Главная / Цветы / Опыт применения осевых сильфонных компенсаторов в тепловых сетях. Сильфонные компенсаторы для трубопроводов

Опыт применения осевых сильфонных компенсаторов в тепловых сетях. Сильфонные компенсаторы для трубопроводов

11.07.2007

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

Введение

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

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

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

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

Типы сильфонных компенсаторов, конструкция и особенности их эксплуатации

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

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

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

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

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

При размещении СК у неподвижной опоры расстояние до нее должно быть в пределах 24 Ду. В этом случае направляющие опоры устанавливаются только с одной стороны. С другой стороны их функцию выполняет неподвижная опора.

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

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

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

Основными причинами повреждений СК были:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Стартовые сильфонные компенсаторы для трубопроводов в ППУ-изоляции. В Западной Европе и в некоторых регионах России для компенсации температурных деформаций теплопроводов при бесканальной прокладке не применяют осевые СК. В этих случаях используется способ частичной разгрузки температурных деформаций теплопровода 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 необходимо установить стартовый СК (или, так называемый, Е-компенсатор), после чего теплопровод заполняется теплоносителем и нагревается до температуры, равной 50% от максимальной рабочей. При этом стартовый компенсатор (рис. 6) должен сжаться на полную величину рабочего хода. После выдержки при указанной температуре (как правило, в течение суток) кожухи стартового компенсатора завариваются между собой. 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 ППУ-изоляцией с использованием стартовых компенсаторов возможно на тепловых сетях в тех системах теплоснабжения, где применяется качественное регулирование тепловых нагрузок. Кроме того, их можно использовать 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.

Предварительно изолированные осевые сильфонные компенсаторы. Учитывая проблемы применения стартовых компенсаторов, а также особенности климатических условий регионов и соответствующие режимы отопления, в г. Санкт-Петербурге (с его болотистыми почвами и регулярными наводнениями) и многих других регионах России при бесканальной прокладке труб в ППУ-изоляции уже более 15 лет применяются предварительно изолированные осевые СК различных конструкций (рис. 7).

Основным недостатком всех этих конструкций предизолированных осевых СК является возможность попадания грунтовых вод под полиэтиленовую оболочку теплоизоляции, а также на сильфон через подвижную часть СК. Чтобы грунтовые воды не попадали на провода системы ОДК, провода внутри компенсационного устройства прокладываются в гидрозащитном кембрике. Тем самым, компенсационные устройства (длиной до 4,5 м каждое) исключаются из системы ОДК теплопровода.

Проанализировав недостатки существующих конструкций, ОАО «НПП «Компенсатор» в 2006 г. разработало осевое СКУ для бесканальной прокладки теплопроводов в ППУ-изоляции в полиэтиленовой оболочке с системой ОДК (рис. 8).

Разработка велась на базе отработанной конструкции СКУ (рис. 5). Здесь также предусмотрены цилиндрические направляющие опоры, установленные с обеих сторон от сильфона, которые телескопически перемещаются вместе с патрубками СКУ по внутренней поверхности толстостенного кожуха.

Гидроизоляция подвижной части СКУ выполняется с помощью защитного сильфона, позволяющего гарантировать полную защиту рабочего сильфона, теплоизоляции и проводов системы ОДК от проникновения грунтовых вод в течение всего срока службы СКУ.

Провода системы ОДК, во избежание контакта с металлическими поверхностями СКУ, проложены во фторопластовой трубке, имеющей отверстия для проникновения воды в случае нарушения герметичности сильфона. При этом компенсационное устройство не исключается из системы ОДК теплопровода.

Воздушная прослойка между двумя сильфонами обеспечивает хорошую тепловую изоляцию в средней части СКУ.

Тепловая изоляция патрубков СКУ может выполняться во время монтажа одновременно с заливкой пенополиуретаном стыков теплопровода с СКУ. С этой целью к фланцам СКУ приварена стальная гильза, на которую посажена термоусаживающаяся муфта, по наружному диаметру соответствующая полиэтиленовой оболочке теплопровода. Такое конструктивное решение гарантирует защиту ППУ-изоляции от проникновения в нее грунтовых вод.

Для исключения попадания грунта и ограничения попадания грунтовых вод на защитный сильфон с торцов кожуха установлены уплотнения.

Применение данных компенсационных устройств позволит в полном объеме решить проблему компенсации температурных деформаций теплопроводов с ППУ-изоляцией в полиэтиленовой оболочке на протяжении всего срока эксплуатации.

Вместо заключения

Учитывая возрастающие требования по сроку службы теплопроводов тепловых сетей, в ОАО НПП «Компенсатор» в 2006 г. проведено несколько НИОКР, по результатам которых:

1. внедрено антикоррозионное покрытие наружной поверхности сильфонов, стойкое при воздействии агрессивных сред на протяжении всего срока службы СК;

2. совместно с одним из ведущих материаловедческих институтов г. Санкт-Петербург а 52 проведена ОКР по подтверждению срока службы СК не менее срока службы теплопроводов (рис. 9) при максимально возможном для любого региона России содержании хлоридов в сетевой воде;

3. изменена геометрия гофров сильфонов, что позволило увеличить на 10-20% компенсирующую способность осевых СК практически без изменения их жесткости. В заключение приведем данные расчета экономической эффективности замены сальниковых компенсаторов на сильфонные, выполненный ГУП «ТЭК СПб» в 2006 г. (таблица).

, Тепловые сети, в т.ч. системы ГВС .

Эффект от внедрения:
- 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 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.
Диаметр компенсатора, мм	м3	тыс. руб.	тут	тыс. руб.	кВт-ч	тыс. руб.	Обслуживание и ремонт, тыс. руб.	Итого, 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.

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.

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» .

Под понятие «теплотрасса» подпадают инженерные коммуникации, по которым перемещается носитель тепловой энергии (в том числе, и ГВС), причем не обязательно вода – это может быть и пар (для отопления). По известному физическому закону все металлы в той или иной степени подвержены температурным изменениям линейных параметров.

Для специалистов, занимающихся проектированием, монтажом и эксплуатацией теплосетей, деформация трубных магистралей при колебаниях температуры является довольно существенной проблемой, если не основной.

Ее решают несколькими способами. С одним из них – при помощи различных дополнительных изгибов «ниток» – мы сталкиваемся постоянно. Термокомпенсаторы (ТК) часто можно наблюдать в районе дорог, вблизи которых проложены открытым способом трассы. Эти элементы чаще всего представляют собой букву «П», хотя могут иметь и другую конфигурацию – «Г» или «S»-образную. Их пространственная ориентация – вертикальная или горизонтальная.

Второй способ – использование компенсаторов сальникового типа. Однако у всех подобных методик есть и существенные недостатки. У одной – большие габариты и высокая стоимость материалов, у другой – необходимость систематического обслуживания мест соединений, постоянного их уплотнения.

Использование компенсаторов сильфонных (КС) помогло решить сразу множество задач. Существенно снизились затраты на эксплуатацию магистралей, уровень теплопотерь из-за отсутствия протечек, повысилась надежность систем, упростилось их обслуживание.

Примеры установки на трубопровод показаны на рисунке. Поз. 1 обозначена опора, КС – поз. 2.

Небольшие габариты, что позволяет устанавливать приборы на любом участке тепловой магистрали.
Монтаж может вестись автоматической сваркой.
Устойчивость к внешним воздействиям (давление, влажность, температура).

В случае невозможности использования КС они заменяются более совершенными приборами – компенсационными сильфонными устройствами. Например, в условиях прямого контакта с агрессивными средами.

Разновидности КС

Приборы подразделяются на группы в зависимости от вида действующей на них механической деформации.

Сжатие/растяжение – осевые.
Смещение: линейное – сдвиговые, круговое – поворотные.
Универсальные (например, поворот + сдвиг и ряд других).
Пространственные или одноплоскостные.

Составные части

Сильфон (стальной). Их может быть и 2 шт.
Гильза (внутренняя).
Кольца и патрубки.
Кожух.

В зависимости от линейных параметров вес сильфонного компенсатора лежит в пределах от 4 до 95 кг.

Маркировка

Она содержит информацию о таких параметрах:

Pр – рабочее давление;
DN (Ду) – диаметр условного прохода;
направление потока .

Цена

Она целиком определяется габаритами и характеристиками изделия. К примеру, сильфон с Ду = 20 на 16 атм стоит 1 155 рублей, его аналог с Ду = 40 (но без кожуха) – в пределах 1 790 рублей.

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.

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.