Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

Рис. 11.17. Теплотрасса с естественной компенсацией температурных удлинений.

Все части гнутых компенсаторов соединяют сваркой. Диаметр, толщина стенки и марка стали труб для гнутых компенсаторов должны быть такими же, как и для трубопроводов основных участков.

На теплопроводах большого диаметра, прокладываемых под городскими проездами, устанавливаются главным образом осевые компенсаторы. Осевые компенсаторы могут быть сальниковыми и выполняются скользящего типа.

Температурные удлинения воспринимаются телескопическим перемещением труб внутрь корпуса компенсатора, имеющего сальниковое уплотнение.

Допускается применять осевые линзовые или волнистые компенсаторы шарнирного типа.

Наиболее надежна в эксплуатации так называемая естественная компенсация, или самокомпенсация, которая допускается к применению для всех способов прокладки тепловых сетей и находит широкое применение на практике.

Естественная компенсация температурных удлинений достигается на поворотах и изгибах трассы теплопровода за счет гибкости самих труб (рис. 11.17, 11.19).

Преимуществами ее перед другими видами компенсации являются: простота устройства, надежность, отсутствие необходимости в надзоре и уходе, разгруженность неподвижных опор от усилий внутреннего давления. Для ее устройства не нужен дополнительный расход труб и специальных строительных конструкций.

Недостатком естественной компенсации является поперечное перемещение деформируемых участков трубопровода, требующее увеличения ширины непроходных каналов и затрудняющее применение засыпных изоляций и бесканальных конструкций.

В бесканальных прокладках для использования естественной компенсации на участках поворотов теплотрассы должны быть непроходные каналы соответствующих поперечных размеров.

При сооружении теплопроводов следует максимально использовать все естественные повороты и изгибы трубопроводов для компенсации температурных удлинений. К устройству искусственных компенсаторов следует обращаться лишь после использования всех возможностей естественной компенсации.

Такие компенсаторы применяют в случаях, когда невозможно использование естественной компенсации трубопроводов – при наличии длинных прямых участков и стесненных условий.

К преимуществам гибких компенсаторов относятся: большая компенсирующая способность, надежность работы, передача на неподвижные опоры только сил упругости компенсаторов, отсутствие необходимости в сооружений камер для размещения компенсаторов.

Эти компенсаторы просты в изготовлении и не нуждаются в постоянном обслуживании и ремонте. Случаи повреждения гибких компенсаторов наблюдаются в эксплуатации довольно редко, как правило, из-за дефектов сварных швов или наружной коррозии стальных труб.

К недостаткам гибких компенсаторов относятся: дополнительный расход труб на их сооружение, что увеличивает стоимость тепловых сетей; повышенное гидравлическое сопротивление сетей; значительные габаритные размеры, затрудняющие их применение в городских условиях при насыщенности трассы другими подземными инженерными коммуникациями; боковое смещение трубопроводов, приводящее к сходу корпусов скользящих опор с опорных конструкций.

П-образные компенсаторы

Наибольшее распространение получили компенсаторы П-образной формы (рис. 11.18, 11.19). Их применяют во всех случаях, когда по условиям местности невозможно использовать естественную компенсацию, другой вид компенсации менее целесообразен.

Устройство П-образных компенсаторов предусматривают независимо от вида прокладки, диаметра трубопровода и параметров теплоносителя. П-образные компенсаторы имеют преимущественное применение для труб диаметром до 200 мм.

Это объясняется тем, что на трубах малого диаметра вследствие большой гибкости осевые компенсаторы работают неудовлетворительно. П-образные компенсаторы изготовляют с применением гнутых, крутоизогнутых и сварных отводов.

Компенсаторы гнутые и сварные с крутоизогнутыми отводами устанавливают на трубопроводах для любых давлений и температур.

При этом компенсационная способность компенсаторов с крутоизогнутыми отводами при тех же габаритных размерах выше, чем гнутых, за счет более длинного участка h.

П-образные компенсаторы из сварных отводов используют преимущественно для трубопроводов с Ду более 500 мм. П-образные компенсаторы, как правило, устанавливают в горизонтальном положении с соблюдением нужного уклона труб.

При ограниченной площади компенсаторы можно устанавливать в вертикальном и наклонном положении петлей вверх или вниз, при этом они должны быть снабжены дренажными штуцерами и воздушниками. Конструкция П-образных компенсаторов, размеры и максимальная компенсирующая способность обычно указаны в проекте.

Компенсирующая способность П-образных компенсаторов может быть увеличена вдвое при предварительной растяжке их в холодном состоянии во время монтажа на величину, равную половине теплового удлинения теплопровода.

Для размещения П-образных компенсаторов предусматривается устройство специальных ниш, представляющих собой расширение каналов.

Размеры ниш по высоте точно соответствуют размерам канала, а в плане определяются размерами компенсаторов и зазоров, необходимых для свободных перемещений при температурной деформации компенсатора.

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

Рис. 11.18. Основные характеристики П-образного компенсатора.

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

Рис. 11.19. П-образные компенсаторы и участок тепловой сети с естественной компенсацией температурных удлинений.

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

Рис. 11.20. Определение основных размеров П-образных компенсаторов.

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

Рис. 11.21. Расположение сварных стыков на П-образном компенсаторе.

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

Рис. 11.22. Температурная деформация паропровода и расположение опор.

Сальниковые компенсаторы

На магистральных и распределительных трубопроводах водяных и паровых тепловых сетей при невозможности использовать естественную компенсацию и гибкие компенсаторы широко применяют стальные сальниковые компенсаторы (рис. 11.23-11.26). Они позволяют компенсировать расширение трубопроводов больших диаметров, особенно труб большой длины.

Очень важно помнить о том, что устанавливать компенсаторы температурных удлинений надо сразу же после монтажа трубопровода, так как позволит избежать многих неприятных ситуаций, которые могут возникнуть при перепадах температур.

Стоимость компенсатора значительно ниже затрат, возникающих при ремонте трубопровода и замене магистралей большого диаметра.

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

Рис. 11.23. Компенсаторы сальниковые односторонние.

Сальниковый компенсатор представляет собой два куска трубы, один из которых вставлен в другой. Принцип такого соединения напоминает стандартный телескоп.

Название компенсаторов непосредственно связано с историей их использования, являясь одним из самых старых способов достигнуть герметичности и создать компенсаторные функции.

Первоначально в зазор между трубами набивалась стандартная пакля, смазываемая салом для создания эффекта герметичности, благодаря чему и возник термин «сальник». В зазоре между этими кусками труб имеются уплотнение в виде сальников с грундбуксой.

Принцип работы достаточно прост – при изменении температуры для компенсации теплового расширения трубы труба меньшего диаметра входит в трубу большего. При этом сальниковая набивка не дает возможности утечки жидкости или газа, протекающего по трубе.

Рис. 11.24. Сальниковый компенсатор: 1 – грундбукса, 2 – садьниковое

уплотнение, 3 – фасонный патрубок, 4 – патрубок, 5 – упорное кольцо.

Сальниковые компенсаторы относятся к осевым скользящего типа. Они работают строго вдоль оси теплопровода; какое-либо смещение их продольной оси по отношению к оси трубы компенсирующего участка недопустимо. Сальниковые компенсаторы по своей конструкции делятся на односторонние и двусторонние.

Эти компенсаторы устанавливают при подземной прокладке на трубопроводах диаметром от Dy l00 мм, при надземной прокладке на низких опорах – на трубопроводах от Dу300 мм с параметрами теплоносителя до  Ру 2,45 МПа и температурой менее 300°С.

Типы конструкций сальниковых компенсаторов на условное давление до 1,6 МПа, температуру до 300°С и условный проход от 100 до 1000 мм указаны в строительных нормах.

Главные преимущества сальниковых компенсаторов – простое устройство, небольшой размер, большое компенсирующее действие. Их легко размещать в тепловых камерах, проходных каналах (рис. 11.25).

Основные недостатки сальниковых компенсаторов – сложность обеспечения полной герметизации сальника и необходимость в наблюдении и тщательном уходе в процессе всего периода эксплуатации. Набивка со временем изнашивается, теряет свою упругость и начинает пропускать теплоноситель.

Для восстановления плотности конструкции производят подтяжку сальника.

Многократные подтяжки сильно увеличивают силы трения в сальнике, в результате частично или полностью утрачивается компенсирующая способность, поэтому через определенные периоды времени сальники приходится перенабивать.

Компенсатор сальниковый односторонний (рис. 11.23-1.25) – одна из наиболее распространенных моделей, которую используют для компенсации продольного расширения в трубопроводах теплотрасс.

На рис. 11.23, 11.25 показаны односторонние стальные сальниковые компенсаторы, состоящие из патрубка (стакана), грундбуксы, контрбуксы и корпуса.

Между наружной стенкой патрубка и внутренней стенкой корпуса размещен сальник, в который уложена набивка из прографиченного асбестового шнура и теплостойкой резины в виде колец. Скосы кромок на буксах способствует более плотному прижатию набивки к поверхности стакана.

Набивку и наружную поверхность стакана необходимо периодически смазывать, что способствует удлинению срока службы компенсаторов. Компенсирующая способность одностороннего сальникового компенсатора равна 250-400 мм.

Рис. 11.25. Размещение сальниковых компенсаторов в тепловой камере.

Двусторонний сальниковый компенсатор (рис. 11.26) имеет удлиненный корпус и два подвижных стакана. Его компенсирующая способность в 2 раза больше, чем у одностороннего.

Перед присоединением сальникового компенсатора к трубопроводу следует тщательно выверить линию во избежание перекосов и заеданий стакана в корпусе.

Компенсатор непосредственно вваривают в трубопровод, поэтому его установка не приводит к увеличению количества фланцевых соединений.

Во избежание возникновения растягивающих усилий в трубопроводе при установке компенсатора оставляют монтажный зазор между буртом стакана и упорным кольцом корпуса компенсатора на.возможное растяжение после монтажа. При этом компенсирующую способность, предусмотренную конструкцией сальникового компенсатора, необходимо уменьшать на 50 мм.

Читайте также:  Применение насадки на дрель для заточки сверл

Рис. 11.26. Устройство двустороннего сальникового компенсатора.

А вы используете самокомпенсацию?

Наряду с использованием современных компенсаторов целесообразно применять эффект естественной копенсации или так называемой самокомпенсации. Этот эффект применим для любых способов прокладки теплосетей и широко используется на практике.

Эффект самокомпенсации или естественной компенсации термических расширений применяется на участках с поворотами трубопровода за счет упругости самого трубопровода.

Преимущество самокомпенсации обусловленно:

  • простотой устройства;
  • снижении затрат на специальные компенсаторы;
  • надежностью;
  • отсутствием надзора и ремонта;
  • отсутствие нагруженности опор.

Для осуществления эффекта естественной компенсации не требуется большого количества труб и специализированных трубопрокладочных (опорных) конструкций. Снижение затрат на дополнительные металлоконструкции обеспечит установка сильфонных компенсаторов.

Качественный проект прокладки трубопроводов должен учитывать экономическую составляющую т.е. должен быть выбран такой вариант конструкции, который при минимальных затратах на материал и работу является максимально надежным и простым в обслуживании.

Грамотный проект должен в первую очередь в максимальной степени использовать все естественные повороты и изгибы трубопроводов для максимальной компенсации температурных изменений длины. Применение сильфонных, сальниковых, линзовых и резиновых компенсаторов должно быть только после применения самокомпенсации или естественной компенсации.

  • Перечисленные компенсаторы используют лишь в тех случаях, когда нет возможности применить эффект самокомпенсации компенсации — то есть при длинных прямолинейных участках и сложившихся условий расположения объектов и рядом лежащих коммуникаций
  • Недостатки самокомпенсации:
  • Преимущественное поперечное перемещение нагружаемых частей трубопровода, на которое необходимо увеличения размеров не проходных каналов и затрудняющее использование засыпных изоляций и бесканальной прокладки трубопроводов.

Габариты трубопровода с применением самокомпнсации и размеров плеч трубопровода при самокомпенсации определяют специальными расчетами на компенсацию.

Произведенные расчеты длины плеча пересчитывают эффект бокового или углового смещения трубопровода, величина которого обязательно должна быть несколько меньше чем размер канала (с запасом не менее 50 мм) между наружной частью трубы и началом строительной конструкциии. Наибольшее смещение при естественной компенсации это смещение в месте поворота трубопровода.

В случаях бесканального прокладывания трубопроводов применяя эффект естественной компенсации в местах изменения направления трубопровода предусматривают так называемые непроходные каналы, размеры которых рассчитывают по формулам.

Расчет применения самокомпенсации трубопровода:

Рассмотрим Z-образные и Г-образные варианты участков под углом в 45 и 90 градусов.

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

Размер плеча DS см рисунок Г-образной формы считается так:

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

где Dн – условный диаметр трубы,

Длина плеча компенсации DS, при ,Z – образной формы считается так:

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

  1. где Σ∆I – сумма величин удлинений участков трубопровода ∆l1 и ∆l2 при Z-образной форме компенсации, м. считается так:
  2. Σ∆I =∆l1 +∆l2,
  3. где ∆l1 – удлинение трассы, грунтовой засыпки, длиной l1; ∆l2 – удлинения трассы, грунтовой засыпки, длиной l2;

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

Размер плеча компенсации DS2 трубопроводов длинами (I1) и (I2) считается так;

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

Длина плеча компенсацииDS1 см. рисунок, П – образной формы компенсации считается так

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

где Σ∆I – сумма величин удлинений участков трубопровода ∆l1 и ∆l2 при П-образной форме компенсации, м. считается по аналогии с Г-образной формой см. рисунрк

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

Длина плеча компенсации DS3, м, считается так

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

Сдесь показан холодный метод расчета применения самокомпенсации или использование эффекта естественной компенсации, т.е. применение естественных изменений направления трубопровода с обеспечением возможности компенсации тепловых деформаций в грунте.

П-образный компенсатор

      Здравствуйте! При нагревании трубопроводы системы теплоснабжения имеют свойство удлиняться. И то, насколько они увеличатся по длине, будет зависеть от их начальных габаритов, от материала, из которого они изготовлены, и температуры вещества, транспортируемого по трубопроводу.

В потенциале изменение линейных размеров трубопроводов может привести к разрушению резьбовых, фланцевых, сварных соединений, повреждению иных элементов.

Разумеется, при конструировании трубопроводов учитывается то, что они удлиняются при нагревании и укорачиваются при наступлении низких температур.

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

Самокомпенсация теплотрасс и дополнительные компенсирующие элементы

     Существует в сфере теплоснабжения такое явление, как самокомпенсация. Под этим понимается способность трубопровода самостоятельно, без помощи специальных устройств и приспособлений, компенсировать те изменения размеров, которые происходят в результате теплового воздействия, за счёт упругости металла и геометрической формы.

Самокомпенсация возможна только при наличии в трубопроводной системе изгибов либо поворотов. Но не всегда при проектировании и монтаже имеется возможность для создания большого количества таких «естественных» компенсаторных механизмов. В таких случаях актуально подумать над созданием и установкой дополнительных компенсаторов.

Они бывают следующих типов:

  • • П-образные;
  • • линзовые;
  • • сальниковые;
  • • волнистые.

Способы изготовления П-образных компенсаторов

     В данной статье мы подробно поговорим о П-образных компенсаторах, которые на сегодняшний день являются самыми распространёнными. Данные изделия, покрытые полиэтиленовыми оболочками, можно применять на технологических трубопроводах всех типов.

По сути, они являются одним из методов самокомпенсации — на коротком отрезке создаётся несколько изгибов в виде буквы «П», а затем трубопровод продолжает идти по прямой. Такие П-образные конструкции делаются из цельных изогнутых труб, из отрезков труб или отводов, которые сваривают между собой.

То есть изготавливают их из того же самого материала, из той же марки стали, что и трубы.

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

    Экономичней всего гнуть компенсаторы из одной цельной трубы. Но если общая длина изделия составляет более 9 метров, то их следует изготовлять из двух, трёх или семи частей.

  1. • В случае, если компенсатор нужно изготовить из двух составных частей, то шов располагается на так называемом вылете.
  2. • Трёхчастная конструкция предполагает, что гнутую «спинку» изделия будут создавать из цельного куска трубы, а потом к ней приварят два прямых отвода.
  3. • Когда частей предполагается семь, то четыре из них должны быть коленцами, а остальные три — патрубками.

      Важно помнить и то, что радиус сгиба отводов при заготовке компенсаторов из прямых частей должен быть равен четырём наружным диаметрам трубы. Это можно выразить следующей несложной формулой: R=4D.

     Из скольких бы частей не изготавливался описываемый компенсатор, сварной шов всегда желательно располагать на прямом участке отвода, который будет равен диаметру трубы (но не менее 10 сантиметров). Впрочем, бывают ещё и крутозагнутые отводы, где прямые элементы отсутствуют вовсе — в таком случае можно отойти от вышеуказанного правила.

Достоинства и недостатки рассматриваемых изделий

      Компенсаторы данного типа специалисты рекомендуют применять для трубопроводов небольшого диаметра — до 600 миллиметров.

Участки в виде больших букв «П» на данных трубопроводах при возникновении каких-либо колебаний эффективно гасят их за счёт изменения своего положения по продольной оси. Это как бы не позволяет колебаниям «продвигаться» по теплотрассе дальше.

В трубопроводах, требующих разбора для того, чтобы произвести очистку, П-образные компенсаторы дополнительно снабжают присоединительными деталями на фланцах.

     П-образные изделия хороши тем, что они не нуждаются в контроле в период эксплуатации. Это их отличает от изделий сальникового типа, для обслуживания которых нужны специальные камеры ответвлений. Однако для обустройства П-образных компенсаторов требуется некоторое пространство, а в плотно застроенном городе оно находится не всегда.

      У рассматриваемых компенсаторов, разумеется, есть не только достоинства, но и недостатки. Самый очевидный из них такой – для изготовления компенсаторов дополнительно расходуются трубы, а они стоят денег.

Кроме того, установка данных компенсаторов ведёт к тому, что увеличивается общее сопротивление движению жидкости-теплоносителя.

Плюс ко всему такие компенсаторы отличают значительные размеры, и потребность в специальных опорах.

Расчёты для П-образных компенсаторов

      В России по-прежнему не стандартизированы параметры для П-образных компенсаторов. Их производят в соответствии с нуждами проекта и по тем данным, которые в этом проекте прописываются (тип, размеры, диаметр, материал и т. д.).

Но всё-таки определять габариты П-образного компенсатора наобум, конечно, не следует.

Специальные расчёты помогут узнать те габариты компенсатора, которые окажутся достаточными для компенсации деформаций теплотрассы из-за температурных перепадов.

Читайте также:  Монтаж трубы пвх расценка в смете электрика

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

  •      При подобных расчётах, как правило, принимаются следующие условия:
  • • трубопровод изготовлен из стальных труб;
  • • по нему течёт вода либо пар;
  • • давление внутри трубопровода не превышает 16 бар;
  • • температура рабочей среды не более 2000 градусов по Цельсию
  • • компенсаторы симметричны, длина одного плеча строго равна длине второго плеча;
  • • трубопровод находится в горизонтальном положении;
  • • на трубопровод не действует давление ветра и прочие нагрузки.

     Как мы видим, здесь берутся идеальные условия, что, разумеется, делает конечные цифры весьма условными и приблизительными. Но такие расчёт всё равно позволяют снизить риск повреждений трубопровода при эксплуатации.

     И ещё одно важное дополнение. При расчётах изменения трубопровода под воздействием тепла за основу берётся наибольшая температура перемещаемой воды или пара, а температура окружающей среды, наоборот, выставляется минимальная.

Сборка компенсаторов

     Собирать компенсаторы необходимо на стенде или на абсолютно ровной твёрдой площадке, на которой удобно будет производить сварочные работы и подгонку. Начиная работы, нужно точно нанести ось будущего П- участка и установить контрольные маячки для элементов компенсатора.

     После изготовления компенсаторов нужно также проверить их размеры — отклонение от намеченных линий должно не превышать четырёх миллиметров.

Монтаж П-образных компенсаторов

     Место для П-образных компенсаторов обычно выбирается с правой стороны теплопровода (если смотреть от источника тепла к конечному пункту).

Если же справа нет необходимого пространства, то возможно (но лишь в качестве исключения) устроить вылет для компенсатора слева, не меняя в целом расчётные габариты.

При таком решении с внешней стороны будет находиться обратный трубопровод, и размеры его окажутся чуть больше тех, что требовались согласно предварительным вычислениям.

     Пуск теплоносителя всегда создаёт в трубах из металлов значительное напряжение. Чтобы справиться с ним, П-образный компенсатор в процессе монтажа следует растянуть по максимуму – это увеличит его эффективность. Растяжку делают после установки и фиксации опор с обеих сторон от компенсатора.

Трубопровод при растяжке в зонах его приваривания к опорам должен оставаться строго неподвижным. П-образные компенсаторы сегодня растягивают при помощи талей, домкратов и прочих подобных приспособлений.

Величину предварительной растяжки компенсирующего элемента (или величину его сжатия) следует обязательно указать в паспорте на теплотрассу и проектных документах.

     Если планируется расположение П-образных элементов группами на нескольких трубопроводах, идущих параллельно, то растяжку заменяют такой процедурой, как натяжка труб в «холодном» состоянии. Подобный вариант предполагает и особый порядок проведения монтажных процедур. В данном случае компенсатор прежде всего следует установить на опоры и сварить стыки.

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

      Но при этом в одном из стыков должен остаться зазор, который будет соответствовать заданной растяжке П-компенсатора. Для того, чтобы избежать снижения компенсационной способности изделия и предотвратить перекосы, для натяжения следует воспользоваться стыком, который будет находиться от оси симметрии компенсатора на расстоянии от 20 до 40 трубных диаметров.

Установка опор

     Особо стоит сказать об установке опор для П-компенсаторов. Их необходимо смонтировать так, чтобы трубопровод перемещался лишь вдоль продольной оси и никак иначе. В таком случае компенсатор примет на себя все возникающие продольные колебания.

     Сегодня для одного П-компенсатора необходимо устанавливать не менее трёх качественных опор. Две из них следует располагать под теми участками компенсатора, которые состыкуются с основным трубопроводом (то есть под двумя вертикальными палочками буквы «П»).

Допустимо также монтировать опоры на самом трубопроводе поблизости от компенсатора. Причём между краем опоры и сварным стыком должно быть хотя бы на полметра.

Ещё одна опора создаётся под спинкой компенсатора (горизонтальной палочкой в букве «П»), как правило, на особой подвеске.

      Если теплотрасса имеет уклон, то боковые части П-образных элементов должны располагаться строго по уровню (то бишь уклон должен соблюдаться). В большинстве случаев компенсаторы в виде буквы «П» устанавливаются горизонтально. Если же компенсатор устанавливается в вертикальном положении внизу обязательно должна быть организована соответствующая дренажная система.

Какие данные о компенсаторах нужно занести в паспорт теплотрассы?

  1.      По окончании монтажа П-образного компенсатора в паспорт теплопровода вносятся такие сведения:
  2. • технические параметры компенсатора, предприятие-изготовитель и год производства;
  3. • расстояние меж опорами, производимая компенсация и величина растяжения;
  4. • температура окружающей атмосферы в период, когда проводились работы, и дата установки.
  5.      Что касается, например, компенсирующей способности П-образного изделия, то она имеет чёткую зависимость от ширины, от радиуса изгибов и вылета.

Самокомпенсирующиеся трубы для тепловых сетей

Экономический аспект

Освоение нефтегазовых месторождений Западной Сибири связано с большими объемами промышленно-гражданского строительства и необходимостью сооружения тепловых сетей.

Капитальные затраты при сооружении тепловых сетей на грунтах 2-й и 3-й категорий (при условии отсутствия в них грунтовых вод) составляют до 30 % средств, выделяемых на жилищное строительство и благоустройство городских территорий.

На заболоченных и слабых водонасыщенных грунтах с большой глубиной промерзания — существенно более 30 %.

Для восприятия деформаций стальных трубопроводов тепловых сетей при изменении температуры теплоносителя и для разгрузки возможных температурных напряжений устанавливают компенсаторы, что технически усложняет и удорожает проект. Поэтому в мировой практике существует тенденция полного перехода к бесканальной прокладке тепловых сетей без установки на них компенсаторов — бескомпенсаторному способу прокладки тепловых сетей.

Реализовать бескомпенсаторную прокладку тепловых сетей можно путем применения разрабатываемых и внедряемых в нашей стране самокомпенсирующихся труб.

Экономический эффект от применения самокомпенсирующихся труб при строительстве тепловых сетей (любой протяженности) будет обусловлен не только отказом от установки компенсаторов, теплофикационных камер, промежуточных подвижных и неподвижных опор, но и возможностью перехода к бесканальному способу прокладки трубопроводов из секций заводского изготовления.

Это будет способствовать существенному сокращению сроков строительства. Кроме того, нельзя не отметить, что отпадает необходимость в обслуживании компенсаторов, исключаются утечки теплоносителя и уменьшаются тепловые потери, соответственно, снижаются и эксплуатационные затраты.

Конструкция и технические характеристики

Самокомпенсирующаяся труба представляет собой спирально-шовную трубу, в стенке которой сформированы винтовые гофры, расположенные эквидистантно сварному шву по всей длине трубы, кроме концевых участков.

Технология изготовления спиральношовных сварных труб позволяет расположить гофры таким образом, чтобы исключить места пересечения ими сварных швов.

Для труб тепловых сетей, работающих в условиях цилиндрического нагрева и повышения давления, это обстоятельство важно.

Первая отечественная опытно-промышленная партия труб со спиральными гофрами была изготовлена по технологии, разработанной в Институте электросварки им. Е.О. Патона на Мариупольском металлургическом комбинате им. Ильича [1].

На комбинате освоено производство спирально-шовных труб, отвечающих требованиям ТУ 14-3-237–83 (табл. 1).

Расположение гофров согласовано со спирально-шовным способом изготовления труб, что для сварных труб является единственным способом, обеспечивающим отсутствие мест пересечения гофров и сварных швов [2].

В отличие от существующих компенсаторных прокладок тепловых сетей участки из СК-труб при эксплуатации компенсируются за счет винтовых гофров, обеспечивая равномерное по длине трубопровода восприятие температурных деформаций. Незначительная неравномерность имеет место только на концевых участках, где гофры отсутствуют. Однако, длина этих участков не превышает 3 % от общей длины труб и практически не влияет на распределение осевых деформаций.

В результате при нагреве или охлаждении трубопровода любой протяженности с защемленными концами в местах стыковки труб практически отсутствуют подвижки трубопровода. Таким образом, проблема компенсации решается в пределах каждой трубы без сдвига ее концов.

Выбор рациональных параметров

При закреплении концов прямолинейного участка из СК-трубы любой протяженности положение трубопровода условно фиксируется по всем винтовым линиям трубы, расположенным посередине гофрированных и гладкостенных участков.

Гофр, являясь гибким элементом, компенсирует удлинение участка трубопровода в пределах шага винтовой линии трубы. Продольные перемещения происходят только в промежутках между гофрами и не превышают 0,5 мм, т.к.

расстояние между соседними витками составляет 300–500 мм.

Анализ влияния угла и продольной оси трубы на распределение усилий в защемленном трубопроводе при действии внутреннего давления и температурного перепада показал, что независимо от соотношений геометрических параметров трубы, величин внутреннего давления и температуры нагрева, применение труб с малыми углами нецелесообразно. При малых углах наклона гофра (45° и ниже) сохраняется высокий уровень нормальных усилий к гофру от действия внутреннего давления.

Читайте также:  Температура плавления бронзы и особенности литья в домашних условиях

Экспериментально установлено и подтверждено практикой, что зона минимальных усилий, возникающих в гофре, определяется интервалом угла 55–70° [3, 4].

Следует отметить, что оптимальные углы формовки спирально-шовных труб на промышленных станах находятся примерно в таких же пределах. В понятие жесткости самокомпенсирующихся труб входят величины коэффициентов анизотропности и продольной жесткости.

Установлено, что при увеличении коэффициента анизотропности уровень максимальных напряжений в гофрах защемленного трубопровода снижается.

Учитывая, что в гладкостенном трубопроводе допускаемый температурный перепад составляет 80 °С, можно полагать, что в СК-трубопроводе достаточно снизить жесткость трубы в три раза, чтобы продольные усилия остались в допустимых пределах.

Но необходимо помнить, что характеристики жесткости оказывают существенное влияние и на продольную устойчивость трубопровода.

На практике выявлено, что для СК-труб, работающих в режимах, установленных для тепловых сетей, наиболее благоприятным является снижение продольной жесткости в 3,5–5 раз.

Геометрические параметры гофра определяются его высотой, радиусом кривизны и видом кривой его очертания в меридианном сечении. Форма гофра может быть задана одной или несколькими плавно сопряженными кривыми.

Расчеты показали, что при нагружении СК-труб внутренним давлением и температурным перепадом самый низкий уровень напряжений возникает в гофре, меридиан составлен из сопряжения дуг окружностей равного радиуса.

Геометрические характеристики такого гофра однозначно определяются его высотой и радиусом закругления.

При общем анализе влияния параметров высоты гофра и радиуса закругления на напряженное состояние и жесткость труб с винтовыми гофрами было установлено, что в защемленном трубопроводе при воздействии температурного перепада с увеличением высоты гофра и радиусом закруглений напряжения в вершине гофра уменьшаются, а компенсирующая способность труб соответственно возрастает. Однако, при нагружении трубопровода внутренним давлением кривая изменения напряжений от высоты гофра имеет минимум.

В трубопроводах, эксплуатируемых при температурах 70–150 °C, необходимо обеспечить высокую компенсирующую способность.

Это может быть достигнуто не только путем изменения геометрических параметров гофров, но и за счет увеличения количества гофров на единицу длины трубы.

Шаг гофров можно уменьшать, переходя к многозаходным гофрам либо увеличивая угол формовки труб. Кроме того, при низких давлениях теплоносителя требуемый эффект можно обеспечить за счет снижения толщины стенки трубы.

Всесторонний анализ напряженно-деформированного состояния, продольной устойчивости и перемещения СК-труб, работающих при давлениях 1,6–5,5 МПа и температурных перепадах 100–170 °С, с учетом технологических требований позволил найти рациональные конструктивные решения трубы с винтовыми гофрами. На их основе составлена техническая характеристика СК-труб, рекомендуемых для тепловых сетей (табл. 2).

Способы прокладки СК-трубопроводов

Самокомпенсирующиеся трубные секции заводского изготовления представляют собой законченные модули, при необходимости легко заменяемые, из которых высокомеханизированными методами монтируется теплопровод, укладываемый непосредственно в грунт. При закреплении концов прямолинейного участка из СК-труб любой протяженности положение трубопровода условно фиксируется по всем винтовым линиям трубы, расположенным посередине гофрированных и гладкостенных участков.

Гофр, являясь гибким элементом, компенсирует удлинение участка трубопровода в пределах шага винтовой линии трубы.

Расчеты, выполненные специалистами ВНИПИэнергопрома при проектировании тепловых сетей из труб со спиральными гофрами, показали, что при сжатии или растяжении труб в спиральном гофре появляется крутящий момент, вызывающий поворот трубы вокруг своей оси. Поэтому в проектах теплопроводов пришлось предусмотреть защемление концов труб в массивных неподвижных опорах.

Однако, по данным Института электросварки им. Е.О. Патона, защемление трубопровода приводит к снижению его компенсирующей способности в 6,5–8,5 раза и двукратному увеличению жесткости. Способ прокладки теплопроводов из труб со спиральными гофрами без защемления концов трубопровода разработан в Ленинградском филиале «Энергомонтажпроекта».

Сущность этого способа состоит в следующем: трубопровод сваривается из четного количества труб равной длины, причем трубы стыкуются так, чтобы спиральные гофры справа и слева от стыка имели противоположное направление (т.е.

если справа от стыка гофры расположены по часовой стрелке, то слева — против часовой стрелки, и наоборот).

В этом случае при сжатии или растяжении труб их линейные деформации компенсируются в промежутках между сварными стыками, а концы трубопровода не вращаются, следовательно, отпадает необходимость в их защемлении.

Это дает возможность применять при сооружении тепловых сетей стандартные неподвижные опоры, используемые при прокладке гладкостенных трубопроводов с компенсаторами, и принимать в расчетных схемах концы трубопровода — свободными от защемления.

В местах сварных стыков трубопровода предусматривается установка скользящих или катковых опор, которые обеспечивают разгрузку трубопровода от собственной массы и массы рабочей среды (пара или воды) и вместе с тем не препятствуют повороту стыка при сжатии или растяжении спиральных гофров.

Авторами был предложен способ прокладки трубопроводов, когда спирально-гофрированные трубы, отличающиеся повышенной компенсирующей способностью, можно применять совместно с гладкостенными [5].

При монтаже компенсатор из труб со спиральными гофрами может быть растянут на величину, соответствующую компенсирующей способности при сжатии, что позволяет вдвое увеличить общую компенсирующую способность трубопровода.

Для этого в трубопровод вваривается участок из двух труб одинаковой длины со спиральными гофрами. Длина участка l1, выполняющего роль компенсатора, зависит от расстояния между неподвижными опорами L и температуры теплоносителя, определяется по следующей разработанной авторами формуле:

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

где α — температурный коэффициент линейного расширения материала труб, мм/(м⋅°C); Δt — разность между температурами теплоносителя и окружающей среды в момент монтажа, °С; ΔT — компенсирующая способность спирально-гофрированной трубы. Известны методы расчета углового расположения сопрягаемых с натягом труб и зазоров между трубами, и технология механического предварительного напряжения труб с помощью лебедки, бульдозера или трактора.

Сопрягаемые трубы с одного конца жестко закреплены, свободные концы при натяжении сближаются и свариваются. Киевским Институтом электросварки им. Е.О.

Патона и Рижским отделением Всесоюзного института «Теплоэлектропроект» был предложен метод предварительного напряжения самокомпенсирующихся труб с пониженной продольной жесткостью, снабженных винтовыми или кольцевыми гофрами, при помощи высоконапорной среды — воды, воздуха, газа — с давлением, меньшим испытательного. Величина внутреннего давления Р для предварительного напряжения трубопровода будет иметь следующий математический вид:

Самокомпенсация трубопроводов тепловых сетей

где α — температурный коэффициент расширения материала трубы; Δt — перепад температур, °С; Е — модуль упругости материала, Па; δ — толщина стенки трубы, мм; R — внутренний радиус трубы, мм; k — коэффициент снижения продольной жесткости. Коэффициент снижения продольной жесткости k показывает, во сколько раз удлинение трубы с кольцевыми или винтовыми гофрами больше удлинения такой же обычной гладкой трубы, обычно К = 20–30.

Поскольку спирально-гофрированные трубы обладают большей жесткостью, чем сильфонные и другие компенсаторы, обычно применяемые для растяжки приспособления, в данном случае не годятся.

Монтажную растяжку рекомендуется выполнять при гидравлических испытаниях, когда компенсатор растягивается в результате роста давления воды на заглушку.

Для этого достаточно один из концов не закреплять в неподвижной опоре.

Нужно отметить, что предварительное растяжение СК-трубопровода может производиться двумя способами: внутренним давлением и механическим способом.

Данное растяжение рекомендуется производить в следующей последовательности: 1) после монтажа всех элементов и соединения СК-труб гладкостенными вставками свободные концы участка трубопровода заглушаются; 2) участок трубопровода заполняется водой, и давление доводится до расчетного; 3) замеряется продольное смещение СК-трубопровода относительно неподвижной опоры и проверяется возможность установки вставки; 4) при удлинении трубопровода на величину, меньшую расчетной, давление повышают в пределах испытательного до уровня, обеспечивающего монтаж вставки; 5) устанавливается вставка и сбрасывается давление.

Компенсатор из спирально-гофрированных труб может серийно изготавливаться на трубопрокатных заводах.

Он прост в обслуживании, не требует устройства специальных камер, необходимых при использовании компенсаторов других типов, хорошо приспособлен для выполнения теплои гидроизоляционных защитных покрытий.

Основной эффект от применения труб с непрерывным компенсатором — это самокомпенсация продольной деформации трубопровода от изменений температуры и других осевых воздействий.

Повышается способность трубопроводов следовать рельефу местности, располагаясь по кратчайшей линии.

При использовании усилений в качестве материалов для труб появляется возможность применения тонколистовой термически обработанной стали.

Существенен и экономический эффект от повышения надежности трубопровода, работающего в условиях значительных перепадов температуры, благодаря снятию опасных продольных напряжений.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector