Расчет предварительного растяжения компенсатора при монтаже
Являемся официальными
представителями
Аккредитованный участник
Белорусcкой товарной
биржи
Новости компании
Срочная поставка резервуара хранения воды — БАК БАГВ 30 куб
Модернизация энергетики Республики Беларусь пройдет вовре…
Поставка компенсаторов внешнего давления
ООО «Компенсатор Групп» осуществили отгрузку компенсаторов внешнего давления, в количестве 119 штук различных диаметров…
Подробнее…
Поставка европейских кожухотрубных испарителей для чиллеров с воздушным охлаждением конденсатора
В 2019 году ООО «Компенсатор Групп» осуществило поставку…
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 Ттах = 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 Ту 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 (Ту= 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.
Определениезначенияпредварительногорастяжения
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.
Далее, как показано на рис. 3, к другому окончанию компенсатора прикладывается усилие для растяжки его на величину PS, и дальнейшего закрепления к трубопроводу с помощью фланца или сварки.
Источник
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 ∆Lмонт, которая зависит от температуры наружного воздуха, при которой ведется монтаж (tмонт).
Величина предварительной растяжки (монтажной) деформации осевых СК и СКУ определяется по формуле:
∆Lмонт = Lλµ*α* [0,5*(tmaх+tmin)-tмонт], мм
Где: Lλµ — длина участка, на котором устанавливается СК или СКУ.
Монтажная длина СК или СКУ определяется по формуле:
Lмонт=Lск+ ∆Lмонт, мм
Где: Lск — 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.
∆Lмонт — величина предварительной растяжки СК или СКУ (искомая величина);
tmaх + tmin – минимальная и максимальная температуры эксплуатации, °С;
tмонт – температуры наружного воздуха, при которой ведется монтаж;
Lλµ — длина участка, на котором устанавливается СК или СКУ;
α – коэффициент линейного расширения трубопровода;
Пример: для Московской области: tmin = -28°С;
для подающего трубопровода: tmaх = 150°С; tмонт = 20°С;
для обратного: tmaх = 90°С; tмонт = 20°С;
длина участка: Lλµ = 163;
коэффициент линейного расширения трубопровода α = 0,0122
Величина предварительной растяжки для подающего трубопровода:
∆Lмонт = 163*0,0122*[0,5*(150+(-28)-20] = 101,4 мм
Величина предварительной растяжки для обратного трубопровода:
∆Lмонт = 163*0,0122*[0,5*(90+(-28)-20] = 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).
Для оформления заказа заполните опросный лист на сайте или позвоните по телефонам +7 (812) 346-88-78 и +7 (812) 346-88-98.
Источник
Расчёт компенсирующей способности компенсатора заданных размеров.
DN — Диаметр трубопровода
H — Вылет компенсатора
м
L — Ширина компенсатора
м
P — плечо компенсатора
м
R — Радиус оси / или Тип отводов
мм /
σ — Допустимое изгибающее напряжение
МПа
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.
Рекомендации к расчёту
- Максимальное напряжение в спинке компенсатора рекомендуется принимать в диапазоне от 80 до 110 МПа.
- 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.
- Оптимальное отношение ширины компенсатора к его вылету рекомендуется принимать в диапазоне L/H= (1 — 1,5), хотя могут быть приняты и другие значения.
- Если для компенсации расчётных тепловых удлинений необходим компенсатор слишком больших размеров, возможна его замена двумя меньшими компенсаторами.
- 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
Рекомендации к монтажу
- Не рекомендуется располагать неподвижные опоры на расстоянии менее 10DN от П–образного компенсатора, так как передача на него момента защемления опоры снижает гибкость.
- 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.
- 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
- При надземной прокладке для всех диаметров труб независимо от параметров теплоносителя.
- При прокладке в каналах туннелях и общих коллекторах на трубопроводах от DN25 до DN200 при давлении теплоносителя до 16бар.
- При бесканальной прокладке для труб диаметром от DN25 до DN100.
- 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
Источник
Summary:
Компенсация температурных расширений
Описание:
Любые перемещения, возникающие вследствие внешних воздействий на трубопровод (например, сейсмических и др.), должны быть учтены при его проектировании, также следует учитывать и температурное расширение трубопроводов.
С. В. Комаров, ведущий специалист отдела промышленного
оборудования, ros-pipe.ru
Любые перемещения,
возникающие вследствие внешних воздействий на трубопровод (например, сейсмических
и др.), должны быть учтены при его проектировании, также следует учитывать
и температурное расширение трубопроводов.
Строительные изделия, такие как трубы, оборудование, строительные
конструкции, изменяют свои размеры в результате изменения температур. В настоящей
статье затронуты вопросы компенсации теплового расширения и сжатия трубопроводов.
Вследствие изменения температуры
рабочей среды в трубах возникают температурные напряжения, которые могут передаваться
на арматуру, насосное оборудование и т.д. в виде реактивных сил
и моментов. Это создает потенциальную опасность разгерметизации стыков, разрушения
арматуры или оборудования.
Три наиболее часто используемых способа компенсации перемещений
трубопроводов:
- установка компенсатора;
- применение эффекта самокомпенсации;
- установка металлорукава.
Выбор способа компенсации
зависит от вида системы трубопроводов, ее схемы, а также от особенностей ландшафта,
наличия рядом других коммуникаций и прочих условий.
Перечисленные выше примеры представлены в качестве общих
инженерных решений и не должны рассматриваться как единственно верные для конкретной
системы трубопроводов. Мы будем рассматривать способ компенсации расширения прямолинейных
участков трубопроводов при помощи осевых сильфонных компенсаторов.
Расширение трубопроводов
Первым шагом для решения
вопроса компенсации температурных перемещений является вычисление точного изменения
длины участков трубопроводной системы в соответствии с предъявляемыми
условиями безопасности.
Определение (расчет) теплового
расширения трубопровода производится по следующей формуле:
∆L = а × L × ∆t,
где а – коэффициент температурного расширения, мм/ (м·°С);
L – длина трубопровода (расстояние между неподвижными опорами), м;
∆t – разница значений между максимальным и минимальным значениями температур рабочей
среды, °С.
Коэффициент температурного расширения берется из таблицы линейного
расширения труб из различных материалов.
Как видно из таблицы,
наиболее подвержены температурному расширению трубопроводы из полимерных материалов,
в связи с этим способы компенсации полимерных труб несколько отличаются
от способов компенсации стальных.
Значения коэффициента линейного
расширения являются усредненными для каждого вида материала. Эти значения не должны
применяться для расчетов трубопроводов из других материалов. Коэффициенты растяжения
в разных источниках могут различаться на 5% и более, поскольку
их вычисления проводятся при разных условиях и различными методами. Желательно
применять для расчетов коэффициент линейного расширения, который представлен в технической
документации производителя труб.
Рассмотрим реальный пример.
Возьмем прямолинейный участок трубопровода диаметром
219 мм из черной углеродистой стали длиной 100 м. Максимальная температура tmax = 140 °С, минимальная tmin = –20 °С.
Производим расчеты:
∆t = 140 – (–20) = 160 °С,
изменение длины трубопровода:
∆L =
0,0115 × 160 × 100 = 184 мм.
Полученный результат говорит
о том, что трубопровод при заданных значениях меняет свою длину на
184 мм. Для обеспечения правильной работы трубопровода подходит осевой сильфонный компенсатор условным диаметром 200 мм и компенсирующей
способностью 200 мм (например, КСО 200–16–200). При подборе данного типоразмера
компенсатора имеется запас компенсирующей способности, а это положительно скажется
на сроке работы трубопровода.
В случае, если полученное значение ∆L будет превышать значение компенсирующей способности производимых
типоразмеров компенсаторов, то следует уменьшить длину участка трубопровода между
двумя неподвижными опорами пропорционально имеющейся компенсирующей способности,
а затем подобрать необходимый сильфонный компенсатор, пользуясь вышепредставленным
расчетом.
| Таблица | ||||||||||||||||||||||||||||
|
Установка сильфонных компенсаторов
Цель установки сильфонного компенсатора –
это поглощение теплового расширения трубы. Обычно температура рабочей среды (жидкости)
является основным источником изменения размеров трубопровода, однако в некоторых
случаях температура окружающей среды может вызвать тепловое движение трубопровода,
т.е. его удлинение или сжатие.
Рекомендации
по установке
1.
Устанавливая сильфонные компенсаторы, следует проверить соответствие их основных
параметров указанным в проекте, таких как
- диаметр Ду, мм;
- давление Ру, МПа;
- компенсирующая способность, мм.
2.
Диаметр и давление трубопровода должны соответствовать выбираемому компенсатору.
3.
При установке сильфонных компенсаторов необходимо монтировать не более одного компенсатора
на участке трубопровода между каждыми двумя последовательно стоящими неподвижными
опорами.
4.
Скользящие опоры должны быть охватывающими (хомуты, рамочные и др.). Они не
должны создавать большую силу трения. Целесообразно применение фторопластовых прокладок
и т.п. При движении труб не должно быть заклиниваний и перекосов.
Максимальный размер люфтов для Ду ≤ 100 мм – 1 мм,
а для Ду ≥
125 мм – 1,6 мм.
5.
При проведении расчетов трубопроводов необходимо учитывать влияющие силы (силы трения,
силы упругости сильфонов и др.).
6.
При выборе места установки сильфонных компенсаторов нужно выбрать наиболее оптимальный
вариант их расположения на трубопроводе.
7.
При опрессовке труб давление не должно превышать 1,25 × Ру.
8.
Процесс опрессовки проводить только после полного монтажа трубопровода.
9.
Напряжения скручивания, угловые усилия, поперечные перемещения должны быть полностью
исключены на участке трубопровода, на котором установлен осевой сильфонный компенсатор.
Определение точек установки компенсаторов и направляющих
опор для трубы
Для обеспечения правильной работы трубопровода в рабочем
режиме следует разделить систему на отдельные участки с целью установки на
них сильфонных компенсаторов. Основная задача компенсаторов – контроль расширения
трубопровода между неподвижными опорами, перемещение должно происходить строго в осевом
направлении для обеспечения жесткости конструкции.
Неподвижные же опоры предназначены
для приема всех сил, действующих на трубопроводе.
Направляющие (скользящие) опоры для труб обеспечивают выравнивание
движения сильфона компенсатора и предотвращают смещение относительно оси трубопровода.
При отсутствии направляющих опор сильфонный компенсатор, обладающий высокой гибкостью
в сочетании с внутренним давлением, может потерять устойчивость и деформироваться,
что может привести к выходу из строя трубопровода.
Основная рекомендация состоит в установке осевого сильфонного
компенсатора рядом с неподвижной опорой. Обычно осевой сильфонный компенсатор
устанавливают на расстоянии не более 4Ду от неподвижной опоры. Данное условие обусловлено обеспечением жесткости конструкции.
Соблюдая правила монтажа сильфонных компенсаторов, вы продлите
до максимума срок службы трубопровода, что сэкономит средства на его неплановый
ремонт.
| Схемы установки осевых сильфонных компенсаторов | ||||||||
|
Расстояния между компенсатором и опорами трубопровода
Первая направляющая опора должна быть расположена на расстоянии
не более 4 диаметров труб от сильфонного компенсатора. Расстояние между первой и второй
направляющими 14 диаметров трубы.
L1 = 4Ду (максимум).
L2 = 14Ду (максимум).
L3 см. график –
максимальное расстояние между осями направляющих опор.
Максимальное рекомендуемое
расстояние между скользящими опорами приведено на графике. На нем отображена зависимость
расстояния между опорами и давления в системе от диаметра трубопровода.
Данные расстояния получены в результате расчетов трубопровода
на прочность и устойчивость и являются стандартными.
Правильное расположение компенсаторов КСО, неподвижных и направляющих
опор и влияние направляющих (скользящих) на состояние трубопровода при температурном
расширении показаны на рисунке ниже.
Самокомпенсация трубопроводов
Наряду с использованием
современных компенсаторов целесообразно применять эффект естественной компенсации
или так называемой самокомпенсации. Этот эффект применим для любых способов прокладки
теплосетей и широко используется на практике.
Эффект самокомпенсации или естественной компенсации термических
расширений за счет упругости самого трубопровода применяется на участках, где трасса
меняет свое направление (поворачивает).
Преимущество использования самокомпенсации:
- простота устройства;
- снижение затрат на специальные компенсаторы;
- надежность;
- отсутствие надзора и ремонта;
- отсутствие нагруженности опор.
Для осуществления эффекта
естественной компенсации не требуется большого количества труб и специализированных
опорных металлоконструкций. Снижение затрат на дополнительные металлоконструкции
также может обеспечить установка сильфонных компенсаторов.
Грамотный проект трассировки
трубопровода должен учитывать экономическую составляющую, т.е. должен быть
выбран такой вариант, при котором система будет максимально надежной и простой
в обслуживании при минимальных затратах на материал и работу.
Такой проект должен в первую
очередь в максимальной степени использовать все естественные повороты и изгибы
трубопроводов для компенсации температурных изменений труб. Рекомендуется применять
сильфонные компенсаторы только после использования эффекта самокомпенсации или естественной
компенсации.
Компенсаторы используют лишь в тех случаях, когда нет
возможности применить эффект самокомпенсации, то есть при наличии длинных прямолинейных
участков и также сложившихся условий расположения объектов и проходящих
рядом коммуникаций.
Рисунок (подробнее) Расположение опоры относительно компенсатора |
Рисунок (подробнее) Зависимость расстояния между опорами и давления в системе от диаметра трубопровода |
Рисунок (подробнее) Правильное расположение компенсаторов КСО, неподвижных и направляющих опор и влияние направляющих |
Недостатки использования самокомпенсации
- Преимущественное поперечное перемещение нагружаемых частей
трубопровода, из-за которого необходимо увеличение размеров непроходных каналов,
а также затрудняющее применение при прокладке трубопроводов засыпной изоляции
и бесканальной прокладки. - Габариты трубопровода с применением самокомпенсации
и размеров плеч трубопровода при самокомпенсации определяют специальными расчетами
на компенсацию. Произведенные расчеты длины плеча затем используют для вычисления
эффекта бокового или углового смещения трубопровода. Его величина обязательно должна
быть несколько меньше, чем размер канала (с запасом не менее 50 мм) между наружной
частью трубы и внутренней стенкой строительной конструкции. Наибольшее смещение
при естественной компенсации – это смещение в месте поворота трубопровода. - В случае бесканальной
прокладки трубопроводов в местах изменения направления трубопровода предусматривают
так называемые непроходные каналы, размеры которых рассчитывают по формулам. - Расчет применения самокомпенсации трубопровода
применим как для привычных всем Z-образных, П-образных и Г-образных компенсаторов,
так и для других видов конструкций трубопровода.
П-образный или сильфонный компенсатор?
Не раз проектировщики сталкивались с вопросом «Какой компенсатор
поставить – П-образный или сильфонный?»
Отвечая на этот вопрос, мы пришли к выводу, что в большинстве
случаев следует устанавливать сильфонные компенсаторы.
Применение П-образных компенсаторов,
расположенных вертикально и горизонтально, при прокладке трубопроводов различного
назначения бывает неэффективным. Увеличение их количества не решает проблему безопасности,
поскольку при движении поверхности земли (грунта) нет возможности определить, в какой
точке и в какую сторону будут действовать силы на трубопровод. В большинстве
случаев можно только предположить, в какую сторону будет двигаться грунт, и расположить
два компенсатора горизонтально и вертикально.
Если идеализировать ситуацию, то необходимо чтобы П-образные
компенсаторы устанавливали в одной точке через каждые 15–30° (от 0 до 180° – см. рис.) для осуществления «полной» компенсации.
Проблема решается путем применения в данной ситуации всего одного сильфонного
компенсатора.
Выше была рассмотрена ситуация с надземной прокладкой
трубопровода. Для подземной прокладки существуют специальные сильфонные компенсаторы
для газо- и нефтепроводов, их установка в определенных точках дает возможность
обходиться без дорогих подземных железобетонных каналов. Таким образом, применение
сильфонных компенсаторов экономит деньги и время без ущерба качества работы
трубопроводов.
Источник