Для чего нужны компенсаторы в трубопроводах

И если от воздействия внешних факторов трубопровод можно защитить путем проведения различных мероприятий  (например, изолировать, покрасить, утеплить), то воздействия некоторых внутренних факторов можно избежать. Гидроудары и перепады давления ведут к деформации и как следствие к серьезным повреждениям. В этой статье мастер сантехник расскажет, для чего нужны компенсаторы в трубопроводах.

Функциональные возможности компенсаторов

Используются в строительстве, ЖКХ, ВПК, газовой и нефтяной промышленности, кораблестроении, атомной промышленности, энергетике и в прочем.

Установка компенсирующих устройств на всех магистралях, и их использование в дальнейшем дает возможность существенно увеличить срок эксплуатации труб. Это довольно актуально для магистралей большой длины, так как от длины линии зависит сила воздействия на нее.

Использование элементов для сглаживания нагрузок, рекомендуется ко всем трубопроводам. При этом необходимо помнить, что надежная и безаварийная работа пластиковой или металлической магистрали отопления напрямую правильно устроенной компенсации.

Задачи данных конструкций довольно специфичны, но вместе с тем и крайне важны:

• Уменьшение вибрации трубопровода, которые возникают по сети из-за работы насосов. Даже в том случае если подобное явление невозможно почувствовать или увидеть, тем не менее, оно есть. В тоже время возникает риск возникновения резонанса, который многократно увеличивает амплитуду колебаний, которая приводит к быстрому разрушению трубопроводов.
• Компенсация в магистралях при линейном тепловом расширении во время изменения температуры теплоносителя. Из-за происходящих удлинений или укорачивания труб на муфтовых или сварных соединениях возникают дополнительные напряжения, из-за чего уменьшается их срок службы, вплоть до разрушения.

Монтаж компенсаторов, это обязательное условие в наши дни при возведении тепловых сетей.

В конструкции системы отопления, компенсатор подключается к местам с большей вероятностью возникновения гидроударов. В момент возникновения поднимающееся давление жидкости давит на мембрану аккумулятора. Воздух, который находится над ней, сжимается и мембрана смещается в его сторону. Из-за объема, который занимает жидкость, напор в ней уменьшается.

В момент прекращения гидроудара, мембрана возвращается на свое место. Благодаря использованию гидроаккумуляторов можно попутно отобрать лишнюю жидкость из системы.

Для того чтобы сделать эффект амортизации, в водопроводах кроме гидроаккумуляторов применяют специальные гасители.

Виды компенсирующих устройств

Из-за довольно широкого спектра использования существуют различные виды компенсаторов трубопроводов. Они бывают:

• Сильфонные. Гофрированный стальной отрезок с соединительными  фланцами. Используется для паро- или газообразных смесей, воды, азота и воды. Может использоваться с другими средами которые не вступают в реакцию с материалом(инертны, растворы промывок и другое). Используется для компенсации температурных деформаций в теплосетях(наиболее часто). Установка сильфонных компенсаторов на трубопроводах возможно только при температуре среды не превышающей +700оС и давлении до 250 атмосфер.
• Сальниковый. Является «братом» предыдущей версии. У сальникового варианта более скромные возможности: давление среды – до 25 атмосфер, температура не должна превышать  +300оС. Есть также и некоторые отличия в конструкции.
• Линзовые. Линзовый представляет собой сваренную из нескольких линз конструкцию (как правило, 2-4, чем больше, тем выше эффективность, и соответственно больше ход компенсатора), а также присоединительных патрубков. Такое изделие изготавливается из стали либо сплавов со схожими качествами. Линзовый компенсатор используется для трубопроводов, которые транспортируют малоагрессивные либо неагрессивные среды с давлением, не превышающем 16 атмосфер.
• Резиновые или как их называют еще – вибрационные вставки. Как это видно из названия, данный компенсатор представляет собой участок, изготовленный из резины, имеющий муфтовое или фланцевое соединение с трубопроводом. В качестве материала используется жаростойкий синтетический состав, который по своим характеристикам и свойствам значительно превосходит обычную резину, что существенно увеличивает возможности его использования. Его устанавливают для транспортировки сред с температурой не более +150 оС (в случае с паром – не более +180оС) и давлением не превышающем  16 атмосфер. Категорически запрещено использовать для растительных и минеральных жиров и масел, пропана, бутана, бензина, хлорированных углеводородов.
• Тканевые. Данный тип компенсаторов для трубопроводов является наиболее популярным вариантом, используемым на системах низкого давления (до 0,7 атмосфер, однако существуют модели, которые могут использоваться для эксплуатации и при 3 атмосферах). В отличие типов описанных выше, которые имеют ограничения по размерной сетке, данный тип  может иметь любые габариты. Делается из композитных  много- либо однослойных материалов (стеклоткани, синтетических, нержавеющей стали, керамики). может быть использован на трубопроводах транспортирующих среду с температурой до +1000оС.
• П-образные. Наиболее популярный вид промышленных вариантов, который используется практически везде, где есть трубопроводы большой протяженности. Конструктивно выглядят как участок трубы с П-образным изгибом (из-за чего собственно и имеет такое название). При появлении колебаний в трубопроводе, П-образный участок гасит их, благодаря изменению своего положения относительно продольной оси, из-за чего не дает возможности «продвигаться» колебаниям дальше по линии.

При конструировании делается расчет компенсаторов для трубопроводов, и внимание главным образом уделяется обеспечению общего уровня безопасности, что определяется правильным монтажом и выбором устройства (сальниковым, линзовым и прочие).

Расчет компенсирующих способности

Эмпирическая формула Lk=25ΔdΔL (2.2), где Lk - длина участка Г- образного элемента, воспринимающего температурные изменения длины трубопровода, мм; d - наружный диаметр трубы, мм; ΔL - температурные изменения длины трубы, мм. Величину Lk можно также опеределить по номограмме (рис.4)

Пример: d = 40 мм, ΔL = 55 мм. По формуле (2.2) Lk=25?40х55 = 1173 мм . По номограмме Lk = 1250 мм

Конструирование систем внутренних трубопроводов рекомендуется производить в следующей последовательности: на схеме трубопроводов предварительно намечают места расположения неподвижных опор с учетом компенсации температурных изменений длины труб элементами трубопровода (отводоами и пр.). Проверяют расчетом компенсирующую способность элементов трубопровода между неподвижными опорами. Намечают расположение скользящих опор с указанием расстояний между ними.

Неподвижные опоры необходимо размещать так, чтобы температурные изменения длины участка трубопровода между ними не превышали компенсирующей способности отводов и компенсаторов, расположенных на этом участке, и распределялись пропорционально их компенсирующей способности.

Г - образных элементов

П - образных компенсаторов

В тех случаях, когда температурные измения длины участка трубопровода превышают компенсирующую способность его элементов, на нем необходимо устновить дополнительный компенсатор.

Отличия компенсаторов

Различия в принципах функционирования и направленностях определяют основные виды компенсаторов для трубопроводов, которые делятся на две главных категории:

• Устройства, с большим уровнем гибкости и высокой степенью радиальности, которые обеспечивают удлинение трубопроводов кручением на неровных участках, удлинение изгибом или проведением изгибов благодаря включению гибких вставок;
• Осевые устройства, бывают скользящие или упругие, в рамках действия которых компенсация происходит благодаря посредством телескопического перемещения трубы или во время сжатия пружинных вставок (сальниковый и другие).

Наиболее популярными являются П-образные компенсаторы, воздействующие на перемещение трубопровода радиальной направленности, Z-образные участки и угловые повороты.

Как выбрать компесатор

При выборе компенсатора для трубопроводов теплосетей и водоснабжения (и вообще – все компенсаторы любого назначения) необходимо помнить о следующих нюансах:

• На гофре не должно быть каких-либо повреждений – перед покупкой следует тщательнейшим образом ее осмотреть со всех сторон, возможно, ее могли повредить при транспортировке или выгрузке.
• Во время выбора необходимо ориентироваться на определенные характеристики (расход, напор, температура) транспортируемой среды – для одного или другого вида компенсаторов они разные, как правило, это можно узнать из описания.
• Большое значение имеет герметичность камер и каналов – многослойные компенсаторы часто даже при легких повреждениях ее утрачивают.
• Наиболее долгий срок эксплуатации имеют сальниковые компенсаторы.
• От гладкости зеркала компенсатора напрямую зависит срок службы набивки: чем оно более гладкое – тем дольше срок.
• Сальниковые компенсаторы наилучшим образом себя зарекомендовали во время капитальных ремонтов сложных структур в теплотрассах.

Обычно, сильфоны компенсаторов делаются из латуни, бериллиевой или фосфорной бронзы. Используют также и нержавеющую сталь. Во время изменений температуры и показателей давления материалы подвергаются некоторой деформации, расширению либо сужению во время резкого охлаждения. В случае если в трубопроводе не использовать установку подобного устройства, то трубы не смогут справиться с компенсацией, и довольно быстро выйдут из строя.

Правила монтажа предохранителя в трубопровод

Компенсаторы на трубопроводах с горячей водой и их другие разновидности устанавливаются с учетом строгих правил и требований:

• Линзовые, сильфонные и сальниковые компенсаторы устанавливаются только в исключительно собранном виде.
• Осевые сильфонные, линзовые и сальниковые монтируются только одновременно с трубопроводом.
• Во время проведения монтажа, направление стрелки на корпусе компенсатора должно соответствовать с направлением движения среды в трубопроводе.
• Во время установки не должно происходить каких-либо нагрузок скручивающего и продольного типа.
• Монтажная длина должна четко совпадать с характеристиками указанными в чертежах.
• П-образные компенсаторы монтируются с растяжением либо сжатием на указанную в рамках проекта величину.

Монтаж всех компенсаторов на трубопроводах варьируется в зависимости от типа устройства – изделие соединяется с трубопроводом предусмотренным методом. Это может быть сварка, муфтовое или фланцевое соединение.

Монтаж предохраняющих конструкций допускается и на горизонтальных и на вертикальных участках трубопровода. При этом необходимо строго соблюдать соответствие направления стрелки относительно движения теплоносителя, на вертикальных же участках, она должна быть направлена строго вниз, вне зависимости от направления движения теплоносителя.

Компенсирующие приспособления не подлежат обслуживанию, и при возникновении неисправностей их заменяют новыми аналогичными изделиями.

Видео

В сюжете - Работа сильфонного компенсатора

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Технология катодной защиты трубопроводов от коррозии