Приветствую Вас, дорогие и уважаемые читатели сайта “world-engineer.ru”. В этой статье поговорим, про сильфонный компенсатор, узнаем, что же такое сильфонный компенсатор для стальных труб, выполним расчет сильфонного компенсатора и много другое. Сильфонный компенсатор (СК) – устройство, состоящее из сильфона (сильфонов) и арматуры, способное поглощать или уравновешивать относительные движения определенной величины и частоты, возникающие в герметично соединяемых конструкциях и проводить в этих условиях пар, жидкости и газы [ГОСТ 25756-83, термин 1].

Компенсатор сильфонный осевой неразгруженный допускается применять на прямолинейных участках для компенсации тепловых удлинений трубопроводов тепловых сетей при любых способах прокладки, а также на трубопроводах насосных станций, на водонагревательных установках, в тепловых пунктах потребителей и других сооружениях тепловых сетей.

Производители сильфонных компенсаторов в России выпускают огромное множество различных типов и видов сильфонных компенсаторов, но самое основное производство сильфонных компенсаторов в России это в г. Санкт-Петербург. Основным документом является “Руководящий документ РД-3-ВЭП по применению осевых сильфонных компенсаторов, сильфонных компенсационных устройств, стартовых сильфонных компенсаторов при проектировании, строительстве и эксплуатации трубопроводов тепловых сетей, систем горячего водоснабжения и паропроводов (5-ая редакция 2019 года)“. Данный документ содержит рекомендации по применению серийных компенсаторов АО «НПП Компенсатор» по техническим условиям ИЯНШ.300260.029ТУ, ИЯНШ.300260.033ТУ и ИЯНШ.300260.035ТУ для компенсации температурных деформаций трубопроводов тепловых сетей и паропроводов.

Также есть на компенсаторы сильфонные ГОСТ 32935-2014 Компенсаторы сильфонные металлические для тепловых сетей. Общие технические условия.

Сильфонный компенсатор должен сохранять работоспособность в условиях кратковременного затопления грунтовыми и паводковыми водами. В аварийных случаях допускается кратковременное затопление водой с температурой до 100 ⁰С. Средний срок службы компенсаторов до списания — не менее 10 лет при наработке не более 2000 циклов.

В период предварительного монтажа необходимо проверить отклонения соединений компенсаторов с трубопроводами, которые не должны превышать следующих значений:

— допуск соосности патрубков — 4 мм для Dy ≤ 400 мм и 5 мм для Dy >400 мм;

— допуск параллельности торцов концевых патрубков и присоединяемых труб — 4 мм для Dy ≤ 400 мм и 5 мм для Dy > 400 мм.

Установка сильфонных компенсаторов на трубопроводах

До обобщения опыта эксплуатации сильфонные компенсаторы при подземной прокладке тепловых сетей в непроходных каналах и бесканальной следует устанавливать, как правило, в камерах. При подземной прокладке тепловых сетей на эстакадах или отдельно стоящих опорах сооружение специальных павильонов для сильфонных компенсаторов не требуется. Они устанавливаются, как правило, у неподвижных опор. Между двумя неподвижными опорами должен устанавливаться только один компенсатор.

До и после компенсаторов должны предусматриваться направляющие опоры. В качестве одной из направляющих опор рекомендуется использовать неподвижную опору.

Допускается применение в качестве направляющих опор хомутовых опор с двумя хомутами, расположенными друг от друга на расстоянии не менее 100 мм для труб диаметром Dy ≤ 500 мм и не менее 200 мм для труб с Dy ≤ 1000 мм. При обнаружении не герметичности компенсатора при гидравлических испытаниях компенсатор демонтируется и заменяется новым, о чем составляется акт. Сильфонные компенсаторы трубопроводов во время работы не требуют постоянного обслуживания. Применение их на тепловых сетях сокращает потери с утечками и трудозатраты на их обслуживание по сравнению с сальниковыми компенсаторами, а также уменьшает зону занятости по сравнению с П-образными компенсаторами.

В Санкт-Петербурге на тепловых сетях установлено самое большое число сильфонных компенсаторов разных диаметров по сравнению с другими городами России.

Сильфонные компенсаторы для тепловых сетей устанавливаются при строительстве, реконструкции и капитальном ремонте тепловых сетей.

Монтаж сильфонных компенсаторов на трубопроводах

Сильфонные компенсаторы трубопроводов тепловых сетей при строительстве, реконструкции и ремонте тепловых сетей могут быть применены взамен П-образных компенсаторов и сальниковых компенсаторов. В зависимости от расчетных значений температурного удлинения трубопроводов устанавливается один или несколько компенсаторов последовательно.

В связи с тем, что сильфонные компенсаторы изготавливают из нержавеющей стали в виде отдельного узла, что исключает необходимость постоянного надзора за ними в процессе эксплуатации, они могут быть установлены в каналах, футлярах, камерах вместе с другим оборудованием. При поступлении компенсаторов на монтажную площадку обязательно надо осуществлять входной контроль с проверкой маркировки, клейма ОТК, документа, удостоверяющего качество компенсатора и его техническое состояние. На поверхности сильфона не допускаются трещины, расслоений, раковины, окалина, брызги металла, забоины, вмятины, продольные и поперечные риски. Про монтаж компенсатора рекомендую прочитать статью про “Сальниковые компенсаторы”.

Компенсаторы сильфонные осевые неразгруженные:

а — сильфонный компенсатор односекционный;

б- сильфонный компенсатор двухсекционный;

в — по ТУ 5.551-1972-88

1 — патрубок;

2 — стойка;

3 — кожух;

4 — стяжка;

5 — гибкий элемент;

6 — внутренняя обечайка;

Lстр. — длина строительной часта конструкции

Допускаются следы от разъема колец (кассет) оснастки и как исключение — вмятины глубиной не более 0,2 мм (на площади 100 см² не более одной вмятины).

Основные требования к монтажу сильфонных компенсаторов смотри статью по ссылке.

Маркировка должна содержать обозначение компенсатора, товарный знак и номер партии.

При выявлении повреждений сильфона, трещин, расслоения, вмятин и других дефектов (хотя бы одного) компенсатор бракуется и на тепловую сеть не устанавливается.

Транспортировка компенсаторов разрешается только в заводской упаковке, исключающей возможность повреждения сильфона, если учесть, что поверхностные слои металла имеют толщину не более 0,2 мм. Запрещается подъем компенсатора краном с помощью троса, пропущенного внутри сильфона.

Запрещается сбрасывать компенсаторы с автомашины, в траншею, в камеры и т. п. Перед монтажом с ограничительных шпилек компенсатора надо снять направляющие трубки.

Вид сильфонного компенсатора:

а – перед монтажом;

б – в период транспортировки к месту монтажа и во время предварительного монтажа;

в – после окончательного монтажа (компенсатор растят на 50 мм);

г – после окончательного монтажа (компенсатор сжат на 50 мм).

1 – шпилька ограничительная;

2 – гайка;

3 – трубка направляющая;

4 – шайба.

Для обеспечения максимальной компенсирующей способности с помощью гаек 2 компенсатор растягивается на величину, указанную в таблице, в зависимости от температуры наружного воздуха.

Растяжка сильфонных компенсаторов тепловых сетей во время монтажа в зависимости от температуры наружного воздуха

Температура наружного воздуха Тн.в., 0С	-30	-20	-10	0	+10	+20	+30
Величина растяжения компенсатора при монтаже, мм	50	46	42	36	34	30	26

Растянутый компенсатор вваривается в трубопровод, после чего направляющие трубки устанавливаются на место. На линейной части при канальной и воздушной прокладках сильфонные компенсаторы монтируются с установкой скользящих и направляющих опор под трубами с обеих сторон компенсатора. Отклонение оси сильфонного компенсатора от оси трубопровода не должно превышать в вертикальной и горизонтальной плоскостях соответственно 4 и 5 мм. При установке сильфонных компенсаторов в камерах их монтаж, как и сальниковых, производится с учетом отклонений в плоскостях 4 и 5 мм. Места соединения труб с сильфонными компенсаторами покрываются сначала гидроизоляцией, а затем тепловой изоляцией до фланца. Техническое состояние компенсатора дополнительно проверяется перед его закрытием кожухом и изоляцией, на что составляется акт. Испытание компенсаторов проводится совместно с испытанием тепловой сети. Места где производится установка сильфонных компенсаторов отмечаются в исполнительной документации.

Широкое применение сильфонных компенсаторов при строительстве и ремонтах тепловых сетей обеспечивает значительное сокращение трудозатрат, сроков строительства, получение экономии материалов и топливно-энергетических ресурсов, тем самым создает условие для надежного, безаварийного, качественного теплоснабжения потребителей тепла.

Технические требования к сильфонным компенсаторам

Компенсатор сильфонный осевой неразгруженный изготовляется по техническим условиям завода-изготовителя. Он применяются на прямолинейных участках для компенсации тепловых удлинений трубопроводов тепловых сетей, а также на трубопроводах насосных станции, в теплообменных аппаратах, тепловых пунктах, котельных и других сооружениях тепловых сетей с температурой теплоносителя не более 200 ⁰С и давлением 0,6; 1,0; 1,6; 2,5 МПа (6; 10; 16; 25 кгс/см²).

Материал корпуса сильфонного компенсатора — нержавеющая и углеродистая сталь, толщина гофр (число слоев) зависит от предельного рабочего давления теплоносителя на участке сети, где он будет установлен. Диаметр и материал патрубков должны соответствовать диаметру и материалу основной трубы тепловой сети. Испытание сильфонного компенсатора производится как индивидуально на заводе-изготовителе, так и совместно с трубопроводами после их монтажа.

Ремонт сильфонного компенсатора

Ремонт сильфонного компенсатора, также, как и ремонт сальникового компенсатора состоит из текущего и капитального. Сильфонные компенсаторы не требуют текущего ремонта. Капитальный ремонт включает в себя замену сильфонного компенсатора. В состав работ капитального ремонта входят допуск к работе, подготовка рабочего места, установка сварочного и изолировочного оборудования, установка такелажных приспособлений, перемещение компенсатора, к месту установки, снятие тепловой изоляции, разборка грунта над камерой и каналом, снятие перекрытия камеры (для компенсаторов диаметром не менее 500 мм) и канала для П-образного компенсатора, вырезка и снятие дефектного компенсатора, установка, прихватка и сварка нового компенсатора, гидравлические испытания участка тепловой сети (дефектоскопия сварочных стыков), где производилась замена компенсатора, наложение тепловой изоляции, установка перекрытия камеры, засыпка камеры, оформление окончания работ.

Эффективность применения сильфонных компенсаторов и самокомпенсирующихся труб

При применение осевых сильфонных компенсаторов в тепловых сетях и само компенсирующихся труб сокращается длина трубопроводов, уменьшаются потери тепла, гидравлические потери, расход материалов, трудозатраты. Это и есть преимущества сильфонных компенсаторов. К тому же нет набивки, которая вымывается в сальниковых компенсаторах.

Широкое применение в Санкт-Петербурге сильфонных компенсаторов в стальных футлярах (компенсационных узлов — СКФ) при любых видах прокладки, особенно при бесканальной, и в проходах через стенки камер и других сооружений тепловых сетей, а также взаимодействие и тесное содружество разработчиков, строителей и эксплуатационников позволило повысить качество строительства, в значительной мере сократить трудозатраты и сроки прокладки тепловых сетей.

В результате этого в Санкт-Петербурге достигнут новый, наиболее высокий качественный уровень строительства тепловых сетей — одного из наиболее ответственных и технически сложных инженерных сооружений городского хозяйства.

Годовой экономический эффект по расчетам треста Ленгазтеплострой при применении компенсационных узлов (СКФ) по сравнению с сильфонными компенсаторами при бесканальной прокладке тепловых сетей составил 1,5 млн руб. на 40 км трассы трубопроводов.

Расчеты Московского отделения ВГНИПИИ Атомтеплоэлектропроект показывают, что замена П-образных компенсаторов на сильфонные (волнистые) для трубопроводов, прокладываемых в каналах, дает экономический эффект на 1 км трассы: по капитальным вложениям — 19 тыс. руб.; по эксплуатационным расходам — 1,5 тыс. руб.; по другим затратам — 2,4 тыс. руб., а для трубопроводов, прокладываемых на эстакадах: по капитальным вложениям — 12 тыс. руб.; по эксплуатационным расходам — 0,9 тыс. руб.; по другим затратам — 2,4 тыс. руб.

По предварительным расчетам широкое применение самокомпенсирующихся труб при строительстве тепловых сетей дает экономический эффект порядка 10% стоимости прокладки 1 км гладкостенных труб при существующей прокладке с существующими компенсационными устройствами. Так, например, в 1986 г. трестом Ленгазтеплострой проложен участок тепловой сети из спиральношовных труб диаметром 600 мм. Это позволило снизить трудозатраты на проектирование и строительство тепловой сети, повысить ее надежность, исключить необходимость установки специальных компенсаторов. Годовой экономический эффект составил 70 тыс. руб. на 1 км трассы трубопровода. При выпуске заводами изолированных спиральношовных труб разных диаметров в достаточном количестве их применение при проектировании и строительстве тепловых сетей в СССР может дать большую экономию в материалах, трудовых и финансовых затратах, т. е. большой экономический эффект.

Предварительное растяжение или сжатие сильфонного компенсатора

На рисунке показана работа сильфона на осевое растяжение – сжатие. От нейтрального положения сильфон можно сжать на величину -Δk/2 или растянуть на ту же величину +Δk/2. Крайние сечения работают без перекоса, т.е. остаются параллельными друг другу. Характеристика Δk/2 носит название компенсирующей способности на растяжение – сжатие, а Δk – полной компенсирующей способности.

Схемы работы сильфона в осевом компенсаторе

Если не была выполнена предварительная растяжка компенсатора, то допустимый осевой ход компенсатора на сжатие будет равен Δk/2. Если же выполнить растяжку компенсатора на монтаже на величину Δk/2, то при температурных расширениях трубопровода зазор компенсатора в начале будет закрываться на величину предварительной растяжки Δk/2 и сильфон примет нейтральное положение, а уже затем будет происходить его сжатие также на величину Δk/2. Таким образом, допустимый осевой ход компенсатора увеличивается в два раза. При использовании предварительной растяжки следует внимательно контролировать фактическое направление деформаций компенсатора (растяжение или сжатие), растяжение предварительно растянутого компенсатора не допускается, поскольку в этом случае его допустимый осевой ход на растяжение уже исчерпан. Для учета монтажной растяжки, следует ввести дополнительный узел рядом с компенсатором и задать для него предварительную растяжку. Величина задаваемой растяжки не должна превышать величину Δk/2. После расчета абсолютная величина полученной деформации не должна превышать значение Δk/2. Также следует убедиться, что в процессе нагружения во всех расчетных состояниях компенсатор сжимается, а не растягивается.

Расчет растяжки сильфонного компенсатора

Пример 1. Исходные данные:

— условный диаметр трубопровода Ду = 400 мм прокладываемый в проходном канале в мин.ватной изоляции;

— температура наружного воздуха ля г. Москва Тв = – 28⁰С;

— температура теплоносителя 150 – 70⁰С и коэффициент линейного расширения стали, соответственно 0,0125 и 0,012 мм/(м*⁰С);

— фактическое расстояние между неподвижным опорами Lф = 160,5 м.

Необходимо рассчитать максимально допустимое расстояние между неподвижными опорами Lно (м), максимально возможное удлинение трубопровода dl (мм) и определить величины предварительное растяжки сильфонного компенсатора при температуре монтажа Тмонт = – 10⁰С. Самостоятельно можете выполнить при температуре монтажа со следующими значениями (-28; -20; -15; -10; -5; 0; 5; 10; 15; 20; 25; 30; 35) в ⁰С.

Решение:

1) Для начала необходимо определиться с типом применяемого сильфонного компенсатора. Подбор сильфонного компенсатора тепловой сети рекомендую согласно РД-3-ВЭП, в котором указаны правила усатновки сильфонных компенсаторов, схема установки сильфонного компенсатора и многое другое. В руководящем документе РД-3-ВЭП по применению осевых сильфонных компенсаторов огромный выбор компенсаторов, но для моего способа прокладки подходит компенсатор сильфонный КСО по техническим условиям ИЯНШ.300260.029ТУ – это односильфонные и двухсильфонные компенсаторы с усиленным защитным кожухом и направляющими лыжами, которые предназначены для установки в трубопроводы при наземной прокладке, внутри помещений, а также при подземной прокладке в тоннелях, проходных и непроходных каналах и тепловых камерах.

Мы будем использовать компенсатор сильфонный осевой КСО по серии ТС 627.00.00.00 – однобнолочный компенсатор 1КСО-25-400-95 длиной компенсатора 910 мм и с максимальным осевых ходом Lх = 190 мм и по серии ТС 628.00.00.00 – двухблочный компенсатор 2КСО-25-400-190 длиной компенсатора 1820 мм и с максимальным осевым ходом Lх = 380 мм. (Характеристики и параметры могут меняться, так что смотрите на сайте производителя параметры и типы компенсаторов).

2) Максимальная длина участка, на котором устанавливается один осевой сильфонный компенсатор при всех способах прокладки трубопроводов, рассчитывается по формуле:

Lм(но) = (0,9*(2*λ_-1)) / (а*(t₁ – t₀))

2*λ_-1 – осевой ход (указывается в характеристиках компенсатора), мм. Для нашего случая это 190 мм и 380 мм.

а – коэффициент линейного расширения стали, мм/м·⁰С;

t₁ – максимальная расчетная температура теплоносителя, ⁰С;

t₀ – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления (средняя температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью t₀ (0,92)) по СП 131.13330.2012, ⁰С. Для нашего случая это –28⁰С.

Определим максимально допустимое расстояние между неподвижными опорами Lм(но) для обратного трубопровода (один одноблочный компенсатор):

Lм(но) = (0,9*(190)) / (0,012*(70 – (–28)) = 171 / 1,176 = 145,41 м.

Так как компенсаторы на подающем и обратном трубопроводах ставят радом, то соответственно для подающего трубопровода рассчитывать не будем и Lм(но) для него будет 145,41 м. (Если вы посчитаете для подающего трубопровода с 2-х блочным компенсатором, то получите Lм(но) = 153,71 м).

2) Величина теплового удлинения трубопровода определяется по формуле (мм):

Δl = а*L*(t1 – t2)

а – коэффициент линейного расширения углеродистых трубных сталей, мм/м*⁰С;

L – длина рассматриваемого участка трубопровода, м;

t1 – максимальная температура стенки трубы, принимаемая равной максимальной температуре теплоносителя, ⁰С;

t2 – минимальная температура стенки трубы, принимаемая равной расчётной температуре наружного воздуха для отопления (t2 = tн.о.).

Определим максимально возможное удлинение обратного трубопровода:

Δl = 0,012*106,5*(70 – (– 28)) = 125,24 мм.

Определим максимально возможное удлинение подающего трубопровода:

Δl = 0,0125*106,5*(150 – (– 28)) = 236,96 мм.

Можно это все заполнить в виде такой таблички

3) Теперь определим величины предварительной растяжки сильфонного компенсатора при температуре монтажа и заполним таблицу растяжки сильфонных компенсаторов.

Сильфонный компенсатор поставляется в нейтральном положении, относительно которого он может растягиваться и сжиматься на величину ± l_-1 – амплитуды осевого хода. Для использования полного рабочего хода, 2∙λ_-1, компенсаторы которые при пуске трубопровода работают на сжатие, во время монтажа скомпенсатора необходимо растянуть на величину DLмонт, которая зависит от температуры наружного воздуха, при которой ведется монтаж (Tмонт).

На рабочих чертежах трубопроводов следует приводить таблицу величины предварительной (монтажной) деформации (DLмонт) сильфонных компенсаторов для тепловых сетей в зависимости от температуры наружного воздуха, при которой ведется монтаж.

Величина предварительной (монтажной) деформации определяется по формуле:

DLмонт = Lм(но)*а*(0,5*(t₁ + t₀) – t_МОНТ)

Так как у нас есть фактическое расстояние между неподвижными опорами, Lф, то в формуле будем использовать ее.

Определим величины предварительной растяжки для обратного трубопровода:

DLмонт = 106,5*0,012*(0,5*(70 + (–28) – (–10)) = 1,278*(21–(–10)) = 39,62 мм

Округлим до 40 мм.

Определим величины предварительной растяжки для подающего трубопровода:

DLмонт = 106,5*0,0125*(0,5*(150 + (–28) – (–10)) = 1,331*(61–(–10)) = 94,51 мм.

Округлим до 95 мм.

В таблице “–”, значит растяжка не требуется.

3) Встречал расчет на величину растяжения компенсационных узлов на основе осевого хода Lмонт, мм при температуре окружающего воздуха, ⁰C, который сейчас приведу для Тмонт = – 10⁰С.

2*λ_-1 – максимальный осевой ход, λ_-1 – амплитуда осевого хода (это половина максимального осевого хода).

Рассчитаем величину растяжения компенсационных узлов Lмонт для обратного трубопровода (Lх = 190 мм):

Lмонт = λ_-1 – (а*Lф*( t_МОНТ – t₀)) = 95 – (0,012*106,5*(–10– (–28)) = 71,99 мм

Рассчитаем величину растяжения компенсационных узлов Lмонт для подающего трубопровода (Lх = 380 мм):

Lмонт = λ_-1 – (а*Lф*( t_МОНТ – t₀)) = 190 – (0,0125*106,5*(–10– (–28)) = 166,03 мм

И получаем еще одну таблицу (хоть этот расчет нам и не требовался)

Вот такой вот онлайн расчет сильфонного компенсатора. Если статья будет интересной и многих пользователей заинтересует, то приведу расчет на сильфонный компенсатор в ППУ изоляции бесканально прокладываемый.

Если необходим расчет сильфонного компенсатора в программе СТАРТ, то пишите на электронную почту worldengineer77@gmail.com.

Незабываем также про направляющие опоры для сильфонных компенсаторов, так как наш компенсатор сильфонный осевой под приварку КСО в проходном канале, то необходимы наружные направляющие опоры.

Поделиться ссылкой: