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Expérience dans l'utilisation de compensateurs à soufflet axiaux dans les réseaux de chaleur. Compensateurs à soufflet pour canalisations

11.07.2007

La possibilité de réduire les pertes et les coûts d'énergie thermique lors de la construction et de l'exploitation des réseaux de chaleur grâce à l'utilisation de compensateurs à soufflet axial pour la compensation est démontrée. déformations de température caloducs.

Introduction

Compenser les déformations thermiques des canalisations dans les réseaux de chaleur de Saint-Pétersbourg jusqu'au début des années 1980. des compensateurs en forme de glande, de U, de S et de L ont été utilisés et sont encore utilisés dans de nombreuses régions de Russie. Chacun de ces compensateurs présente certains inconvénients sérieux.

Les compensateurs de presse-étoupe sont les plus difficiles à utiliser et à installer. Ils nécessitent un entretien constant associé à un serrage périodique du joint et au remplacement du matériau d'étanchéité. À installation souterraine caloducs, l'installation de joints de dilatation de presse-étoupe nécessite la construction de chambres coûteuses.

La pratique à long terme de l'utilisation des joints de dilatation du presse-étoupe a montré que même avec un entretien régulier, des fuites de liquide de refroidissement se produisent. Avec une grande longueur de réseaux de chaleur, le coût total de réapprovisionnement et de chauffage du liquide de refroidissement peut atteindre des valeurs assez importantes.

Les joints de dilatation en forme de U se caractérisent par de grandes dimensions, une augmentation des zones d'exclusion des terrains urbains coûteux, la nécessité de construire des supports de guidage supplémentaires et, lorsqu'ils sont installés sous terre, des chambres spéciales (ce qui est assez difficile en conditions urbaines). Et le coût des compensateurs en forme de U, en particulier pour les grands diamètres, est assez élevé.

Types de compensateurs à soufflet, conception et caractéristiques de leur fonctionnement

Compensateurs axiaux à soufflet. Les compensateurs de type OPKR (Fig. 1a) sont conçus pour remplacer les compensateurs à presse-étoupe et sont destinés, comme les compensateurs de type KSO (Fig. 1b), à la pose au sol et en canal de caloducs avec isolation thermique de laine minérale.

Lors de la pose de caloducs souterrains dans des canaux, des tunnels, des chambres, ainsi que lors de la pose en surface et dans des locaux, les SC peuvent être installés sur des sections droites de caloducs n'importe où entre deux supports fixes (d'extrémité ou intermédiaire), et il ne doit y avoir aucun obstacles aux mouvements possibles du boîtier ainsi qu'une partie du caloduc. Un seul SC peut être placé entre deux supports fixes.

Lors de l'installation et du fonctionnement des joints axiaux, il n'est pas permis de les charger avec des forces transversales, des moments de flexion et de couple, ainsi que le poids des sections de tuyaux et de raccords connectées. A cet effet, lors de l'installation des SC axiaux, il est nécessaire d'installer des supports de guidage. La première paire de supports de guidage doit être installée des deux côtés du SC à une distance de 2 à 4 DN. La deuxième paire est placée de chaque côté du SC à une distance de 14-16 DN. Des exemples d'installation de SC axiaux sont présentés sur la Fig. 2.

Le nombre et la nécessité des supports de guidage ultérieurs sont déterminés lors de la conception sur la base des résultats du calcul de stabilité du caloduc.

Pour augmenter la capacité de compensation des compensateurs, certaines entreprises utilisent des compensateurs à soufflet axiaux appariés, violant ainsi les exigences ci-dessus. Cela peut entraîner une perte de stabilité des joints de dilatation (Fig. 3).

Lorsque vous placez le SC à proximité d'un support fixe, la distance par rapport à celui-ci doit être inférieure à 24 DN. Dans ce cas, les supports de guidage sont installés d'un seul côté. En revanche, leur fonction est assurée par un support fixe.

Si le SC est placé dans des chambres, les fonctions de supports de guidage peuvent être assurées par les parois des chambres avec une conception spéciale pour canaliser les ouvertures d'entrée et de sortie de la chambre.

En règle générale, des supports de guidage doivent être utilisés du type à revêtement (pince, en forme de tuyau, cadre), limitant de manière forcée la possibilité de déplacement transversal ou angulaire et n'empêchant pas le mouvement axial.

Depuis 1981, plus de 14 000 systèmes de chauffage ont été installés dans les réseaux de chaleur appartenant à l'entreprise unitaire d'État « TEK SPb ». Une analyse de l'état des canalisations et des éléments structurels des réseaux de chaleur de l'entreprise unitaire d'État "TEK SPb", réalisée en 1998, a confirmé que le nombre total de systèmes de chauffage endommagés au cours de la période de mise en œuvre était de 92 pièces.

Les principales causes de dommages au SC étaient :

violation des exigences relatives à l'installation des SC axiaux lors de leur installation ;
désalignement des canalisations lors de l'installation, ainsi qu'en raison de l'affaissement des supports de guidage pendant le fonctionnement ;
destruction des supports fixes en raison d'un calcul incorrect des charges sur ceux-ci ;
corrosion externe des soufflets des compensateurs axiaux en raison d'une teneur excessive en chlorure dans eaux souterraines(Fig. 4).

Une analyse plus approfondie des conditions d'installation et d'utilisation du système de chauffage a montré que le fonctionnement des canalisations et autres éléments du réseau de chaleur à Saint-Pétersbourg et sa banlieue se produit sous l'influence des facteurs suivants :

haut niveau les eaux souterraines et les montées d'eau fréquentes lors des crues entraînent des inondations périodiques ;
La plupart des canalisations et autres éléments des réseaux de chaleur de l'entreprise unitaire d'État « TEK SPb » sont situés dans des zones à activité accrue de corrosion des sols (remblais et sols tourbeux, concentration accrue chlorures, courants vagabonds, niveau élevé et conductivité électrique des eaux souterraines);
L'aspersion de sel sur la chaussée et l'augmentation de la concentration de chlorures dans le sol entraînent une diminution de la résistance à la corrosion du métal (acier inoxydable austénitique) de la couche externe des joints de dilatation (75 % des canalisations de chauffage sont situées à proximité de la chaussée). Comme on le sait, la vitesse de corrosion de l'acier austénitique augmente fortement dans un environnement contenant du chlore ;
stockage à long terme compensateurs pour à ciel ouvert sans lubrifiant de protection anti-corrosion, le non-respect des instructions de transport sans housse de protection entraîne des chocs, des rayures, des bosses, etc.
La violation de la technologie des travaux de construction et d'installation entraîne une pénétration d'humidité sous l'isolation ou un désalignement, ce qui raccourcit la durée de vie du compensateur.

En 1983, le Conseil technique de l'Administration principale des combustibles et de l'énergie de Leningrad a exigé des organismes de conception et d'ingénierie et des usines de fabrication :

résoudre le problème de l'influence des chlorures sur la durabilité des soufflets métalliques ;
modifier la conception du dispositif de compensation de manière à garantir que le compensateur se déplace dans le boîtier de protection uniquement dans le sens longitudinal. Ceci garantira une fiabilité accrue de la structure quelle que soit la qualité d'installation des supports mobiles et fixes ;
modifier la conception de l'enveloppe de protection pour assurer une étanchéité à 100 % du soufflet contre la pénétration des eaux souterraines ;
prévoir l'application d'un revêtement anticorrosion sur la surface extérieure des soufflets SK utilisés dans les réseaux de chaleur ;
Pour augmenter la durée de vie des SC, il est nécessaire de renforcer les exigences de stockage, de transport et d'installation afin d'éviter les dommages et la corrosion pendant le stockage.

Dispositifs de compensation à soufflet (SKU). Afin d'éviter la destruction des SC axiaux due au désalignement des canalisations dû à l'affaissement du sol, dans Saint-Pétersbourg, Moscou et d'autres régions de Russie ont commencé à utiliser l'I&C divers modèles. Les systèmes de contrôle-commande devaient protéger structurellement les soufflets des forces latérales, des flexions et des couples, ainsi que de la pénétration des eaux souterraines sur les soufflets et du sol entre les ondulations.

Prise en compte des défauts identifiés lors du fonctionnement des SC axiaux, ainsi que des défauts de conception des dispositifs de compensation développés à proximité Fabricants russes, OJSC "NPP "Kompensator" a commencé en 1998 la production de nouveau design Système de contrôle et de climatisation (Fig. 5) pour caloducs avec isolation thermique en laine minérale, mousse de polyuréthane (PPU) ou béton cellulaire armé (APC).

Contrairement aux systèmes de contrôle-commande fabriqués par d'autres sociétés de fabrication, cette conception prévoit :

supports de guidage cylindriques installés des deux côtés du soufflet, qui se déplacent de manière télescopique avec les buses SKU le long surface intérieure boîtier à paroi épaisse. Cela confère à la structure une rigidité suffisante et assure l'alignement des soufflets et leur protection contre les efforts latéraux et les moments de flexion qui se produisent lors d'éventuelles déflexions du caloduc dues à l'affaissement du sol ou des supports de guidage ;
des limiteurs de course du soufflet, qui protègent également le soufflet des couples ;
un boîtier à paroi épaisse constitué de tuyaux utilisés pour les caloducs, qui fixe la direction de mouvement des supports de guidage cylindriques du SKU et, en même temps, protège le soufflet des charges résultant de la pression du sol et des véhicules pendant installation sans canal tuyaux de chauffage.

Lors de l'utilisation d'un système de contrôle-commande de cette conception, il n'est pas nécessaire d'installer des supports de guidage à une distance de 2 à 4 DN du système de contrôle-commande. Lors d'une pose sans canal, les soufflets sont également protégés des forces latérales et des moments de flexion qui peuvent survenir en raison de l'affaissement du sol. Ainsi, sur le SKU Du 1000 installé à la centrale électrique du district de l'État de Niryungri, le désalignement était de 17 mm, mais le SKU est resté opérationnel.

Compensateurs de dilatation à soufflet de démarrage pour canalisations en isolation PPU. DANS Europe de l'Ouest et dans certaines régions de Russie, les SC axiaux ne sont pas utilisés pour compenser les déformations thermiques des caloducs lors d'une installation sans conduit. Dans ces cas, un procédé est utilisé pour décharger partiellement les déformations thermiques du caloduc en préchauffant le caloduc lors de son installation à une température égale à 50% du maximum.

L'essence de cette méthode est la suivante. Il est nécessaire d'installer un SC de démarrage (ou dit E-compensateur) entre les deux supports fixes du caloduc, après quoi le caloduc est rempli de liquide de refroidissement et chauffé à une température égale à 50 % de la température maximale de fonctionnement. . Dans ce cas, le compensateur de démarrage (Fig. 6) doit se comprimer sur toute la course de travail. Après maintien à la température spécifiée (généralement pendant 24 heures), les boîtiers du compensateur de démarrage sont soudés entre eux. Et ainsi de suite tout au long du caloduc entre chaque paire de supports fixes. Dans ce cas, le soufflet du compensateur de démarrage est exclu du fonctionnement ultérieur du caloduc et le caloduc reste en fonctionnement dans un état de contrainte.

De plus, l'utilisation de caloducs préchauffés lors de l'installation présente plusieurs autres inconvénients :

l'installation finale du caloduc (soudage des boîtiers de tous les compensateurs de démarrage et leur chauffage et étanchéité ultérieurs) doit être effectuée pendant saison de chauffage;
Lors de la réparation d'une canalisation de chauffage, il est nécessaire de remplacer le compensateur à soufflet de démarrage dans cette section de la canalisation de chauffage et de remplir ensuite les exigences ci-dessus pour son installation et son isolation.

L'utilisation d'une installation sans conduit de caloducs avec isolation PPU, préchauffés lors de l'installation, à l'aide de compensateurs de démarrage est possible sur les réseaux de chaleur dans les systèmes d'alimentation en chaleur où une régulation de haute qualité des charges thermiques est utilisée. De plus, ils peuvent être utilisés dans des régions aux conditions climatiques douces, lorsque les différences de température du liquide de refroidissement par rapport à la température moyenne sont insignifiantes et stables.

Pendant les conditions de chauffage maximales, ainsi que lorsque le liquide de refroidissement refroidit et est vidangé, ce qui arrive assez souvent dans de nombreuses régions de Russie, les contraintes thermiques sur la canalisation et les supports fixes augmentent fortement.

Compensateurs axiaux à soufflet pré-isolés. Prise en compte des problématiques d'utilisation des compensateurs de démarrage, ainsi que des caractéristiques conditions climatiques régions et modes de chauffage correspondants, à Saint-Pétersbourg (avec ses sols marécageux et ses inondations régulières) et dans de nombreuses autres régions de Russie, des SC axiaux pré-isolés de diverses conceptions sont utilisés depuis plus de 15 ans pour la pose de tuyaux sans conduits dans une isolation PPU ( Figure 7) .

Le principal inconvénient de toutes ces conceptions de SC axiaux pré-isolés est la possibilité que les eaux souterraines pénètrent sous la coque en polyéthylène de l'isolation thermique, ainsi que sur le soufflet à travers la partie mobile du SC. Pour éviter que les eaux souterraines n'atteignent les fils du système UEC, les fils à l'intérieur du dispositif de compensation sont posés dans une batiste étanche. Ainsi, les dispositifs de compensation (jusqu'à 4,5 m de long chacun) sont exclus du système de caloduc UEC.

Après avoir analysé les défauts des structures existantes, NPP Kompensator OJSC a développé en 2006 un système de contrôle et de climatisation axial pour l'installation sans conduit de caloducs dans une isolation en mousse de polyuréthane dans une coque en polyéthylène avec le système UEC (Fig. 8).

Le développement a été réalisé sur la base d'une conception éprouvée du système de contrôle (Fig. 5). Des supports de guidage cylindriques sont également installés des deux côtés du soufflet, qui se déplacent de manière télescopique avec les buses SKU le long de la surface intérieure du boîtier à paroi épaisse.

L'imperméabilisation de la partie mobile du système de contrôle-commande est réalisée à l'aide d'un soufflet de protection, qui assure une protection complète du soufflet de travail, de l'isolation thermique et des fils du système UEC contre la pénétration des eaux souterraines pendant toute la durée de vie du système de contrôle-commande.

Fils du système UEC, pour éviter tout contact avec surfaces métalliques Les SKU sont posés dans un tube en plastique fluoré, qui comporte des trous pour la pénétration de l'eau en cas de violation de l'étanchéité du soufflet. Dans ce cas, le dispositif de compensation n'est pas exclu du système de caloduc UEC.

L'entrefer entre les deux soufflets assure une bonne isolation thermique dans la partie médiane du SKU.

L'isolation thermique des tuyaux I&C peut être réalisée lors de l'installation simultanément au remplissage des joints du caloduc avec le I&C avec de la mousse polyuréthane. A cet effet, un manchon en acier est soudé aux brides du SKU, sur lequel est monté un manchon thermorétractable, le diamètre extérieur correspondant à la gaine en polyéthylène du caloduc. Cette solution de conception garantit la protection de l'isolation en mousse de polyuréthane contre la pénétration des eaux souterraines.

Pour éviter la pénétration de terre et limiter la pénétration des eaux souterraines sur les soufflets de protection, des joints sont installés aux extrémités du caisson.

L'utilisation de ces dispositifs de compensation permettra de résoudre pleinement le problème de la compensation des déformations thermiques des caloducs avec isolation PPU dans une gaine en polyéthylène pendant toute la durée de vie.

Au lieu d'une conclusion

Compte tenu des exigences croissantes en matière de durée de vie des caloducs des réseaux de chaleur, OJSC NPP « Kompensator » a réalisé plusieurs projets de R&D en 2006, dont les résultats :

1. Un revêtement anticorrosion a été introduit surface extérieure soufflet, résistant aux environnements agressifs pendant toute la durée de vie de l'équipement ;

2. En collaboration avec l'un des principaux instituts de science des matériaux de Saint-Pétersbourg et 52, des travaux de R&D ont été menés pour confirmer que la durée de vie du système de chauffage n'est pas inférieure à la durée de vie des caloducs (Fig. 9) avec le maximum teneur possible en chlorure dans l'eau du réseau pour n'importe quelle région de la Russie ;

3. La géométrie des ondulations du soufflet a été modifiée, ce qui a permis d'augmenter la capacité de compensation des CV axiaux de 10 à 20 % sans pratiquement aucun changement dans leur rigidité. En conclusion, nous présentons les données permettant de calculer l'efficacité économique du remplacement des joints de dilatation du presse-étoupe par des soufflets, réalisé par l'entreprise unitaire d'État « TEK Saint-Pétersbourg » en 2006 (tableau).

, Réseaux de chaleur, TTC Systèmes ECS.

Effet de la mise en œuvre :
- pour objet réduction de la consommation eau froide et le carburant, ainsi que l'électricité, réduisant ainsi les coûts associés à maintenance technique et réparation des compensateurs ;
- pour les communes réduire la consommation de carburant et les tarifs pour la population, augmentant ainsi la fiabilité de l'approvisionnement en chaleur.

L'utilisation de compensateurs à soufflet pour compenser les déformations thermiques, soulager les charges vibratoires, sceller les canalisations et empêcher la destruction et la déformation des caloducs peut réduire les pertes d'énergie thermique, les coûts lors de la construction et de l'exploitation des réseaux de chaleur et augmenter leur fiabilité.

Une section droite de canalisation entre des supports fixes lors du changement régime de température Le réseau de chaleur subit une certaine augmentation de longueur en raison de la dilatation thermique des matériaux des canalisations. Les contraintes, étirements ou compressions qui en résultent peuvent conduire à une flexion des canalisations ou à leur destruction. Les ondulations du compensateur à soufflet installé dans cette section du compensateur, se déformant élastiquement, perçoivent, dans la limite de la capacité de compensation, les changements de longueur de la section de canalisation provoqués par la dilatation thermique.

Les compensateurs de presse-étoupe sont les plus difficiles à utiliser et à installer. Ils nécessitent un entretien constant associé à un serrage périodique du joint et au remplacement du matériau d'étanchéité. Lors de la pose de caloducs sous terre, l'installation de joints de dilatation à presse-étoupe nécessite la construction de chambres coûteuses.

Afin d'améliorer la fiabilité de l'approvisionnement en chaleur, réduire les investissements en capital, les pertes liées aux fuites et les coûts d'exploitation au début des années 1980. des spécialistes des principaux instituts de conception de Léningrad ont envisagé la possibilité d'utiliser des compensateurs à soufflet dans les réseaux de chauffage au lieu de compensateurs en forme de U et à presse-étoupe, et depuis 1981, l'installation de compensateurs axiaux à soufflet a commencé à l'entreprise unitaire d'État « TEK Saint-Pétersbourg » lors de grosses réparations et de construction de réseaux de chaleur. L'effet économique annuel, qui se manifeste par une réduction du coût estimé de la construction, une économie de matériaux, une réduction des coûts de main-d'œuvre pendant la construction et des pertes de chaleur lors du fonctionnement d'une canalisation de chauffage, lors du remplacement d'une pièce. Le compensateur en forme de U pour soufflet axial était : pour DN 500 - 6,65 mille roubles, pour DN 700 - 12,07 mille roubles. (aux prix de 1986).

Efficacité économique annuelle spécifique du remplacement du compensateur à presse-étoupe par un compensateur à soufflet pendant le fonctionnement s'élevait à (aux prix de 2006) [source : www.kompensator.ru] :

Diamètre du compensateur, mm	Eau froide		Carburant		Électricité		Entretien et réparation, mille roubles.	Total, mille roubles
Diamètre du compensateur, mm	m3	mille roubles.	ici	mille roubles.	kWh	mille roubles.	Entretien et réparation, mille roubles.	Total, mille roubles
jusqu'à 300	77,5	1,05	0,7	0,90	105,9	0,10	2,71	4,76
de 300 à 600	186,8	2,52	1,6	2,17	255,4	0,24	6,30	11,23
de 600 à 1200	355,7	4,80	3,0	4,12	486,1	0,45	9,90	19,27

Selon le type, les compensateurs à soufflet agissent comme des supports fixes, permettent d'installer le compensateur sans fixations supplémentaires ou sont utilisés dans les canalisations pour compenser la dilatation thermique, empêcher la destruction des canalisations lors de la déformation, sceller les canalisations et compenser les désalignements résultant de travaux d'installation.

Conception de joints de dilatation à soufflet

Les compensateurs à soufflet sont de petite taille, peuvent être installés n'importe où dans le pipeline en utilisant n'importe quelle méthode de pose et ne nécessitent pas la construction de chambres spéciales ni d'entretien pendant toute la durée de vie. Leur durée de vie correspond en règle générale à la durée de vie des canalisations. L'utilisation de compensateurs à soufflet garantit une fiabilité et une protection efficace pipelines contre les charges statiques et dynamiques résultant de déformations, de vibrations et de coups de bélier. Grâce à l'utilisation d'aciers inoxydables de haute qualité dans la fabrication des soufflets, les compensateurs à soufflet sont capables de fonctionner dans les conditions les plus sévères avec des températures de fluide de fonctionnement allant du « zéro absolu » à 1 000 °C et de résister à des pressions de fonctionnement allant du vide à 100 atm. , en fonction de la conception et des conditions d'exploitation.

Selon le but et les conditions d'utilisation, différentes conceptions de compensateurs sont utilisées, qui sont diverses combinaisons de soufflets, de raccords de raccordement et de limitation, de tuyaux de guidage et de couvercles de protection.

La partie principale du joint de dilatation à soufflet est le soufflet - une coque élastique en métal ondulé qui a la capacité de s'étirer, de se plier ou de se déplacer sous l'influence des changements de température, de la pression et d'autres types de changements. Ils diffèrent les uns des autres par des paramètres tels que les dimensions, la pression et les types de déplacements dans le tuyau (axiaux, de cisaillement et angulaires). Sur la base de ce critère, les compensateurs sont divisés en axiaux, de cisaillement, angulaires (rotatifs) et universels.

Les soufflets des compensateurs modernes sont constitués de plusieurs fines couches d’acier inoxydable, formées par pressage hydraulique ou conventionnel. Les joints de dilatation multicouches neutralisent l'impact haute pression et divers types de vibrations, sans provoquer de forces de réaction, elles-mêmes provoquées par une déformation).

Les SKU (SKF) sont conçus pour compenser les changements de température sur la longueur des canalisations, éliminer les charges de vibration, sceller les canalisations et empêcher la destruction et la déformation des canalisations. Pour les unités à soufflet, une installation souterraine sans canal et une isolation des appareils à soufflet par SKU (SKF) sont possibles. L'élément principal du dispositif de compensation est un compensateur axial à soufflet installé dans un boîtier de protection, qui protège le soufflet des forces latérales, de flexion et de couple, ainsi que dommages mécaniques et la terre s'infiltrant entre les ondulations. Les dispositifs à soufflet compensateur sont de petite taille, peuvent être installés n'importe où dans le pipeline en utilisant n'importe quelle méthode de pose et ne nécessitent pas la construction de chambres spéciales ni d'entretien pendant toute la durée de vie. Leur durée de vie correspond en règle générale à la durée de vie des canalisations. L'utilisation du SKU (SKF) offre une protection fiable et efficace des canalisations contre les charges statiques et dynamiques résultant des déformations, des vibrations et des coups de bélier. Grâce à l'utilisation d'unités à soufflet en acier inoxydable de haute qualité dans la fabrication, les systèmes SKU (SKF) sont capables de fonctionner dans les conditions les plus sévères.

Compensation des déformations thermiques des canalisations en isolation PPU

DANS dernières années en Russie, ils sont devenus largement utilisés pour l'installation sans conduits de caloducs tubes d'acier avec isolation thermique en mousse de polyuréthane dans une coque en polyéthylène conformément à GOST 30732.

En Europe occidentale et dans certaines régions de Russie, les compensateurs à soufflet axial ne sont pas utilisés pour compenser les déformations thermiques des caloducs lors d'une installation sans conduit. Dans ces cas, une méthode est utilisée pour décharger partiellement les déformations thermiques du caloduc à l'aide de compensateurs de démarrage en préchauffant le caloduc lors de son installation à une température égale à 50% du maximum.

L'essence de cette méthode est la suivante. Un compensateur à soufflet de démarrage est installé entre les deux supports fixes du caloduc, après quoi le caloduc est rempli de liquide de refroidissement et chauffé à une température égale à 50 % de la température maximale de fonctionnement. Dans ce cas, le compensateur de démarrage doit se comprimer sur toute la course de travail. Après maintien à la température spécifiée (généralement pendant 24 heures), les boîtiers du compensateur de démarrage sont soudés entre eux. Après cela, les conducteurs SODC sont connectés et une imperméabilisation thermique est appliquée sur les compensateurs de démarrage. Et ainsi de suite tout au long du caloduc entre chaque paire de supports fixes.

Dans ce cas, le soufflet du compensateur de démarrage est exclu du fonctionnement ultérieur du caloduc et le caloduc reste en fonctionnement dans un état de contrainte.

De plus, l'utilisation de caloducs préchauffés lors de l'installation présente plusieurs autres inconvénients :

l'installation finale du caloduc (soudage des boîtiers de tous les compensateurs de démarrage et leur imperméabilisation thermique ultérieure) doit être effectuée pendant la saison de chauffage ;
Lors de la réparation d'une canalisation de chauffage, il est nécessaire de remplacer le compensateur à soufflet de démarrage dans cette section de la canalisation de chauffage et de remplir ensuite les exigences ci-dessus pour son installation et son isolation.

L'utilisation de caloducs préchauffés lors de l'installation à l'aide de compensateurs de démarrage pour une installation sans conduit est possible dans les régions aux conditions climatiques douces, lorsque les différences de température du liquide de refroidissement par rapport à la température moyenne sont insignifiantes et stables.

Compte tenu des problématiques d'utilisation des compensateurs de démarrage, ainsi que des particularités des conditions climatiques des régions et des modes de chauffage correspondants, lors de l'installation d'installations sans conduits, dans un premier temps tuyaux isolés Des dispositifs d'expansion à soufflet axial pré-isolés de différentes conceptions sont utilisés depuis plus de 15 ans.

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La notion de « canalisation de chauffage » comprend ingénierieCommunication, à travers lequel se déplace le vecteur d'énergie thermique (y compris l'eau chaude), et pas nécessairement de l'eau - il peut aussi s'agir de vapeur (pour le chauffage). Selon une loi physique bien connue, tous les métaux sont, à un degré ou à un autre, soumis à des changements de température dans des paramètres linéaires.

Pour les spécialistes impliqués dans la conception, l'installation et l'exploitation des réseaux de chaleur, la déformation des canalisations due aux fluctuations de température est un problème assez important, voire le principal.

Cela peut être résolu de plusieurs manières. L’un d’eux – à l’aide de diverses courbures supplémentaires des « fils » – que nous rencontrons constamment. Des compensateurs thermiques (TC) peuvent souvent être observés dans la zone des routes à proximité desquelles méthode ouverte des pistes. Ces éléments représentent le plus souvent la lettre « P », bien qu'ils puissent également avoir une autre configuration – en forme de « G » ou de « S ». Leur orientation spatiale est verticale ou horizontale.

La deuxième méthode consiste à utiliser des compensateurs de type presse-étoupe. Cependant, toutes ces méthodes présentent également des inconvénients importants. L'un présente de grandes dimensions et un coût de matériaux élevé, l'autre nécessite un entretien systématique des joints et leur étanchéité constante.

L'utilisation de compensateurs à soufflet (BC) a permis de résoudre de nombreux problèmes à la fois. Les coûts d'exploitation des canalisations et le niveau de perte de chaleur due à l'absence de fuites ont considérablement diminué, la fiabilité des systèmes a augmenté et leur maintenance a été simplifiée.

Des exemples d'installation sur un pipeline sont présentés sur la figure. Pos. 1 indique le support, KS – pos. 2.

Petites dimensions, ce qui permet aux appareils d'être installés sur n'importe quelle section du réseau de chauffage.
L'installation peut être réalisée par soudage automatique.
Résistance aux influences extérieures (pression, humidité, température).

S'il est impossible d'utiliser les CS, ils sont remplacés par des dispositifs plus avancés - des dispositifs à soufflet compensateur. Par exemple, dans des conditions contact direct avec des environnements agressifs.

Types de CS

Les appareils sont divisés en groupes en fonction du type de déformation mécanique agissant sur eux.

Compression/tension – axiale.
Déplacement : linéaire - cisaillement, circulaire - rotatif.
Universel (par exemple, rotation + décalage et plusieurs autres).
Spatial ou monoplan.

Composants

Soufflet (acier). Il peut y en avoir 2.
Manchon (interne).
Anneaux et tuyaux.
Enveloppe.

Selon les paramètres linéaires, le poids du compensateur à soufflet varie de 4 à 95 kg.

Marquage

Il contient des informations sur les paramètres suivants :

Pр – pression de travail ;
DN (Du) – diamètre nominal ;
sens de l'écoulement.

Prix

Elle est entièrement déterminée par les dimensions et les caractéristiques du produit. Par exemple, un soufflet avec DN = 20 à 16 atm coûte 1 155 roubles, son analogue avec DN = 40 (mais sans boîtier) coûte environ 1 790 roubles.

Les joints de dilatation à soufflet sont utilisés dans la plupart différentes régions, ils sont installés dans les installations industrielles et les canalisations de services publics. Les compensateurs à soufflet pour réseaux de chaleur nous permettent de fournir eau chaude, allumez le chauffage. Actuellement, pour ces pipelines, des compensateurs axiaux simples (KSO, 2KSO) et des dispositifs de compensation spéciaux à soufflet (SKU, 2 SKU) sont utilisés. Les joints de dilatation à soufflet ont remplacé les dispositifs obsolètes de lentilles et de presse-étoupe.

Les canalisations des réseaux de chaleur fonctionnent avec du liquide de refroidissement chaud, elles sont conçues de telle manière que lorsque le fluide chaud est fourni, les canalisations chauffent et s'allongent, puis se refroidissent et se raccourcissent. Un maillon important dans un tel pipeline sont les compensateurs, qui nivellent cette déformation, empêchant ainsi le système d'exercer des charges sur d'autres composants.

Compensateurs axiaux

Pour compenser les déformations des canalisations des réseaux de chauffage municipaux et industriels, pour réduire les pertes de température et d'énergie du liquide de refroidissement pendant le transport et pour prolonger la durée de vie du système, des compensateurs à soufflet sont utilisés. Leur utilisation est due à un certain nombre de facteurs positifs, notamment :

La conception la plus simple et la plus compréhensible.
Capacité à travailler avec différentes pressions.
Large éventail température de fonctionnement, à laquelle l'appareil peut résister, tant à l'intérieur qu'à l'extérieur du système.
L'utilisation de compensateurs de type soufflet permet d'obtenir une excellente étanchéité.
En plus de la dilatation thermique, le compensateur combat le désalignement des pipelines et les vibrations qui en résultent.
Les compensateurs à soufflet, contrairement à leurs prédécesseurs à presse-étoupe et à lentille, ont des caractéristiques modestes. dimensions.
Dans la plupart des cas, les réseaux de chaleur utilisent des compensateurs avec un raccordement de tuyauterie très simple.
La durée de vie de l'appareil est de quelques décennies ( gros stock course du soufflet), tandis que le compensateur ne nécessite aucun entretien ; ce sont des appareils très fiables.
Le coût des joints de dilatation à soufflet est abordable et le marché regorge d'options nationales et importées de haute qualité.

Fondamentalement, dans les réseaux de chaleur, on utilise les plus simples, constitués d'un soufflet et de tuyaux de soudage. Les soufflets sont en acier inoxydable et les tuyaux sont en alliages conventionnels. De tels appareils peuvent être intégrés à n'importe quel réseau de chaleur, l'emplacement de son installation n'a pas d'importance, il suffit d'observer les pré-requis techniques pour l'installation des produits.

Si vous devez monter un compensateur à soufflet dans un caloduc souterrain, il suffit alors de sélectionner une section droite du système et de l'installer entre deux supports fixes. Le compensateur suivant, si nécessaire, peut être placé derrière les supports suivants.

Les supports évitent d'autres types de déformations et aident le compensateur à fonctionner correctement et systématiquement. Habituellement, lors de la conception d'un réseau de chaleur, des emplacements spéciaux sont déjà aménagés pour les supports, compensateurs, etc. raccords de canalisation. Il vous suffit d'installer correctement le produit sur le pipeline. Les violations et le fonctionnement du produit peuvent entraîner sa défaillance rapide.

La défaillance d'un compensateur à soufflet avant la fin de sa durée de vie est un phénomène assez rare, résultant généralement de violations des règles et réglementations relatives à son utilisation.

Quelques exemples de telles erreurs :

Un stockage inapproprié des compensateurs à soufflet entraîne des dommages apparence et la perte de propriétés techniques importantes.
Une installation incorrecte du compensateur entraîne sa panne directement lors de l'installation ou lors de la première alimentation en fluide du réseau.
Un placement incorrect ou l'absence de supports conduit à la même situation. Nous ne parlons même pas de la destruction des chambres et des supports due aux charges.
Des matériaux mal sélectionnés lors du processus de fabrication du produit entraînent une corrosion du soufflet lui-même dans la nappe phréatique dans laquelle se trouve le réseau de chaleur.

Comme vous pouvez le constater, il existe de nombreux facteurs de risque, c'est pourquoi toute action concernant les compensateurs à soufflet pour les réseaux de chaleur et d'autres produits de raccords de canalisations doit être coordonnée avec les services techniques.

Dispositifs de compensation

Actuellement, les dispositifs de compensation à soufflet avec isolation thermique (PPM minéral, mousse polyuréthane PPU), cachés derrière l'abréviation SKU, gagnent en popularité. Ces compensateurs ne sont pas si exigeants sur les supports de canalisations, car leur conception inclut déjà une protection du soufflet contre les déformations inutiles, ils sont simples et pratiques à installer et à utiliser.

La conception moderne permet l'utilisation des compensateurs SKU.PPU, SKU.PPM sur les réseaux de chaleur et les canalisations. En même temps, ils font partie de l'ensemble du système de canalisations, accomplissant leur travail et empêchant le liquide de refroidissement de perdre de l'énergie et de la chaleur.

Autres compensateurs

L'un des types de joints de dilatation à soufflet utilisés sur les conduites de chauffage sont les dispositifs de démarrage, qui sont utilisés lors du démarrage d'un système de canalisations. Le compensateur de démarrage permet au réseau de chaleur de revenir à un fonctionnement normal. Au fur et à mesure que le liquide de refroidissement est fourni au système, les tuyaux commencent à s'allonger et le compensateur se rétrécit. Il ne fonctionne qu'une seule fois, après quoi il est soudé et devient une section ordinaire du tuyau.

En plus de ceux de départ, d'autres types de compensateurs à soufflet peuvent être utilisés dans certaines sections de la canalisation. Par exemple, des compensateurs rotatifs ou angulaires sont installés sur des tuyaux courbes, et des compensateurs de cisaillement sont installés sur de longues sections de canalisations droites.

Plus des informations détaillées Vous pouvez vous renseigner sur le fonctionnement des compensateurs à soufflet sur les canalisations des réseaux de chaleur auprès des fabricants directs de raccords de canalisations lors de la commande des produits concernés.

Le compensateur à soufflet est l'un des types de dispositifs qui empêchent l'apparition de contraintes mécaniques accrues sur les éléments de canalisation en raison des changements de température de leurs dimensions linéaires, des vibrations et des coups de bélier. Le compensateur fait partie intégrante des systèmes de canalisations transportant des fluides à température et pression élevées. Le choix des emplacements d'installation des compensateurs et de leurs types se fait dès la conception du réseau, en fonction des résultats du calcul de ses modes de fonctionnement.

La conception est basée sur un soufflet - une coque ondulée à paroi mince capable de résister à des déformations axiales et angulaires répétées.

Fait intéressant. Nous devons l’origine du terme « Bellows » à Weston Fulton, météorologue à l’Université du Tennessee. En 1902, il construisit un instrument thermodynamique, utilisant le modèle désormais célèbre, l'appelant « Sylphon », en l'honneur de la déesse du temps en vieux norrois. Par la suite, de nombreux brevets ont été déposés pour des inventions utilisant le soufflet de la manière la plus efficace possible. différentes régions technologie.

Principe de fonctionnement

Le fonctionnement des canalisations du système d'alimentation en chaleur est associé à des fluctuations de température causées par des facteurs externes conditions météorologiques et changer le mode du réseau de chaleur. En raison des fluctuations de température, les tubes en acier changent de dimensions linéaires dans le sens axial (en longueur) et dans le sens transversal (en largeur).

En raison du fait que le pipeline est rigide structure soudée, la dilatation thermique et la compression de ses sections individuelles provoquent des forces mécaniques sur toute sa longueur. En fonction de la configuration spatiale du réseau, la conduite peut subir à certains endroits une compression, une tension, une flexion, un cisaillement ou une torsion.

En plus du facteur température, les pipelines subissent des charges vibratoires causées par le fonctionnement de turbines, de pompes et d'autres équipements comportant des éléments rotatifs. En l'absence de compensation de ces phénomènes, la déformation de zones individuelles peut se déplacer de la zone élastique vers la zone plastique. En conséquence, les changements de fatigue dans la structure métallique s'accumulent dans les zones les plus chargées, ce qui entraîne sa destruction rapide et la dépressurisation du pipeline.

Un joint de dilatation à soufflet encastré dans une canalisation est susceptible de subir des déformations élastiques importantes du fait de sa structure ondulée. Les forces provoquant l'expansion et la contraction du soufflet sont nettement inférieures à celles du tuyau principal ; pour cette raison, les mouvements linéaires les plus importants se produisent dans le compensateur. Les tuyaux du système, installés sur des supports coulissants, se déplacent librement le long d'eux dans le sens axial, déformant le compensateur. Cela protège le pipeline des surcharges dangereuses.

La figure 1 montre différentes sortes déformations de l'élément à soufflet du compensateur qui se produisent sous l'influence de forces apparaissant dans les systèmes de canalisations.

a – Etat initial de l'élément en position déchargée,

b – Réduction de la longueur d'un élément suite à l'application d'une force de compression externe,

c – Allongement du soufflet dû à l'effort de traction,

d – Rotation de l'axe du soufflet selon un certain angle provoquée par la charge de flexion,

e – Déformation par cisaillement provoquée par le déplacement parallèle des axes des tuyaux assemblés.

Spécifications techniques

Vers le principal spécifications techniques Ce type de compensateurs comprend :

La course utile, c'est-à-dire la valeur utile de la déformation élastique axiale ou angulaire.

Diamètre intérieur ou alésage nominal.

Pression de service maximale.

Température admissible opération.

L'environnement pour lequel l'appareil est destiné à fonctionner.

La vitesse de déplacement du fluide dans le système de canalisations.

Méthode de connexion au pipeline (à brides ou soudées).

Principaux avantages

L'utilisation généralisée de ces appareils est due à plusieurs de leurs avantages :

Petites dimensions hors tout, leur permettant d'être montés sur n'importe quelle section de canalisations, quelle que soit l'option d'installation.

Maintenance simple, pas besoin d’équiper de caméras spéciales.

Longue durée de vie égale à la période d'exploitation du pipeline.

Champ d'application

Les compensateurs à soufflet sont utilisés dans des domaines tels que l'énergie, la métallurgie, le raffinage du pétrole, services publics. Leur utilisation répond aux objectifs suivants :

Compensation de la dilatation thermique des éléments de canalisation.

Prévention de la destruction mécanique des canalisations due à la déformation.

Compensation des erreurs commises lors du processus d'installation ayant conduit à un mauvais alignement des systèmes de canalisations.

Neutralisation des charges vibratoires dont la source est l'équipement en fonctionnement et le flux d'énergie transporté.

Assurer l'étanchéité des canalisations de transport.

Réaliser des raccordements de tuyaux divers types et diamètre

Technologie de fabrication

La partie la plus importante de la conception du compensateur est le soufflet. Le matériau pour sa fabrication est acier inoxydable, donnant au produit une résistance élevée à la corrosion et à la température. D'abord feuilles minces L'acier est soudé longitudinalement, puis des ondulations sont formées sur le cylindre obtenu. Pour assurer une flexibilité maximale, les parois du soufflet sont réalisées en multicouche. Cette conception augmente la résistance à la pression tout en conservant une facilité de déformation.

Les éléments structurels restants du compensateur, les raccords de connexion et de limitation, sont en acier au carbone.

Variétés

En fonction du type de charge qui se produit à l'endroit où le compensateur est installé, son type est sélectionné, conçu pour un certain type de déformation de l'élément élastique. Il y a des joints de dilatation à soufflet les types suivants:

Axial.

Angulaire.

Cardan.

Cisaille déchargée.

Départ.

Compensateur axial (AEC) installé sur des tronçons droits de canalisations entre deux supports fixes, intermédiaires ou d'extrémité. Il est conçu pour compenser la déformation dans le sens axial.

Compensateur axial a grande fiabilité. Tous types de pannes de cet appareil sont liés à sa mauvaise utilisation ou à des erreurs commises lors de l’installation :

Violation des instructions lors de la mise en place du compensateur.

L'utilisation d'un compensateur dans des conditions de désalignement et, par conséquent, l'apparition de charges latérales accrues.

Objets étrangers ou terre pénétrant dans l’espace entre les ondulations.

Mauvaise qualité des supports de guidage du pipeline, provoquant un affaissement et des déplacements axiaux.

Corrosion des soufflets provoquée par une teneur accrue en chlorures dans le fluide pompé.

Compensateur d'angle sont utilisés pour effectuer des mouvements de rotation des axes du pipeline. En règle générale, il est installé dans les endroits où un pipeline se courbe ou où différents pipelines sont connectés en angle. En raison de la nature de la déformation du compensateur, celui-ci est également appelé rotatif.

Ce type de compensateur est équipé d'une charnière (photo 3), qui permet des mouvements uniquement dans un seul plan. Cette charnière sert à protéger le soufflet de la torsion. La conception du compensateur angulaire ne lui permet pas d'effectuer des mouvements axiaux.

Compensateur de cardan effectue des mouvements angulaires dans n'importe quel plan.

Sa conception comprend deux charnières dans des plans perpendiculaires. Ce joint de dilatation est également capable de se déformer dans le sens axial, ce qui le rend largement utilisé.

Compensateur de cisaillement est installé aux endroits des pipelines où des forces peuvent survenir visant à déplacer mutuellement les axes des sections individuelles du tracé. L’une des applications typiques de ce type de joint de dilatation concerne les endroits où les canalisations pénètrent dans les bâtiments. Cette mesure évite les dommages aux canalisations dus au tassement inévitable structures de construction. Grâce à ce compensateur, il est également possible de connecter des sections de réseau construites avec une déviation mutuelle des axes, c'est-à-dire de compenser les erreurs d'installation des canalisations.

Le plus souvent, les appareils de ce type comportent deux éléments à soufflet séparés par un tuyau intermédiaire, et sont donc appelés à deux sections.

Compensateur de démarrage de par sa conception, il est axial. La différence est que le soufflet est recouvert à l'extérieur d'un boîtier composé de deux moitiés. Lors de la déformation axiale, des parties du boîtier se déplacent les unes par rapport aux autres.

L'installation du compensateur de démarrage dans une canalisation en mousse de polyuréthane pré-isolée se déroule comme suit. Un joint de dilatation non chargé s'écrase dans la canalisation. Le tuyau est rempli d'eau ayant une température de 50 % de la valeur de fonctionnement. Dans ce cas, la dilatation thermique des canalisations provoque une compression axiale du soufflet compensateur. La température de l'eau est maintenue constante tout au long de la journée. Après cela, les deux moitiés du boîtier du compensateur déformé sont soudées ensemble. Ensuite, les conducteurs du système de signalisation des tuyaux isolés sont connectés, après quoi le boîtier du compensateur de démarrage est recouvert d'isolant. Cette procédure est effectuée sur toutes les sections droites entre les supports.

Lors de l'utilisation d'un compensateur de démarrage, la conduite de chauffage fonctionne en état de précontrainte. Cette méthode d'installation présente un certain nombre d'inconvénients :

L'installation ne peut être terminée qu'après le début de la saison de chauffage.

Lors de la réparation d'un pipeline, le compensateur de démarrage doit être changé.

Conclusion

L'utilisation de compensateurs de dilatation est la principale solution dans la pratique mondiale de conception de divers systèmes de canalisations. Les compensateurs à soufflet occupent l'une des positions les plus importantes parmi les dispositifs destinés à des fins similaires. Leur utilisation est parmi les plus méthodes efficaces lutter contre les conséquences de la déformation des systèmes de canalisations.