальная допустимая температура у компенсаторов этого типа составляет 450 градусов.
Угловые модели
Угловые сильфонные компенсаторы для тепловых сетей в последнее время считаются очень популярными. У них используется одна стойка. Сталь применяется разных серий. Стандартные модели делаются с короткими держателями. Также надо отметить, что есть модификации с широким выходом для теплоизоляционных труб. Входное отверстие у таких моделей равняется примерно 65 мм. Осевой ход при 50 циклах составляет не более 80 мм. Масса обычной модели равняется примерно 7 кг.
Также надо отметить, что существуют устройства с отверстиями. Предельное давление у них достигает 3.5 бар. Минимальная допустимая температура у компенсаторов этого типа стартует от -20 градусов. Еще есть модификации с короткими трубками, которые мало весят. Если рассматривать сильфонный компенсатор ППУ, у него имеется пять отверстий. При этом масса модификации составляет ровно 10 кг. Коэффициент жесткости в устройстве достигается 322 Н.
Назначение карданных устройств
Карданные модели замечательно подходят для тепловых сетей. При этом трубы фиксируются очень быстро. Некоторые модификации делаются с короткой стойкой. Держатели у них крепятся по сторонам. Также надо отметить, что есть устройства с широким выходом. Отверстия у них располагаются на стойке. Масса стандартного устройства составляет 7 кг. Коэффициент жесткости зависит от многих факторов. Также надо отметить, что есть большие модификации, которые делаются из стали. У них применяется выход диаметром от 80 мм. Сталь может применяться серии 17Г.
Теплоизолированные модификации
Теплоизолированные модели пользуются большим спросом. У них применяется очень жесткая стойка. Также надо отметить, что есть модели с короткими стойками. При этом трубки устанавливаются с широким выходом. Масса равняется 12 кг. Также надо отметить, что выход используется диаметром от 60 мм. Данные устройства отлично подходят для теплоизоляционных изогнутых труб.
Держатели применяются разной формы. Коэффициент жесткости у модификаций стартует от 400 Н. Изоляция сильфонных компенсаторов выполнена с уплотнителем. Некоторые модели способны похвастаться своей прочностью. Минимальная допустимая температура стандартного компенсатора составляет -10 градусов. Отверстия в данном случае находятся на стойке. Наиболее распространенными считаются устройства с одним выходом. Максимальная допустимая температура у компенсаторов этого типа равняется 340 градусов. Также есть модели с высоким коэффициентом жесткости. В среднем масса у таких изделий составляет 15 кг. Сталь при этом применяется серии 18Г.
Блочные модели
Блочные модификации являются очень распространенными и соответствуют стандартам СНИП (тепловые сети). Сталь у них применяется серии 09ГС. Также есть модификации с удлинителями. Устройства часто применяются для изогнутых труб. Осевой ход при 50 циклах в среднем равняется 70 мм. Масса стандартной модели составляет 9 кг. Выход в устройствах стартует от 70 мм. Обычная модель делается с одной трубкой.
Есть модификации с длинной стойкой. Существуют устройства с 4 и 8 отверстиями. Минимальная допустимая температура у компенсаторов этого равняется 60 мм. Если рассматривать компенсаторы в у них применяется четыре отверстия. Масса устройства составляет 9 кг. Коэффициент жесткости у представленной модификации располагается на уровне 430 Н.
Стартовые модификации
Стартовые устройства выделяются наличием широкого выхода. У моделей стойки деются разной толщины. Также надо отметить, что производятся модификации с жесткими фиксаторами. Большинство моделей делаются малого размера. В среднем стандартная модификация весит не более 8 кг. Также надо отметить, что сталь, как правило, применяется серии 17Г. Диаметр входного отверстия у моделей не превышает 65 мм. Коэффициент жесткости стартует от 300 Н. Осевой ход у большинства устройства не превышает 20 мм.
Поворотные модели
Поворотные модели, которые соответствуют принятым стандартам СНИП (тепловые сети), хорошо подходят для соединения изогнутых труб. У моделей производятся стойки разной длины. Существуют модификации на 4 и 8 отверстий. Если рассматривать устройства серии РК, у них имеется длинная трубка. Коэффициент жесткости не превышает 340 Н. Осевой ход при 50 циклов равняется 50 мм. Выходное отверстие в устройстве составляет 45 мм. Всего у модели имеется четыре отверстия. Минимальная допустимая температура компенсатора составляет -10 градусов.
Также есть модификации с узким выходом. У них имеется две стойки. Фиксация устройства осуществляется на винтах. Модели неплохо подходят для изогнутых труб. Также стоит отметить, что существуют компенсаторы на широких подставках. В среднем диаметр выхода равняется 60 мм. При этом коэффициент жесткости стартует от 320 Н. Специалисты говорят о том, что модели очень просты в установке. Дополнительно важно учитывать высокий параметр допустимой температуры.
, Тепловые сети, в т.ч. системы ГВС .
- для объекта уменьшение потребления холодной воды и топлива, а также электроэнергии, снижение затрат, связанных с техническим обслуживанием и ремонтом компенсаторов;
- для муниципального образования снижение потребления топлива и тарифов для населения, повышение надежности теплоснабжения.
Применение сильфонных компенсаторов для компенсации температурных деформаций, снятия вибрационных нагрузок, герметизации трубопроводов, предотвращения разрушения и деформации трубопроводов теплопроводов позволяет снизить потери тепловой энергии, затраты при строительстве и эксплуатации тепловых сетей и повысить их надежность.
Прямолинейный участок трубопровода между неподвижными опорами при изменении температурного режима тепловой сети получает некоторое приращение своей длины за счет температурного расширения материалы трубопровода. Возникающие при этом напряжения, растяжения или сжатия могут привести к изгибу труб или их разрушению. Гофры сильфонного компенсатора установленного на этом участке компенсатора, упруго деформируясь, воспринимают в пределах компенсирующей способности изменения длины участка трубопровода, вызванное температурным расширением.
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 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 сильфонных компенсаторов. Годовой экономический эффект, проявляющийся в снижении сметной стоимости строительства, экономии материалов, в сокращении трудозатрат при строительстве и тепловых потерь при эксплуатации теплопровода, при замене 1 шт. П-образного компенсатора на осевой сильфонный составил: для DN 500 - 6,65 тыс. руб., для DN 700 - 12,07 тыс. руб. (в ценах 1986 года).
Удельная годовая экономическая эффективность
от замены сальникового компенсатора на сильфонный в процессе эксплуатации составила (в ценах 2006 г.) [источник: www.kompensator.ru]:
| Диаметр компенсатора, мм | Холодная вода | Топливо | Электроэнергия | Обслуживание и ремонт, тыс. руб. | Итого, тыс.руб. | |||
| м3 | тыс. руб. | тут | тыс. руб. | кВт-ч | тыс. руб. | |||
| до 300 | 77,5 | 1,05 | 0,7 | 0,90 | 105,9 | 0,10 | 2,71 | 4,76 |
| от 300 до 600 | 186,8 | 2,52 | 1,6 | 2,17 | 255,4 | 0,24 | 6,30 | 11,23 |
| от 600 до 1200 | 355,7 | 4,80 | 3,0 | 4,12 | 486,1 | 0,45 | 9,90 | 19,27 |
Компенсаторы сильфонные в зависимости от вида выполняют роль неподвижных опор, позволяют устанавливать компенсатор без дополнительных крепежных элементов или применяются в трубопроводах для компенсации температурного расширения, предотвращения разрушения трубопровода при деформации, герметизации трубопроводов, компенсации несоосностей, возникших вследствие монтажных работ.
Конструкция сильфонных компенсаторов
Сильфонные компенсаторы имеют малые габариты, могут устанавливаться в любом месте трубопровода при любом способе его прокладки, не требуют строительства специальных камер и обслуживания в течение всего срока эксплуатации. Срок их службы, как правило, соответствует сроку службы трубопроводов. Применение сильфонных компенсаторов обеспечивает надежную и эффективную защиту трубопроводов от статических и динамических нагрузок, возникающих при деформациях, вибрации и гидроударе. Благодаря использованию при изготовлении сильфонов высококачественных нержавеющих сталей, сильфонные компенсаторы способны работать в самых жестких условиях с температурами рабочих сред от «абсолютного нуля» до 1000°С и воспринимать рабочие давления от вакуума до 100 атм., в зависимости от конструкции и условий работы.
В зависимости от назначения и условий применения используются различные конструктивные исполнения компенсаторов, представляющие собой различные комбинации сильфонов, присоединительной и ограничительной арматуры, направляющих патрубков и защитных кожухов.
Основной частью сильфонного компенсатора является сильфон - упругая гофрированная металлическая оболочка, обладающая способностью растягиваться, изгибаться либо сдвигаться под действием перепада температур, давления и другого рода изменений. Между собой они различаются по таким параметрам как размеры, давление и типы смещений в трубе (осевые, сдвиговые и угловые). На основании данного критерия компенсаторы выделяют осевые, сдвиговые, угловые (поворотные) и универсальные.
Сильфоны современных компенсаторов состоят из нескольких тонких слоев нержавеющей стали, которые формируются при помощи гидравлической или обычной прессовки. Многослойные компенсаторы нейтрализуют воздействие высокого давления и различного рода вибраций, не вызывая при этом реакционных сил, которые в свою очередь провоцируются деформацией).
СКУ (СКФ) предназначены для компенсации температурных изменений длины трубопровода, снятия вибрационных нагрузок, герметизации трубопроводов, предотвращения разрушения и деформациитрубопроводов. Для сильфонных узлов возможна подземная безканальная укладка, изоляция сильфонных устройств СКУ (СКФ). Основным элементом компенсационного устройства является осевой сильфонный компенсатор, установленный в защитный кожух, который обеспечивает защиту сильфона от поперечных усилий, изгибающих и крутящих моментов, а также от механических повреждений и попадания грунта между гофрами. Компенсационные сильфонные устройства имеют малые габариты, могут устанавливаться в любом месте трубопровода при любом способе его прокладки, не требуют строительства специальных камер и обслуживания в течении всего срока эксплуатации. Срок их службы, как правило, соответствует сроку службы трубопроводов. Применение СКУ (СКФ) обеспечивает надежную и эффективную защиту трубопроводов от статических и динамических нагрузок, возникающих при деформациях, вибрации и гидроударах. Благодаря использованию при изготовлении сильфонных узлов из высококачественной нержавеющей стали, СКУ (СКФ) способны работать в самых жестких условиях.
Компенсация температурных деформаций для труб в ППУ-изоляции
В последние годы в России для бесканальной прокладки теплопроводов стали широко применяться стальные трубы с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке по ГОСТ 30732.
В Западной Европе и в некоторых регионах России для компенсации температурных деформаций теплопроводов при бесканальной прокладке не применяют осевые сильфонные компенсаторы. В этих случаях используется способ частичной разгрузки температурных деформаций теплопровода с помощью стартовых компенсаторов за счет предварительного нагрева теплопровода во время его монтажа до температуры, равной 50% от максимальной.
Суть этого способа заключается в следующем. Между двумя неподвижными опорами теплопровода устанавливается стартовый сильфонный компенсатор, после чего теплопровод заполняется теплоносителем и нагревается до температуры, равной 50% от максимальной рабочей. При этом стартовый компенсатор должен сжаться на полную величину рабочего хода. После выдержки при указанной температуре (как правило, в течение суток) кожухи стартового компенсатора завариваются между собой. После этого соединяются проводники СОДК и на стартовые компенсаторы наносится тепло-гидроизоляция. И так на всем теплопроводе между каждой парой неподвижных опор.
При этом сильфон стартового компенсатора исключается из дальнейшей работы теплопровода, и теплопровод остается в эксплуатации в напряженном состоянии.
Кроме того, использование предварительно нагретых во время монтажа теплопроводов имеет еще несколько неудобств:
- окончательный монтаж теплопровода (заварку кожухов всех стартовых компенсаторов и их последующую тепло-гидроизоляцию) приходится производить во время отопительного сезона;
- при выполнении ремонта теплопровода необходимо на данном участке теплотрассы заменять и стартовый сильфонный компенсатор и выполнить в дальнейшем вышеизложенные требования по его монтажу и изоляции.
Применение при бесканальной прокладке предварительно нагретых во время монтажа теплопроводов с использованием стартовых компенсаторов возможно в регионах с мягкими климатическими условиями, когда перепады температур теплоносителя относительно средней температуры незначительны и стабильны.
В пиковые же режимы отопления, а также при остывании теплоносителя и его сливе, что довольно часто происходит во многих регионах России, температурные напряжения на трубопровод и неподвижные опоры резко возрастают.
Учитывая проблемы применения стартовых компенсаторов, а также особенности климатических условий регионов и соответствующие режимы отопления, при бесканальной прокладке предварительно изолированных труб уже более 15 лет применяются предварительно изолированные осевые сильфонные компенсационные устройства различных конструкций.
Для того чтобы добавить описание энергосберегающей технологии в Каталог, заполните опросник и вышлите его на c пометкой «в Каталог» .
Сильфонный компенсатор представляет одну из разновидностей устройств, препятствующих возникновению повышенного механического напряжения элементов трубопроводов вследствие температурных изменений их линейных размеров, вибраций и гидроударов. Компенсатор является неотъемлемой частью трубопроводных систем, транспортирующих среду с повышенной температурой и давлением. Выбор мест установки компенсаторов и их типов производится на стадии проектирования сети, по результатам расчета режимов ее работы.
В основе конструкции находится сильфон – тонкостенная гофрированная оболочка, способная выдерживать многократные осевые и угловые деформации.
Интересный факт. Возникновению термина «Сильфон» мы обязаны Уэстону Фултону, метеорологу университета Теннесси. В 1902 году, сконструировав термодинамический прибор, он использовал в нем известную ныне конструкцию, назвав ее «Sylphon», в честь древнескандинавской богини погоды. После этого возникло множество патентов на изобретения, использующие сильфон в самых разных областях техники.
Принцип действия
Работа трубопроводов систем теплоснабжения сопряжена с температурными колебаниями, обусловленными внешними погодными условиями и изменением режима тепловой сети. В результате колебания температуры, стальные трубы изменяют линейные размеры в осевом направлении (в длину) и в поперечном (в ширину).
Вследствие того, что трубопровод является жесткой сварной конструкцией, тепловое расширение и сжатие отдельных его участков вызывает возникновение значительных механических усилий по всей его длине. В зависимости от пространственной конфигурации сети, в отдельных местах труба может испытывать нагрузку на сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг или кручение.
Кроме температурного фактора воздействия, трубопроводы испытывают вибрационные нагрузки, вызываемые работой турбинного, насосного и другого оборудования, имеющего вращающиеся элементы. При отсутствии компенсирования этих явлений, деформация отдельных участков может переходить из упругой области в пластичную зону. В результате этого, в наиболее нагруженных участках накапливаются усталостные изменения структуры металла, что приводит к быстрому его разрушению и разгерметизации трубопровода.
Сильфонный компенсатор, врезанный в трубопровод, способен испытывать значительные упругие деформации благодаря гофрированной конструкции. Усилия, вызывающие расширение и сжатие сильфона, значительно меньше, чем у основной трубы, по этой причине, наибольшие линейные перемещения происходят именно в компенсаторе. Трубы системы, установленные на скользящие опоры, свободно перемещаются по ним в осевом направлении, деформируя компенсатор. Это защищает трубопровод от опасных перегрузок.
На рисунке 1 продемонстрированы различные виды деформации сильфонного элемента компенсатора, имеющие место при воздействии усилий, возникающих в трубных системах.
а – Исходное состояние элемента в ненагруженном положении,
б – Уменьшение длины элемента в результате приложения внешнего сжимающего усилия,
в – Удлинение сильфона вследствие усилия, направленного на растяжение,
г – Поворот оси сильфона на некоторый угол, вызванный нагрузкой на изгиб,
д – Сдвиговая деформация, вызванная параллельным смещением осей стыкуемых труб.
Технические параметры
К основным техническим характеристикам данного вида компенсаторов относятся:
Рабочий ход, то есть рабочая величина осевой или угловой упругой деформации.
Внутренний диаметр или условный проход.
Максимальное рабочее давление.
Допустимая температура эксплуатации.
Среда, для работы с которой предназначено устройство.
Скорость перемещения среды в трубной системе.
Способ соединения с трубопроводом (фланцевый или под приварку).
Основные преимущества
Широкое применение этих устройств обусловлено целым рядом их преимуществ:
Небольшие габаритные размеры, позволяющие монтировать их на любых участках трубопроводов, независимо от варианта прокладки.
Простое обслуживание, отсутствие необходимости оборудовать специальные камеры.
Продолжительный срок службы, равный периоду эксплуатации трубопровода.
Область применения
Сильфонные компенсаторы используются в таких областях, как энергетика, металлургия, нефтепереработка, коммунальное хозяйство. Их применение преследует следующие цели:
Компенсирование температурных расширений элементов трубопроводов.
Предотвращение механического разрушения труб вследствие деформации.
Компенсирование ошибок, допущенных в процессе монтажа и приведших к несоосности трубных систем.
Нейтрализация вибрационных нагрузок, источником которых служит работающее оборудование и поток транспортируемого энергоносителя.
Обеспечение герметичности транспортных трубопроводов.
Выполнение соединений труб различного типа и диаметра
Технология изготовления
Самой ответственной частью конструкции компенсатора является сильфон. Материалом для его изготовления служит нержавеющая сталь, придающая изделию высокую коррозионную и температурную стойкость. Сначала тонкие листы стали свариваются продольно, затем на полученном цилиндре формируются гофры. Для обеспечения максимальной гибкости, стенки сильфона делают многослойными. Такая конструкция увеличивает сопротивление давлению, сохраняя при этом легкость деформирования.
Остальные элементы конструкции компенсатора, присоединительная и ограничительная арматура, выполняются из углеродистых сталей.
Разновидности
В зависимости от вида нагрузки, возникающей в месте установки компенсатора, выбирается его вид, рассчитанный на определенный характер деформации упругого элемента. Различают сильфонные компенсаторы следующих видов:
Осевой.
Угловой.
Карданный.
Разгруженный сдвиговый.
Стартовый.
Осевой компенсатор (КСО) устанавливается на прямолинейные участки трубопроводов между двумя неподвижными опорами, промежуточными или концевыми. Он предназначен для компенсирования деформации в осевом направлении.
Осевой компенсатор обладает высокой надежностью. Все виды отказов данного устройства связаны с неправильным его применением или ошибками, допущенными при монтаже:
Нарушение инструкции при размещении компенсатора.
Использование компенсатора в условиях появления несоосности, и как следствие, возникновение повышенных поперечных нагрузок.
Попадание посторонних предметов или грунта в пространство между гофрами.
Низкое качество направляющих опор трубопровода, вызывающее просадку и возникновение осевых сдвигов.
Коррозия сильфонных оболочек, вызванная повышенным содержанием хлоридов в перекачиваемой среде.
Угловой компенсатор используются для осуществления поворотных перемещений осей трубопроводов. Как правило, он устанавливается в местах изгиба трубопровода или соединения разных трубопроводов под углом. Благодаря характеру деформации компенсатора, его также называют поворотным.
Данный вид компенсаторов оборудуется шарниром (фото 3), позволяющим совершать перемещения только в одной плоскости. Такой шарнир служит защитой сильфона от скручивания. Конструкция углового компенсатора не позволяет ему совершать осевые перемещения.
Карданный компенсатор совершает угловые перемещения в любой плоскости.
В его конструкцию входят два шарнира в перпендикулярных плоскостях. Этот компенсатор также способен деформироваться в осевом направлении, что обуславливает его широкое применение.
Сдвиговый компенсатор устанавливается в тех местах трубопроводов, где возможно возникновение усилий, направленных на взаимный сдвиг осей отдельных участков трассы. Одно из типовых применений этого вида компенсаторов – в местах ввода трубопроводов в здания. Эта мера позволяет избежать повреждения труб в результате неизбежной осадки строительных конструкций. С помощью данного компенсатора также возможно соединение участков сети, построенных с взаимным отклонением осей, то есть, компенсирование ошибок монтажа труб.
Чаще всего, устройства этого типа имеют два сильфонных элемента, разделенных промежуточной трубой, поэтому называются двухсекционными.
Стартовый компенсатор по конструкции является осевым. Отличие заключается в том, что сильфон покрыт снаружи кожухом, состоящим из двух половин. При осевой деформации, части кожуха движутся друг относительно друга.
Монтаж стартового компенсатора в предизолированный ППУ трубопровод происходит следующим образом. Ненагруженный компенсатор врезается в трубу. Труба заполняется водой, имеющей температуру 50% от рабочей величины. При этом, температурное расширение труб вызывает осевое сжатие сильфона компенсатора. Температуру воды поддерживают постоянной в течение суток. После этого, две половины кожуха деформированного компенсатора сваривают между собой. Затем соединяют проводники сигнальной системы изолированных труб, после чего корпус стартового компенсатора покрывается изоляцией. Такая процедура проделывается на всех прямолинейных участках между опорами.
При применении стартового компенсатора теплотрасса эксплуатируется в состоянии предварительного напряжения. Такой способ монтажа имеет ряд недостатков:
Монтаж может быть закончен только после начала отопительного сезона.
При производстве ремонта трубопровода, стартовый компенсатор необходимо менять.
Заключение
Использование компенсаторов является основным решением в мировой практике проектирования различных трубных систем. Сильфонные компенсаторы занимают одно из ведущих мест в ряду устройств аналогичного назначения. Их применение относится к наиболее эффективным методам борьбы с последствиями деформации в трубопроводных системах.