Преимущества сильфонных перед П-образными компенсаторами

Компенсаторы или компенсационные устройства применяют при монтаже трубопроводов с высоким давлением или высокой температурой несущего вещества. При работе трубопровода возникает ряд факторов, которые необходимо учитывать, чтобы избежать разрушения несущих конструкций. К таким факторам относят температурные деформации труб, вибрации, возникающие при работе трубопровода, а также оседание фундаментов бетонных опор.

Компенсаторы предназначены для обеспечения подвижности частей системы друг относительно друга. Если не будет такой подвижности, то возрастают нагрузки на соединительные элементы, участки трубопровода, сварные швы. Эти нагрузки превышают допустимые нормы и приводят к разрушению системы.

Различают несколько видов компенсаторов, которые имеют разные принципиальные устройства. Идея разработки П-образного компенсатора появилась в результате явления самокомпенсации трубопроводов, имеющих повороты и изгибы. В процессе работы теплотрассы трубы за счет этих поворотов способны проявлять устойчивость к деформациям кручения и растяжения.

Однако рассчитывать на самокомпенсацию не приходится, так как абсолютная величина смещения зависит от количества поворотных элементов. Чтобы обеспечить возможность компенсации деформаций, на прямолинейном участке магистрали обустраивают П-образное колено, играющее роль компенсатора.

Принцип действия П-образного компенсатора

По своему устройству П-образный компенсатор считается самым простым, так как он состоит из минимального набора элементов. Именно такой минимализм позволил обеспечить широкий диапазон технических характеристик (температуры, давления). Изготавливается компенсатор одним из двух способов.

1. Цельная труба гнется в нужных местах с определенным радиусом изгиба, образуя П-образную конструкцию.
2. В состав компенсатора входят 7 элементов, среди которых три прямолинейных отвода и 4 поворотных уголка, которые свариваются в единую конструкцию.

Вследствие того, что данный компенсатор приходится часто обслуживать, ведь в П-образном колене часто скапливаются осадки в виде грязи или других плотных структур, его соединительные патрубки снабжают фланцами или резьбовыми муфтами. Это позволяет монтировать и демонтировать устройство без применения специнструмента.

П-образные компенсаторы предусмотрены как для стальных труб, так и для полиэтиленовых труб. Конструкция не лишена недостатков. Так, к примеру, на монтаж П-образного компенсатора в системе отопления требуется потратить дополнительный материал в виде труб, уголков, сгонов. Для тепловых сетей все осложняется установкой дополнительных опор.

Требования к монтажу и себестоимость установки П-образных устройств

Несмотря на относительную простоту устройства, не всегда монтаж П-образного компенсатора оказывается ниже по себестоимости, по сравнению, например, со стоимостью сильфонного компенсатора. Сейчас речь идет о трубопроводах большого диаметра. В таком случае затраты на дополнительные элементы и их монтирование превышают стоимость сильфонного устройства, а если учесть необходимость постройки опор, то разница в цене будет весьма ощутимой.

В случае, если компенсатор изготавливается путем сгиба прямолинейной трубы, необходимо учитывать, что радиус этого сгиба должен равняться восьми радиусам самой трубы. При наличии швов конструкцию изготавливают так, чтобы эти швы приходились на прямолинейные участки. При образовании крутозагнутых отводов, естественно, приходится отступать от этих правил.

Плюсы и минусы П-образной конструкции

Целесообразно применять данный тип компенсаторов при монтаже трубопроводов небольших диаметров. Здесь необходимо отметить, что диапазон размеров сильфонных компенсаторов несколько шире. П-образное колено отлично справляется с вибрациями, однако для его изготовления требуется большое количество материала, что существенно повышает стоимость устройства.

Сравнение характеристик сильфонного и П-образного компенсаторов позволяет выявить основные достоинства и недостатки каждого типа устройств. К примеру, П-образный компенсатор требуется периодически обслуживать, прочищать от отложений. Сильфонные же компенсаторы не страдают такими недостатками.

Еще один момент, который хотелось бы отметить, касается компенсирующей способности двух видов устройств. Если рассматривать только абсолютные значения, то в этом плане явного преимущества не наблюдается ни с одной, ни с другой стороны. Однако для увеличения максимального смещения в П-образном компенсаторе придется увеличивать размер колена. Для сильфонного же компенсатора достаточно использовать двухсекционную гофру, что практически никак не сказывается на габаритах.

Хотелось бы добавить в копилку положительных свойств такое качество, как отсутствие контроля во время эксплуатации. Но в условиях густонаселенного пункта не всегда находится свободное пространство для обустройства трубопровода с П-образным компенсатором. Колено может монтироваться только на горизонтальных участках, в то время как сильфонный компенсатор устанавливается на любом прямолинейном участке.

Наконец, еще одно преимущество сильфонного компенсатора – он не повышает сопротивления течения жидкости и газа. П-образное колено в значительной степени снижает скорость потока. При использовании такого типа устройств в домашней система отопления придется устанавливать циркуляционный насос, так как за счет естественной конвекции жидкость может не циркулировать, встретив на пути препятствие.

Расчеты для компенсаторов

Отсутствие стандартов ГОСТ на П-образные устройства иногда существенно усложняют задачу планирования проекта, поэтому необходим предварительный расчет п-образного компенсатора. Прежде всего, необходимо отталкиваться от нужд проекта. Учитываются размеры трубопровода, его диаметр, максимальное давление и величина предполагаемого смещения.

Это означает, что приобрести готовый компенсатор практически не удастся. Для каждого конкретного случая его необходимо изготовить персонально. В этом кроется еще один недостаток, по сравнению с сильфонными устройствами.

При расчете параметров следует учитывать следующие ограничения и условия:

• в качестве материала для трубопровода используется сталь;
• компенсаторы рассчитаны как на водную, так и на газообразную среду;
• максимальное давление носителя не превышает 1,6 атмосфер;
• компенсатор должен иметь правильную форму в виде буквы «П»;
• монтируется только на горизонтальных участках;
• исключено воздействие ветра.

Следует понимать, что приведенные параметры считаются идеальными. В реальных же условиях удается соблюдать всего лишь пару пунктов. Когда речь заходит о температуре среды, необходимо ее значение взять по максимуму, а температуру окружающего воздуха принять минимальной.

Монтаж компенсатора

При строительстве магистрали следует пользоваться определенными правилами, которые касаются и обустройства П-образных компенсаторов. Его устанавливают так, чтобы вылет был направлен в правую сторону. Стороны определяют, если смотреть на трубопровод от источника к приемнику. Если же отсутствует требуемое для компенсатора место справа, то вылет делают влево, однако обратную магистраль придется вести с правой стороны, а это приводит к изменениям в проекте.

Перед непосредственным вводом в эксплуатацию теплотрассы требуется обязательная предварительная растяжка компенсатора. Наполненные трубы испытывают избыточное давление, поэтому если не сделать данную процедуру, то металл вскоре начнет разрушаться.

Натяжку производят специальными домкратами, а после пуска их убирают, и колено занимает свое прежнее положение. О величине натяжки говорят паспортные данные, предусмотренные для каждого устройства. При установке опор необходимо рассчитать их местоположение, они должны располагаться так, чтобы деформации приводили лишь к осевому смещению трубы на опоре.

Установка сильфонных компенсаторов на трубопроводах

Компенсатор устанавливается на трубы для предотвращения теплового расширения
В трубопроводе возникают напряжения, компенсатор отопления противодействует деформации за счет упругой оболочки. Контуры выходят из строя из-за нагрузки осевого сдвига и поворота, в зависимости от этого используются определенные типы разгрузочных вставок.

Устройства нужно устанавливать в системах:

• отопительных магистралей под давлением;
• замкнутых подающих и обратных контуров;
• трубопроводов перекачки газов и жидкостей.

Сильфонные установки надежно соединяют участки теплотрассы, если правильно подобраны и смонтированы. Конструкции гасят вибрацию с малыми и большими амплитудами, при этом размах колебаний не должен быть больше 10% от общих сдвигов компенсатора.

Универсальные или сбалансированные вставки используются, если типовые устройства не удовлетворяют требованиям или в сети есть риск скачка давления свыше допустимых показателей.

Расчет предварительного растяжения компенсатора при монтаже

Размер смещения компенсационного устройства может быть выражен набором положительных и отрицательных значений. Положительное значение, показывает на какую величину устройство может быть растянуто, отрицательное значение, в свою очередь, говорит о том, на сколько компенсатор можно сжать. Сумма абсолютных чисел показывает полное смещение компенсатора. Компенсационные устройства чаще всего работают на сжатие. Их часто используют в криогенных системах, где они компенсируют температурные деформации трубопроводов.

Предварительное растяжение перед установкой компенсационного устройства на место, необходима для оптимального его смещения в зависимости от условий, в которых работает трубопроводная система, и для предотвращения возникновения нештатных ситуаций.

Максимальные значения изменения размеров трубопровода от предельных температур во время его эксплуатации. Например, минимальная температура равняется 0 градусов, а максимальная составляет 100 градусов. Длина составляет 90 метров. Максимальное увеличение длины трубопровода составит 100 мм. В качестве примера рассмотрим то, что на таком трубопроводе будет использован компенсатор с предельным смещением 100 мм. Температура воздуха во время выполнения монтажных работ составляет 20 градусов. Такие условия приведут к тому, что компенсационное устройство будет работать в следующем режиме:

• при 0 — он растянется на 50 мм;
• при 100 — он сожмется на 50 мм;
• при 50 — он будет находиться в свободном состоянии;
• при 20 — он растянется на 30 мм.

То есть, если его предварительно растянуть на 30 мм, при выполнении монтажных работ (температура равна 20 градусам), то это обеспечит его эффективную работу. Ели температура вырастет от 20 до 50 градусов, после ввода его в эксплуатацию, то компенсационное устройство вернется в свободное состояние. Если температура поднимется до 1000, то смещение компенсация составит расчетные 50 мм.

Порядок расчета значения предварительного растяжения

В качестве примера, примем следующие условия. За основу возьмем то, что длина трубы равна 33 метрам. Диапазон температур равняется -20/+150 градусов. При такой разнице температур коэффициент равняется 0,012. Максимальное удлинение рассчитывается по следующей формуле

ΔL = α*L*Δt = 0,012 х 33 х 170 = 67 мм

Размер предварительного растяжения PS определяют по формуле:

PS = (ΔL/2) — ΔL(Ty-Tmin): (Tmax-Tmin)

Подставив необходимые значения можно рассчитать, что при выполнении монтажа его необходимо установить с предварительным растяжением равным 18 мм.

Бесспорно, этот расчет не отличается большой сложностью, но при оформлении заказа на компенсационное устройство, наши инженеры проведут все необходимые расчеты и на их основании будет разработана рабочая документация, которая необходима для производства компенсаторов.

Технические характеристики

Сильфонный компенсатор в действии
Сильфоны выпускаются с применением рулонной стали толщиной 0,3 – 0,5 мм. Партия на выходе проверяется на стойкость к коррозии от хлора в условиях температуры +150°С. Герметичность испытывается гидростатической компрессией с помощью пузырьков азота, воздуха или гелия. В компенсаторах не допускается растяжение, протечки контрольного вещества и снижение напора.

Устройства исследуются на стойкость к нагреванию повышением температуры до +270°С и выдержкой в этих условиях не менее 1 часа. Проверяется внутренние разрывы, вспучивания и отслоения. Испытание на жесткость проводится сжатием и растяжением образца, значение должно соответствовать ГОСТ 286. 1997.

Продольные швы обечаек при изготовлении выполняются сваркой на одинаковом расстоянии один от другого. Металлические сильфоны производят способом формовки с калибровкой гофров. Устройства мелкого диаметра делают гидравлической прессовкой.

Основные размеры

Компенсаторы также ставятся на полипропиленовые трубы
Применяется визуальный и инструментальный осмотр для определения внешнего вида. Зрительно устанавливается присутствие покрытия от коррозии на патрубках и сильфоне, маркировки. На корпусе не должно быть повреждений, вмятин, капель застывшего металла. Компенсатор для полипропиленовых труб отопления не должен иметь расслоений разного размера на концах патрубка.

С помощью измерения проверяют параметры:

• размер проходного сечения;
• рабочая длина устройства;
• толщина стенок и внутренний диаметр разделки фланцев под сварку;
• перпендикулярность оси патрубка к торцу среза.

Диаметры и длины сильфонных вставок определяются в зависимости от места установки, рабочих параметров теплотрассы и мощности отопительного оборудования. Инженерные работники проводят технический расчет и выбирают размеры устройства в соответствии с нормой.

Разновидности компенсаторов

Изделия выпускаются разного диаметра и длины
Конструктивное решение компенсатора определяет назначение изделия и его смещение при работе. Выпускают устройства без тепловой и гидроизоляции либо предварительная защита предусматривается на корпусе в зависимости от вида теплотрассы (воздушная или подземная).

Производитель изготавливает типы расширительных вставок:

• осевой;
• фланцевый;
• угловой;
• карданный;
• сдвиговый;
• стартовый.

Разгруженные компенсаторы применяют в теплотрассе для предупреждения распорной нагрузки, сейсмические виды используются в районах предполагаемых землетрясений. Устройства внешнего давления ставят в магистралях, когда в окружающей среде присутствует высокий напор жидкости или газа или ощущается его недостаток.

Конструкции отличаются длиной и диаметром, числом сильфонов и видом стали, размером и маркой металла патрубков. Изделия работают на поворот, растяжение, сгиб, сжатие, выпускаются с соединительными фланцами или без них.

Осевой

Осевой компенсатор предназначен для установки на прямом участке трубы
КСО компенсаторы для трубопроводов уменьшают осевой сдвиг трубопровода, снижают вибрацию и предупреждают разрушение от расширения при нагревании. Эффективность работы зависит от числа сильфонов и колец. Отличие от других типов заключается в резьбовом соединении с патрубками магистрали.

Осевые компенсаторы отличаются характеристиками:

• проходной размер 15 – 100 мм;
• выдерживает напор 16 бар;
• размер по длине – 260 мм;
• допускает перемещение по оси на сжатие до 30 мм, на расширение – 20 мм;
• параметр осевой жесткости – 30 – 89 кг/мм.

Ограничитель движения и патрубок выполнены из оцинкованного металла, сильфон и внутренний экран – из нержавейки. Для защитного корпуса используется сталь, устройство выпускается односекционным и рассчитано на температуру энергоносителя до +90°С.

Фланцевый

Фланцевый компенсатор из резины
Сильфон этого вида выполняется из резины или каучука, для фланцев сырьем служит жаропрочный металл, а корд делается из прочной ткани. Монтаж фланцевым методом значительно упрощает установку изделий. Компенсаторы используются в химически активной среде, применяются в теплоснабжении и кондиционировании, ставятся при реконструкции и ремонте котельного оборудования.

Фланцевые конструкции снижают вибрацию, уменьшают температурные сдвиги по длине, компенсируют отхождение от центральной оси трубопровода.

• условный диаметр – 32 – 800 мм;
• выдерживают температуру энергоносителя -10 — +135°С;
• работают с напором 16 Бар.

Фланцы бывают свободные и цельные по строению, к элементам труб крепятся шпильками, болтами с помощью шайб и гаек. Используются паронитовые прокладки, иногда ставятся стальные, из термо расширяющегося гранита или фторопласта.

Угловой

Угловой компенсатор
КСП (поворотный) ставится в случае ограниченности места, когда есть возможность компенсировать только сдвиг по оси и оборот контура без перемены в плоскости. Содержит в составе сильфон, направляющий элемент и крепеж. Устройство предусматривает сдвиг трубы по выбранному углу, для этого стоят шарнирные или карданные ограничители.

Характеристики поворотных (угловых) компенсаторов:

• проходной условный диаметр – 15 – 1600 мм;
• максимальный напор – 1,6 – 4 МПа;
• перемещение по оси – 24 – 200 мм;
• экран и защитный короб из стали;
• материал сильфона – нержавейка;
• выпускается с одной или двумя секциями;
• работает с энергоносителем, нагретым до +85 — +150°С.

Угловые конструкции применяются в составе теплотрассы и для перекачки нефти, газа, используются в химической отрасли.

Карданный

Карданный компенсатор
Сильфонные компенсаторы трубопроводов уравновешивают передвижение контура в разных плоскостях, благодаря шарнирным элементам, изгибаются в направлении центральной оси. Смещение магистрали возмещается по осям X, Y, Z и в плане поворота из-за усадок, вибрации. Гибкая конструкция предусматривает деформацию в жестких контурах.

• проектируются, рассчитываются и производятся в соответствии со стандартом EJMA;
• содержат в строении 2 сильфона с шарнирами карданного типа;
• смещаются вбок на расстояние, кратное 100 мм (100, 200, 300, 400), другие размеры сдвигов заказываются отдельно;
• проходной условный диаметр – 25 – 1000 мм;
• работает с температурами энергоносителя -190 – +850°С.

Сильфон делается из нержавейки, соединители, патрубки из хромированной стали. Ставится в проектное положение сваркой или с помощью поворотного фланца. Используется в системе любых трубопроводов.

Сдвиговый

Сдвиговые компенсаторы
КССО компенсаторы уравновешивают сдвиг из-за продольного сжатия или удлинения контура под действием температуры, устраняют последствия несоосности. В конструкции есть гофрированная капсула, направляющая деталь и элементы крепежа. С помощью направляющих шпилек координируется продольное смещение.

Параметры сдвиговых компенсирующих устройств:

• условный диаметр прохода – 32 – 500 мм;
• максимальный напор 0,6 – 4 МПа;
• сильфон, стяжки и патрубок изготавливаются из нержавейки;
• материал защитного экрана выбирается заказчиком;
• выдерживает температуру энергоносителя до +850°С.

Сдвиговые устройства выполняются одно и двухсекционными, служат для компенсации напряжения в трубопроводах нефти, воды, пара, газа. Используются в разных промышленных отраслях и в энергетических комплексах.

Стартовый

Стартовый компенсатор применяется одноразово при запуске системы подачи горячей воды
СКК компенсатор используется временно в качестве одноразового устройства при запуске отопительной магистрали или трубопровода горячей воды.

• диаметр Ду проходной условный – 50 – 100 мм;
• сдвиг по центральной оси – 80 – 175 мм;
• жесткость устройства на уровне 430 – 2300 Н/мм;
• транспортирует воду температурой до +150°С, пар – 250°С;
• допускает скорость водяного потока до 5 м/с, пара – 65 м/с;
• нормируемое давление при запуске магистрали не должно превышать 1,5 МПа.

Стартовый компенсатор применяется при укладке контура бесканальным методом. Материал корпуса, патрубков и сильфона выбирается заказчиком.

Установка сильфонного компенсатора

Здесь должен стоять компенсатор
Ориентирами врезки компенсаторов служат места размещения опор, когда магистраль поделена на участки и положение заранее определено. Поддерживающие элементы выверяются при помощи уровня в трех осях, чтобы обеспечить правильную работу теплотрассы. Трубы на опорах должны скользить без дополнительного трения, для этого используются хомуты с фторопластовыми прокладками.

Предполагаемые точки установки:

• за тепловой опорой;
• за опорами от изгибов и прогибов;
• между скользящих опор.

Курс передвижения энергоносителя учитывается при монтаже компенсаторов с защитными внутренними гильзами. Направляющие элементы предупреждают сдвиг труб по касательной прямой. Учитывается диаметр Ду в миллиметрах, рабочее давление и способность уравновешивать сдвиги. Диаметр должен соответствовать аналогичному параметру теплотрассы.

Расстояние между трубами

Компенсаторы устанавливают параллельно на участках магистрали
Магистраль делится на участки, если одной сильфонной конструкции недостаточно для уравновешивания сдвигов или на теплотрассе есть ответвления. Длина отрезка не должна быть больше, чем может покрыть один компенсатор. Устройство на участке выбирается в соответствии с рабочими условиями и техническими характеристиками. Описание модели компенсатора приводится в рабочей документации при устройстве системы отопления.

Обычно сильфонное устройство врезается на расстоянии двух условных диаметров от подпорной детали. Если оно ставится между опор, расстояние до поддерживающих элементов выбирается 4 Ду. Такие размеры предупреждают изгиб трубопровода и сводят его до минимума.

Если несколько контуров из полипропилена ставятся параллельно, учитывается, что диаметр компенсатора немного превышает диаметр трубы. В этом случае сильфонные конструкции размещаются в шахматном порядке, а расстояние между трубами не увеличивается и делается по нормативам технического паспорта теплотрассы.

МОНТАЖ СИЛЬФОННОГО КОМПЕНСАТОРА

Монтаж должны выполнять компетентные сотрудники, которые прошли надлежащее обучение и работают в соответствии с действующим законодательством и правилами техники безопасности.

Монтаж сильфонного компенсатора: приступая к работе Сильфонный компенсатор не предназначен для компенсации ошибок, допущенных при монтаже трубопровода, и не должен использоваться для соединения трубопроводов, смонтированных с ошибками, если в проектной документации к компенсатору явным образом не указано иное. Прежде чем выполнять монтаж сильфонного компенсатора, его следует проверить на предмет наличия повреждений, вмятин, деформированных креплений, разводов на стальных поверхностях (образование ржавчины на ранней стадии) и т. д. Кроме того, следует убедиться в том, что:

• в сильфонном компенсаторе отсутствуют посторонние предметы, например изоляционные материалы, грязь и мелкий мусор;
• поверхности фланцевых уплотнений ровные и чистые;
• зазор в трубопроводе в месте предполагаемого монтажа соответствует предусмотренным размерам сильфонного компенсатора с учетом проектных допусков;
• компенсатор будет установлен в соответствии с размерами, указанными в технических характеристиках;
• соединительные концы трубопроводов чистые и надлежащим образом подготовлены к сварочным работам;
• монтаж сильфонного компенсатора на трубопроводе будет осуществляться в месте, предусмотренном проектировщиком системы;
• расширение трубопровода осуществляется в соответствии с проектной документацией к сильфонному компенсатору;
• прилегающие участки трубопровода установлены надлежащим образом с использованием анкеров, направляющих и опор;
• установленные анкеры рассчитаны на воздействие сил реакции компенсатора и прочих нагрузок, связанных с эксплуатацией трубопровода;
• между двумя анкерами монтируется только один сильфонный компенсатор;
• тяги на сдвиговых компенсаторах установлены правильно и надежно.

Правильная эксплуатация

При подземной прокладке труб компенсаторы утепляются пенополиуретаном
Компенсирующие вставки теплоизолируются пенополиуретаном, если магистраль защищена от потерь тепла. Выполняется обязательная изоляция от протечек.

Материалы для гидроизоляции:

• полиэтилен – при закрытой установке в подземных условиях;
• оцинковка – для тепловых коммуникаций, устраиваемых открытым способом.

Изоляция ставится с учетом возможного смещения кожуха при расширении или сжатии трубопровода. Теплозащита проверяется и ремонтируется время от времени вместе с изоляцией магистрали.

Расположение осевых сильфонных компенсаторов на трубопроводе

Определение точек установки компенсаторов относительно опор производится в том случае, когда трубопровод разделен на отрезки и положение опор определено.

Возможные точки установки сильфонных компенсаторов:

• После тепловой опоры;
• После опор от прогибов;
• После промежуточных опор;
• Между скользящих опор.

Нормы безопасности

Компенсатор может лопнуть, если нагрузка превышает допустимые нормы
Срок службы компенсаторов предусматривается в течение 30 лет, при этом на складе устройства могут храниться не больше 5лет перед началом работы.

В рамках срока эксплуатации допускаются нагрузки:

• сжатие-растяжение от минимума до максимума – 10 циклов;
• уменьшение или удлинение на 70% от максимального и минимального предела – 150 циклов;
• сдвиги в пределах 20% рабочего хода – 10 тыс. циклов.

Сильфонные компенсаторы должны иметь сертификаты производителя, удостоверяющие соответствие нормативам. Для сварки используются сертифицированные материалы, установку выполняют аттестованные работники. Запрещается использовать конструкции в условиях, превышающих допустимые. Нельзя применять компенсаторы в качестве подпорок при монтаже теплотрассы.

Источник http://silphon.ru/p-obraznyj-kompensator/

Источник https://master-pmg.ru/dlya-tepla/silfonnyj-kompensator-ustanovka.html

Источник