В помощь монтажникам. Е

В нефтяной промышленности, в канализационных трубопроводах и в системах подачи воды используют компенсаторы. Их функция – стабилизация, выравнивание осевых перемещений, защита от деформаций, возникших вследствие изменения температуры и вибрационных нагрузок. Узнайте, какие существуют разновидности этих устройств, и как монтируют сильфонные компенсаторы трубопроводов.

Компенсаторы для трубопроводов

Принцип действия устройства

Температура транспортируемой среды трубопровода поддерживается на заданном уровне, тогда как температура окружающей среды не является стабильной. При минусовых значениях воздуха металл сжимается и укорачивается, при плюсовых – расширяется и удлиняется. Для трубных соединений такой процесс чреват разгерметизацией в местах соединений, при этом трубы изгибаются, а опоры разрушаются. Компенсаторы, благодаря своей эластичной структуре, нейтрализуют негативное влияние деформации, помогают сохранить конструкцию трубопровода целостной.

Неподвижные опоры принимают нагрузку распорных усилий

Вследствие повышения температуры труба расширяется как в осевом, так и в поперечном направлении. Важно правильно закрепить скользящие и неподвижные участки трубопровода.

Виды компенсаторов трубопроводов

Компенсаторы нашли наибольшее применение в промышленности. Они бывают П-образными и гофрированными.

П-образный компенсатор обычно используется для больших магистральных трубопроводов

Гофрированные компенсаторы бывают:

• поворотные (уравновешивают деформацию поперечным сдвигом);
• угловые с пространственным или с плоским шарниром (компенсируют неточность размеров изгибом);
• полуразгруженные и осевые (нейтрализуют удлинение благодаря осевому сжатию).

Компенсаторная способность П-образного устройства составляет до 700 мм. Используется при наземной прокладке труб, имеет сварные и гнутые отводы. При его использовании необходимо сооружать дополнительные опоры.

Перед монтажом устройство проверяют на соответствие техническим условиям

Сальниковый компенсатор представляет собой трубу, помещенную в корпус. В зазоре находится металлическое кольцо с грундбуксой. Бывает двухсторонним или односторонним, обладает хорошей компенсаторной способностью. Используют при давлении до 1,6 МПа и при температуре до 300°С. Быстро изнашивается, поэтому не пользуется большой популярностью.

Двухсторонний сальниковый компенсатор принимает на себя нагрузку, удлиняясь или сжимаясь, в зависимости от температуры среды

Волнистый имеет гибкую, прочную оболочку-гофру малой толщины. Отлично защищает от деформаций, имеет небольшие размеры. Изготавливается по принципу гидравлической вытяжки. Интервал рабочих температур – от -70°С до + 450°С, выдерживает давление 6,3 МПа. Устройство позволяет использовать небольшое количество опор.

Сильфонный компенсатор используется в сфере транспортирования жидкости или пара. Является полой деталью с гофрированной металлической поверхностью. Сжимается, изгибается, растягивается. Герметичен. Может применяться в трубах с коррозионной рабочей средой.

Линзовый компенсирует температурные изменения длины в осевом векторе и в шарнирных схемах. Устанавливают для труб, транспортирующих неагрессивные или малоагрессивные жидкости. Рабочее давление 1,6 МПа, температура среды 300°С. Передают значительные усилия на опоры.

Сфера использования тканевых компенсаторов – газовая промышленность, рабочая температура до 250°С. Устройства состоят из нескольких слоев газоплотного материала, химически устойчивы.

Резиновые предназначены для использования в линиях, транспортирующих жидкие среды с максимальной температурой 200°С. Конструкцию устройства помещают в пожаробезопасную оболочку. Для каждого типа жидкости существует свой эластомер: NBR – предназначен для нефти, EPDM – для воды, гипалон — для агрессивных веществ, кислот и щелочей. Иногда используется тефлон – специальное напыление, повышающее надежность соединения. Резиновые устройства используются в водопроводных и канализационных сетях, в нефтяной и газовой промышленности.

Разгруженный компенсатор предназначен для выравнивания сдвиговых и осевых перемещений. Бывает осевым и резиновым. Устройство подходит для трубопроводов любых видов

Гибкие элементы крепежа, компенсаторы расширения, используют для труб большого диаметра. Выбор устройства зависит от температуры рабочей среды и характеристик трубы.

Сильфонные компенсаторы

Эти устройства герметичны, способны функционировать в жестких температурных условиях, выдерживают перепады давления, стойки к агрессивным средам. Состоят из защитной арматуры, соединительных элементов и из одного (или нескольких) сильфонов.

Сильфон – многослойная гофрированная поверхность. Может служить изолятором от вибраций для работающего оборудования. Сохраняет целостность при циклических поперечных, осевых, изгибающих нагрузках или их комбинациях.

Область применения сильфонных устройств: атомная, авиационная, военная промышленность; автомобиле- и судостроение; газовые, нефтяные магистрали; тепло- и водоснабжение.

Принцип работы на видео

Порядок установки

Монтаж сильфонных компенсаторов осуществляется на прямолинейных отрезках трубопровода. Устройства ограничиваются неподвижными опорами. Между двумя опорами устанавливается только один компенсатор, который приваривается к трубопроводу. Расстояние между опорой и компенсатором не должно быть большим, чем длина 4 диаметров трубопровода. Устройства сильфонного типа можно применять в районах с температурой не ниже -40˚С. Допустимо содержание хлоридов в сетевой воде в количестве 200 мг/кг. Направление потока среды указывается стрелкой на корпусе изделия.

Последовательность действий при монтаже будет такой:

1. Компенсатор осматривают перед монтажом на предмет выявления возможных повреждений при транспортировке.
2. Строповку осуществляют за патрубки. Заводской консервант смывают горячей водой или счищают.
3. В сопроводительных документах указывается факт предварительной растяжки (или ее отсутствие). При необходимости выполнить растяжку, ее выполняют на длину установочного расстояния.
4. Участки трубы, прилегающие к компенсатору, крепят в неподвижных опорах таким образом, чтобы монтажная длина компенсатора равнялась расстоянию между концами труб.
5. После проверяют соосность патрубков (отклонение не более 2 мм), параллельность трубы и патрубка (отклонение не более 3 мм).
6. Затем стыкуют подсоединяемое устройство с другим концом трубы. Транспортные ограничители убирают по окончании монтажных работ.
7. Кожух компенсатора сдвигают и приваривают один из патрубков к трубе.
8. Перед сварочной операцией сильфон накрывают полотном асбеста, чтобы брызги металла не повредили монтируемое устройство.
9. При установке нельзя допускать нагрузок на изгиб и скручивание относительно продольного направления детали. Запрещается использовать компенсатор при его провисании от веса трубопровода.
10. Температура воздуха (на момент закрепления) и расстояние между концами труб фиксируется документально (актом).

Сильфонные компенсаторы гасят вибрации, нивелируют несоосность труб при монтаже, герметизируют соединения, выполняют компенсацию теплового расширения трубопровода.

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.

Сильфонные компенсаторы являются элементами, которые используются для поглощения смещений при расширении и сжатии, происходящие в системе. В случае использования осевых сильфонных компенсаторов требуются некоторые вспомогательные инструменты, необходимые для поддержания эффективности систем и обеспечения их непрерывной работы. Для компенсации внутреннего давления трубы должны применяться опоры, а для обеспечения требуемой конфигурации трубопровода, последние должны поддерживаться трубными направляющими опорами.

Силы, которые компенсируются за счет опоры:

• Давление
• Трение
• Центробежная сила
• Силы, обусловленные коэффициентом жесткости

Неподвижные опоры

Используется на глухих концах трубопроводов в тех случаях, когда необходимо поддерживать оборудование, при балансировке трубопровода с помощью осевых и сдвиговых сильфонных компенсаторов. Расчет силы, которая компенсируется неподвижными опорами, будет описан в следующих разделах.

Коленные опоры

Использование коленных опор важно при наличии поворотов трубопроводов. Сила давления в линии увеличивается в соответствии с углом поворота. Если изменение диаметра трубопровода происходит сразу же за его поворотом, то эффективные силы должны быть приняты в соответствии с большим диаметром.

Роликовые опоры

В случаях, когда предполагается, что сильфонные компенсаторы будут использоваться для компенсации только сдвиговых смещений или дополнительно и осевых смещений, необходимо использование шарикоподшипников. Этот тип запорных пластин можно рассматривать в качестве опорных элементов для трубопроводов. Силы, которые необходимо скомпенсировать, рассчитываются так же, как и для других опор, но трение трубы при этом не учитывается. Если предполагаются высокие расходы, то при расчетах необходимо принимать во внимание действие центробежной силы.

Как правило, опоры являются неподвижными элементами, они не должны учитываться в расчетах на гибкость в предположении, что растягиваются под действием сил.

Направляющие опоры

При использовании сильфонных компенсаторов с такими элементами, как опоры, важными элементами являются также трубные направляющие опоры.

Например, если рассматривать монтаж сильфонных компенсаторов, установленную в середине трубопровода, который закреплен с обоих концов с помощью опор (Рис. II-4) для случая, когда отсутствуют требуемые направляющие опоры, компенсаторы могут выйти из строя.

Расчет интервала для направляющих опор производится с помощью формулы Эйлера;

I: Интервал направляющих опор

E: Величина сопротивления

Я: Момент инерции

F: Максимальная осевая деформация

Фактический интервал между направляющими опорами получается при делении этого расчетного значения на определенный коэффициент безопасности. В соответствии со спецификацией Ассоциации производителей сильфонных компенсаторов (EJМA), первая направляющая опора должна быть расположена на расстоянии от сильфонного компенсатора, равном максимум 4 диаметрам трубы. Рисунок II.5 иллюстрирует схему, как рассчитать расстояние между направляющими опорами, которое зависит от диаметра трубы и максимального давления. Эта диаграмма составлена EJМA с учетом коэффициента запаса прочности, который учитывается при расчетах.

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.

05.12.2011

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.

Направляющие опоры первого вида

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/см2) допускаемая несоосность патрубков компенсатора Δ норм составляет 10 мм, зазор в направляющих опорах λ=2 мм. Таким образом, максимальная несоосность осевых линий направляющих опор Δ=Δ норм – 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 норм, 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, попрежнему, 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

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 P 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):

(1)

Обозначения аналогичны принятым ранее в статье .

Необходимо выбрать такое расстояние между направляющими опорами второго типа I ц, чтобы усилие P 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°) участка трубопровода, в количестве, обеспечивающем фактическое расстояние между направляющими опорами 2-го типа и иными ограничительными конструкциями трубопровода не более расчетного значения L ц.

2. В случае, если на участке неустойчивого трубопровода имеются углы изгиба более 3°, 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 F рр – распорное усилие от компенсатора при пробном давлении; F ж – усилие от жесткости компенсатора, α – 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;УТ1 по часовой стрелке, далее идет прямой участок с сильфонным компенсационным устройством СКУ по ИЯНШ.300260.033ТУ, угол поворота 6°УТ2 против часовой стрелки и за ним на расстоянии 60Ду – неподвижная опора Н2.

Сначала рассчитываем расстояние L 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 ц.

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 ц (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.