Величина смещения (компенсирующая способность) компенсаторов, как правило, выражается комбинацией положительных и отрицательных числовых значений (±). Отрицательное (-) значение обозначает допустимое сжатие компенсатора, положительное (+) - его допустимое растяжение. Сумма абсолютных величин таких значений представляет собой полное смещение компенсатора. В большинстве случаев компенсаторы работают на сжатие, компенсируя температурное расширение трубопроводов, реже (охлажденные среды и криогенные продукты) - на растяжение.

Предварительная растяжка при монтаже нужна для рационального использования полного смещения компенсатора в зависимости от характера работы трубопровода, условий монтажа и предотвращения возникновения стрессовых условий.

Пиковые значения расширения трубопровода зависят от минимальной и максимальной температур его эксплуатации. Например, минимальная температура работы трубопровода Tmin = 0°С и максимальная Т тах = 100°С. Т.е. разница температур At = 100°C. При длине трубопровода L равной 90 м, максимальное значение его удлинения трубопровода AL составит 100 мм. Представим, что для установки на таком трубопроводе используются компенсаторы со смещением ±50 мм, т.е. с полным смещением 100 мм. Также представим, что температура окружающей среды на этапе их монтажа Т у равна 20°С. Характер работы компенсатора при таких условиях будет таким:

• при 0°С - компенсатор будет растянут на 50 мм
• при 100°С - компенсатор будет сжат на 50 мм
• при 50°С - компенсатор будет находится в свободном состоянии
• при 20°С - компенсатор будет растянут на 30 мм

Следовательно, предварительная растяжка на величину 30 мм при монтаже (Т у = 20°С) обеспечит эффективную его работу. Когда температура поднимется от 20°С до 50°С при вводе в эксплуатацию трубопровода, компенсатор вернется в свободное (ненапряженное) состояние. При повышении температуры трубопровода от 50°С до 100°С, смещение компенсатора относительно свободного состояние в сторону сжатия составит расчетные 50 мм.

Определение значения предварительного растяжения

Примем длину трубопровода равную 33 метрам, максимальную/минимальную рабочую температуру +150°С /-20°С соответственно. При такой разнице температур коэффициент линейного расширения а составит 0,012 мм/м*°С.

Максимальное удлинение трубопровода может быть рассчитано следующим образом:

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

Значение предварительного растяжения PS определяется по формуле:

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

Таким образом, в процессе монтажа компенсатора его необходимо установить с предварительным растяжением PS равным 18 мм.

На рис. 1 показано расстояние необходимое для монтажа компенсатора в линию трубопровода, определяемое как сумма значений длины компенсатора lq в свободном состоянии и предварительного растяжения PS.

На рис. 2 показано, что при монтаже, с одной стороны компенсатор фиксируется фланцем или приваривается.

27.02.2018

Сильфонные компенсаторы (далее СК) и сильфонные компенсационные устройства (далее СКУ), предназначенные для герметичного соединения относительно перемещающихся элементов и компенсации температурных деформаций стальных трубопроводов водяных тепловых сетей и горячего водоснабжения (далее ГВС), а также водопроводов и паропроводов III категории при всех способах их прокладки и любых видах тепловой изоляции.

Чтобы обеспечить работу трубопровода, необходимо правильно осуществить выбор сильфонного компенсатора и монтаж. При выборе типа СК или СКУ следует руководствоваться способом прокладки теплопровода, видом его тепловой изоляции, а также его компенсирующей способностью. Так как СК и СКУ поставляются в нейтральном положении, относительно которого они могут растягиваться и сжиматься на величину амплитуды осевого хода, то для использования максимального рабочего хода (компенсирующей способности 2*λ- 1 =λ), СК и СКУ во время монтажа необходимо растянуть на величину ∆L монт, которая зависит от температуры наружного воздуха, при которой ведется монтаж (t монт).

Величина предварительной растяжки (монтажной) деформации осевых СК и СКУ определяется по формуле:

∆L монт = L λ µ *α* , мм

Где: L λ µ - длина участка, на котором устанавливается СК или СКУ.

Монтажная длина СК или СКУ определяется по формуле:

L монт =L ск + ∆L монт, мм

Где: L ск - длина СК или СКУ в состоянии поставки (указана в паспорте СК или СКУ), мм;

Пример расчёта предварительной растяжки сильфонного осевого компенсатора при монтаже

Для примера рассмотрим сильфонный компенсатор ОПН-16-1000-220-2.2. Согласно принятым обозначениям он представляет собой устройство, у которого максимальная компенсирующая способность составляет 220 мм: 110 мм на сжатие и 110 мм на растяжение.

∆L монт - величина предварительной растяжки СК или СКУ (искомая величина);

t maх + t min – минимальная и максимальная температуры эксплуатации, °С;

t монт – температуры наружного воздуха, при которой ведется монтаж;

L λ µ - длина участка, на котором устанавливается СК или СКУ;

α – коэффициент линейного расширения трубопровода;

Пример: для Московской области: t min = -28°С;

для подающего трубопровода: t maх = 150°С; t монт = 20°С;

для обратного: t maх = 90°С; t монт = 20°С;

длина участка: L λ µ = 163;

коэффициент линейного расширения трубопровода α = 0,0122

Величина предварительной растяжки для подающего трубопровода:

∆L монт = 163*0,0122* = 101,4 мм

Величина предварительной растяжки для обратного трубопровода:

∆L монт = 163*0,0122* = 41,8 мм

Для наземной и канальной прокладки трубопровода tmin соответствует расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления по СНиП 23-01-99.

Завод АО «НПП «КОМПЕНСАТОР» занимается разработкой, изготовлением и поставкой сильфонных компенсаторов собственного производства. Ассортимент нашей продукции включает множество инженерных устройств, которые отличаются простотой монтажа и способны выдерживать значительные нагрузки. Компенсаторы имеют IV класс герметичности по ОСТ5Р.0170, сохраняют свои параметры в течение 30 лет и производятся согласно требованиям ГОСТ Р ИСО 9001-2015 (ISO 9001:2015).

Расчет предварительного растяжения компенсатора при монтаже необходим для максимального использования по назначению компенсирующей способности сильфонного компенсатора.

Компенсирующая способность компенсатора

Для начала определимся, что такое компенсирующая способность. Как правило компенсирующая способность выражается в отрицательных (-) и положительных (+) значений в его маркировке. Например, КСО 200-16-80, где 80 это значение максимальной компенсирующей способности. Оно означает, что компенсатор КСО имеет к.с. 80мм (т.е. +/-40) +40мм на растяжение и -40мм на сжатие.

Максимальные величины расширения (сужения) трубопроводов зависят от наибольшего и наименьшего значений температуры рабочей среды.

Приведем способ монтажа сильфонного компенсатора в холодном состоянии, определив монтажную длину сильфонного компенсатора, для использования его компенсирующей способности по-максимуму:

							∆.(Е уст - Т мин)
							T макс - Т мин

Определение общей длины растянутого компенсатора:

L=L 0 +H [мм], где:

Δ - суммарное расширение трубопровода [мм]
L 0 - свободная длина компенсатора [мм]
L - монтажная длина компенсатора (длина растянутого компенсатора) [мм]
Т макс - максимальная рабочая температура [°C]
Т мин - минимальная рабочая температура [°C]
Т уст - температура монтажа [°C]

Осевой компенсатор должен монтироваться в холодном состоянии, направление движения, установленный в этом холодном состоянии. Величина предварительного растяжения зависит от установочной температуры.

Минимальная рабочая температура трубопровода - 0 о С, а максимальная 100 о С. Таким образом, разница получается 100 о С. Возьмем длину теплотрассы 90м. Рассчитывая максимальное удлинение труб, получим ∆L=100мм, т.е. подходящим компенсатором будет КСО с компенсирующей способностью +/-50мм.

Теперь определим характер работы компенсатора при температуре монтажа 20 о С.:

• при 0 о С КСО растянут на 50мм;
• при 100 о С КСО сжат на 50мм;
• при 20 о С КСО растянут на 30мм;
• при 50 о С на КСО не действует никаких сил.

Поэтому, если предварительно растянуть компенсатор КСО с компенсирующей способностью +/-50мм при температуре монтажа в 20 о С, то он покажет максимальную эффективность на участке трубопровода длиной 90м. В случае повышения температуры рабочей среды до 50 о С компенсатор примет ненапряженное состояние. При достижении температуры трубопровода 100 о С сильфон компенсатора будет растянут на 50мм (максимальное рабочее состояние).

Перед установкой компенсаторов в проектное положение необходимо произвести их конроль внешним осмотром. Как правило, все компенсаторы пред окончательным присоединением к трубопроводу должны быть предварительно растянуты или сжаты на величину, указанную в проекте, и установлены на труюопроводы вместе с распорным (или сжимающим) приспособлением, которое снимают лишь после окончательного закрепления трубпорводов на неподвижных опорах. Величина предварительной растяжки компенсатора указывается в чертжах.

Растяжку применяют для “горячих” линий трубопровода, а сжатие - для “холодных”. Операция растяжки или сжатия называется холодным наятгом трубпорвода и производится для того, чтобы уменьшить напряжение в металле при тепловом удлинении трубопровода.

На растяжку компенсаторов независимо от способа её выполнения составляют акт, в котором указывают строительные длины компенсаторов до и после растяжки.

П-образные компесаторы, как правило, устанавливают в горизонтальном положении и лишь как исключение верикально или наклонно. При установке таких компенсаторов ветрикально или наклонно в нижних точках с обоих сторон компенсаторов необходимо поместить дренажные штуцера для отвода конденсата, а в верхней части - воздухоотводчики.

Для обеспечения нормальной работы П-образный компенсатор устанавливают не менее чем на трёх подвижных опорах (рис.5). Две опоры располагают на прямых участках трубопровода, присоединяемых к компенсатору (при этом край опоры должен отстоять от сварного стыка не менее чем на 500мм), третью опору ставят под спинку компенсатора, обычно на специльной колонне.

Для предварительной растяжки П-образного компенсатора применяют винтовое приспособление, состоящее из двух хомутов, между которыми установлены винт и распорка с натяжной гайкой.

Перед растяжкой замеряют длину компенсатора в свободном состоянии, а затем путём вращения гайки разводят его на необходимую величину. Распорное приспособление устанавливают параллельно спинке компенсатора. Стык, у которого будет произведена растяжка компенсатора, указывают в проекте. Если указания нет, то во избежание перекоса для растяжки нельзя использовать стык. Непосредственно прилегающий к компенсатору. Для этой цели нужно оставлять зазор в соседнем стыке.

При подъёме компенсаторы следует захватывать в трёх точках и ни в коем случае за распорное приспособление. Лишь после прихватки стыков и заркепления компенсатор отсоединяют от грузо-подъёмных средств. Необходимо также проверить надёжность установки распорного приспособления.

П-образные компенсаторы устанавливают в проектное положение с помощью одного или двух кранов.

При групповом расположении П-образных компенсаторов параллельных трубопроводов (один внутри другого) и в некоторых других случаях предварительную растяжку компенсаторов заменяют натяжением трубопровода в холодном состоянии. В этом случае при установке компенсаторов трубопровод собирают обычным способом, но в одном из стыков (сварном или фланцевом) оставляют зазор, равный заданной величине растяжки компенсатора.

Перед растяжкой следует убедиться в том, что все сварные стыки на данном участке трубопровода заварены, окончательно закреплены неподвижные опоры.

При установке компенсаторов без предвариел но растяжки для удобства монтажа трубопровода в стык, намеченный для растяжки, вставляют патрубок длиной, равной величине расятжки, и прихватывают электросваркой к обеим кромкам трубопровода. Иногда на концах стыкуемых труб наплавляют кольцевые валики и устанавливают временные хомуты из уголков (рис.6). Через отверстия в них пропускают удлинённые стяжные шпильки и, затягивая гайки, зажимают временное прокладочное вставное кольцо, установленное между торцами стыка. После сварки стыка хомуты удаляют.

Фланцевый стык, оставленный для растяжки, сременно (без постоянных прокладок) стягивают удлинёнными шпильками, устанавлива их через одну и оставляя отверстия для постоянных болтов. Диаметр и количество шпилек для натяжения трубопроводов в холодном состоянии указывается в проекте.

После установки компенсаторов в проектное положение, сварки всех стыков(кроме одного) и закрепления трубопровода на всех неподвижных опорах по обе стороны компенсатора удаляют временное прокладочное кольцо и стягивают стяк для сварки путём затяжки гаек на удлинённых шпильках. При фланцевом соединении перед окончательной затяжкой устанавливают прокладку, предусмотренную проектом. После затяжки фланцевого соединения постоянными болтами удлинённые шпильки вынимают, и на их место устанавливают постоянные болты или шпильки.

При установке линзовых компенсаторов необходимо следить за тем, чтобы дренажные штцера (если они имеются) находились в нижнем положении, а направляющий стакан компенсатора был вварен по направлению движения продукта.

Линзовые компенсаторы рекомендуется устанавливать на трубах, узлах или блоках до подъёма в проектное положение. Собранный узел или блок с линзовыми компенсаторами необходимо на время транспортирования, подъёма и установки предохранять от деформаций и повреждений. Для этого применяют дополнителные жесткости на компенсаторах. После установки узлов на опоры и закрепления временные жёсткости удаляют.

При монтаже вертикальных участков трубопроводов необходимо принимать меры, исключаюище возможность сжатия и дефомации компенсаторов под действием силы тяжести трубопроводов. Дял этого параллельно компенсаторам на трубопровдах приваривают по три скобы, которые срезают по окончании монтажа трубопровода.

Линзовые компенсаторы растягивают на половину их компенсирующей способности.

Линзовый компенсатор растягивают при монтаже после его сварки или окончательного соединения на фланцах с трубпороводом, а также после установки всех опор и подвесок трубопроводов и закрепления трубопроводов в неподвижных опорах.

В этом случае растяжку компенсатора произодят за счёт стягивания ближайшего от компенсатора монтажного стыка, у которого специально оставляют соответствующий дополнительный зазор.

Сжатие компенсатора осуществляют после окончательного соединения с трубопроводом, но до закрепления на неподвижных опорах. Для сжатия или растяжки линзового компенсатора применяют приспособление, состоящее из двух стяжных хомутов, закрепляемых на трубопрооде по обе стороны от компенсатора, и удлинённых стяжных шпилек с гайками.

При установке на линии трубопровода нескольких линзовых компенсаторов в проекте должны быть предусмотрены неподвижные опоры за каждым компенсатором, чтобы исключить возможность прогиба трубопровода, находящегося в сжатом состоянии, и обеспечить более равномерную деформацию всех компенсаторов, установленных на трубопроводе, так как действительная жёсткость всех компенсаторов может быть неодинаковой.

У волнистых компенсаторов перед установкой проверяют строительную длину; с помощью проставок и шпилек устанавливают зазор, соответствующий предварительной растяжке.

Осевые компенсаторы монтируют в такой последовательности. Сначала их приваривают одним концом к трубопроводу. Между вторым концом и привариваемой трубой проверяют зазор, равный величине предварительной растяжки, производят растяжку компенсатора с помощью имеющихся на нем гаек со шпильками, приваривают второй конец компенсатора к трубопроводу, после чего удаляют шпильки и гайки.

При установке шарнирных или универсальных компенсаторов их приваривают к трубопроводу обоими концами в соответствии с монтадной схемой, не снимая болтов, скрепляющих щеки шарниров и предохраняющих компенсатор от изгиба.

Сальниковые компенсаторы при монтаже необходимо устанавливать строго сооно с трубопроводом, без перекосов во избежание заедания подвижных частей и повреждения набивки компенсатора. Направляющие устройства трубопроводов в местах подсоединения к сальниковым компенсаторам должны плотно обжимать трубы пригнанными к ним роликами и центрировать трубу в горизонтальной и вертикальной поверхностях, не создавая больших продольных усилий трения.

Сальниковые компенсаторы не подвергаются растяжке после установки, так как при приварке компенсатора к трубопроводу его раздвигают на величину,указанную в проекте и определяемую по расстоянию между рисками, нанесёнными на его корпусе и стакане. При этом между упорными кольцами на патрубке и в корпусе компенсатора должен быть оставлен зазор на случай понижения температуры по сравнению с температурой воздуха в момент монтажа. Минимальная велиина зазора при длине участка трубопровода 100мм должна составлять при температуре наружного воздуха в момент монтжа ниже -5 о С - 30мм, от -5 о С до +20 о С - 50мм, свыше +20 о С - 60мм. При установке необходимо предусмотреть, чтобы в случае срыва неподвижных опор движущаяся часть трубы не вырывалась из корпуса компенсатора. В большинстве случаев для этого на скользящую часть трубы приваривают ободок так, чтобы он не мешал работе компенсатора.

Расчёт П-образного компенсатора заключается в определении минимальных размеров компенсатора, достаточных для компенсации температурных деформаций трубопровода. Заполнив выше приведенную форму, вы сможете рассчитать компенсирующую способность П-образного компенсатора заданных размеров.

В основе алгоритма данной online программы лежит методика расчёта П-образного компенсатора приведенная в — Справочнике проектировщика «Проектирование тепловых сетей» под редакцией А. А. Николаева.

1. Максимальное напряжение в спинке компенсатора рекомендуется принимать в диапазоне от 80 до 110 МПа.


2. Оптимальное отношение вылета компенсатора к наружному диаметру трубы рекомендуется принимать в диапазоне H/Dн = (10 — 40), при этом вылет компенсатора в 10DN соответствует трубопроводу DN350, а вылет в 40DN – трубопроводу DN15.


3. Оптимальное отношение ширины компенсатора к его вылету рекомендуется принимать в диапазоне L/H= (1 — 1,5), хотя могут быть приняты и другие значения.


4. Если для компенсации расчётных тепловых удлинений необходим компенсатор слишком больших размеров, возможна его замена двумя меньшими компенсаторами.


5. При расчёте тепловых удлинений трубопровода температуру теплоносителя следует принимать максимальной, а температуру окружающей трубопровод среды минимальной.

В расчёте приняты следующие ограничения:

• Трубопровод заполнен водой или паром
• Трубопровод выполнен из стальной трубы
• Максимальная температура рабочей среды не превышает 200 °С
• Максимальное давление в трубопроводе не превышает 1,6 МПа (16 бар)
• Компенсатор установлен на горизонтальном трубопроводе
• Компенсатор симметричен, а его плечи одинаковой длины
• Неподвижные опоры считаются абсолютно жёсткими
• Трубопровод не испытывает ветрового давления и других нагрузок
• Сопротивление сил трения подвижных опор при тепловом удлинении не учитывается
• Отводы гладкие

1. Не рекомендуется располагать неподвижные опоры на расстоянии менее 10DN от П–образного компенсатора, так как передача на него момента защемления опоры снижает гибкость.


2. Участки трубопровода от неподвижных опор до П-образного компенсатора рекомендуется принимать одинаковой длины. Если компенсатор располагают не посредине участка а смещают в сторону одной из неподвижных опор, то силы упругой деформации и напряжения увеличиваются примерно на 20-40%, по отношению к значениям полученным для компенсатора, расположенного посередине.


3. Для увеличения компенсирующей способности применяют предварительное растягивание компенсатора. При монтаже компенсатор испытывает изгибающую нагрузку, нагреваясь принимает ненапряжённое состояние, а при максимальной температуре приходит в напряжение. Предварительное растягивание компенсатора на величину равную половине теплового удлинения трубопровода, позволяет увеличить его компенсирующую способность вдвое.

Область применения

П-образные компенсаторы применяют для компенсации температурных удлинений труб на протяжённых прямых участках, если возможности самокомпенсации трубопровода за счёт поворотов тепловой сети — нет. Отсутствие компенсаторов на жёстко закреплённых трубопроводах с переменной температурой рабочей среды, приведёт к росту напряжений способных деформировать и разрушить трубопровод.

Гибкие компенсаторы применяют

1. При надземной прокладке для всех диаметров труб независимо от параметров теплоносителя.
2. При прокладке в каналах туннелях и общих коллекторах на трубопроводах от DN25 до DN200 при давлении теплоносителя до 16бар.
3. При бесканальной прокладке для труб диаметром от DN25 до DN100.
4. Если максимальная температура рабочей среды превышает 50°C

Достоинства

• Высокая компенсирующая способность
• Не требует обслуживания
• Прост в изготовлении
• Незначительные усилия передаваемые на неподвижные опоры

Недостатки

• Большой расход труб
• Большая занимаемая площадь
• Высокое гидравлическое сопротивление