Ассортимент, представленный производителями полипропиленовых труб, позволяет выбрать наиболее подходящий тип трубопровода для различных сфер применения и типов монтажа. Эти трубы используются в зависимости от конкретных условий эксплуатации и назначения системы трубопроводов.
Виды и назначения компенсаторов для трубопроводов: характеристики и особенности монтажа
Тепловые сети, как правило, состоят из длинных трубопроводов, которые находятся под воздействием значительных нагрузок как снаружи, так и изнутри. Эти трубопроводы сопряжены с различными внешними и внутренними напряжениями, что затрудняет поддержание их в надлежащем техническом состоянии. Для решения определенных задач в данных системах устанавливаются специальные элементы, известные как компенсаторы. На сегодняшний день на рынке представлено множество различных типов компенсаторов для трубопроводов, каждый из которых предназначен для предотвращения потенциальных аварий в системе.
- Назначение компенсаторов
- Что будет, если не учитывать расширение труб
- Сальниковые компенсаторы
- Резиновые компенсаторы
- Тканевые компенсаторы
- Сильфонные компенсаторы
- Линзовые компенсаторы
- Другие виды компенсаторов
- Специфика компенсаторов для полипропиленовых трубопроводов
Назначение компенсаторов
Тепловые сети представляют собой системы трубопроводов, по которым перемещаются носители тепловой энергии. В большинстве случаев это горячая вода, однако иногда может использоваться и насыщенный пар. В таких системах можно выделить две основные нагрузки и две второстепенные. Даже незначительные нагрузки могут привести к серьезным авариям.
- перепады температуры;
- перепады давления.
Эти нагрузки вызывают соответственно расширение и сжатие труб. Данные механические движения нередко приводят к деформациям и, со временем, к увеличению перегрузок. В конечном итоге это может привести к разрушению как всей системы в целом, так и ее отдельных частей, что является как неприятным, так и экономически невыгодным окружением.
Помимо основных нагрузок, существуют также небольшие нагрузки:
- вибрация труб от работы насосных установок;
- собственная вибрация самой магистрали.
Когда амплитуда этих составляющих увеличивается, происходит быстрое разрушение структуры трубы, особенно в местах соединения ее элементов.
Для предотвращения данного сценария в системе трубопроводов устанавливаются компенсаторы. Эти устройства являются разновидностью упругих конструкций (фитингов), которые способны поглощать не только вибрации, но и эффекты расширения и сжатия труб. Они, по сути, компенсируют напряжения, действующие на трубу.
Трубы могут расширяться и сжиматься не только в поперечной плоскости из-за изменения температуры и давления. Происходит также линейное расширение материалов. При строительстве сетей централизованного теплоснабжения наблюдается непрерывное линейное расширение.
Это создает значительные нагрузки, которые трубы могут выдержать только с помощью компенсаторов. В отсутствие таких элементов нередко происходит разрушение сварных швов и соединений труб, что может привести к серьезным проблемам в системе.
Именно поэтому установка различных типов компенсаторов в трубопроводах тепловых сетей стала необходимым и обязательным мероприятием для обеспечения эффективной и долгосрочной работы систем отопления.
Что будет, если не учитывать расширение труб
Если не установить компенсатор, возможны следующие негативные последствия для трубопровода:
- изгиб магистрали, что негативно скажется на скорости перемещения горячей воды, также данный процесс может привести к повреждению опор, установленных под трубы;
- излом на участках в местах соединения элементов магистрали;
- образование протечек, что значительно снижает эффективность работы теплотрассы.
Это создает условия для недолговечности системы и требует постоянного ремонта, что, в свою очередь, негативно сказывается на стоимости предоставляемых услуг.
Разнообразие компенсаторов
Производители предлагают широкий спектр компенсаторов, которые можно классифицировать по различным параметрам. Прежде чем выбрать подходящий вариант, необходимо учесть, какие именно свойства должен иметь трубопровод тепловой сети. Важно учитывать, из какого материала изготовлены трубы и какие перегрузки они могут выдерживать.
Сальниковые компенсаторы
Этот тип компенсаторов был разработан первым, и даже в современное время он остается актуальным. Особенно важно это в контексте соотношения цена-качество. Сальниковый компенсатор продемонстрировал свою эффективность в компенсации расширения трубопровода по всей его длине.
Однако у этого типа есть ряд недостатков:
- на участке установки часто возникают протечки;
- ремонт осуществляется с трудом;
- поскольку он плохо выдерживает угловые нагрузки, это может стать серьезной проблемой;
- недостаточная устойчивость к химически активным жидкостям.
При этом сальниковые компенсаторы имеют важное преимущество: они более эффективны в длинных трубопроводах, поскольку надежность компенсации напрямую пропорциональна длине трубы.
Структурно этот компенсатор состоит из двух оболочек, изготовленных из жаропрочной стали разного диаметра. При установке один из элементов вставляется в другой, и между ними размещается специальный уплотнительный материал. В этом случае внутренняя оболочка будет перемещаться через внешнюю оболочку в процессе линейного расширения. Оба компонентов соединяются на двух концах соединительных труб.
Сальниковый компенсатор может выдерживать давление до 2,5 МПа и температуры до +300°C.
Другим недостатком является необходимость постоянного подтягивания соединительного элемента — гидробокса. По этой причине рядом с установленным компенсатором требуется сооружать колодец для проведения профилактических и ремонтных работ.
Резиновые компенсаторы
Этот тип компенсаторов можно считать универсальным, поскольку их можно использовать как в стальных, так и в полипропиленовых трубах для отопления. По сути, конструкция резиновых компенсаторов аналогична двум стальным оболочкам, выполненным в виде толстых фланцев, между которыми расставлена резиновая вставка, играющая роль компенсатора.
Резиновые компенсаторы имеют несколько ключевых преимуществ:
- способны выдерживать как осевые, так и поперечные нагрузки;
- эффективно справляются с возникающим вакуумом, который часто образуется на различных участках теплотрасс;
- демонстрируют высокую устойчивость к агрессивным химическим веществам;
- обладают большим ресурсом цикличности «расширение-сжатие»;
- срок службы этих компенсаторов составляет до 20 лет.
Эти устройства также способны выдерживать давление до 2,5 МПа и температуры до +200°C. Резиновые компенсаторы появились в ответ на недостаточную производительность U-образных компенсаторов, которые не могли справляться с угловыми нагрузками.
Тканевые компенсаторы
Этот тип компенсаторов становится особенно важным, так как он был изначально спроектирован для газовых труб. Со временем его использование расширилось и на другие системы трубопроводов, такие как:
- отопление;
- горячее водоснабжение;
- сети, которые используются в морозных условиях;
- трубопроводы с агрессивными жидкостями и газами.
Преимущества тканевых компенсаторов включают в себя способность выдерживать значительные температурные колебания и предоставление повышенной защиты от ультрафиолетовых лучей.
Назначение компенсирующих устройств
Все системы централизованного теплоснабжения продолжают подвергаться сильному давлению. Стенки трубопроводов испытывают воздействие высокого давления и колеблющейся температуры. Кроме того, системы подвержены сильным гидроударам через разные промежутки времени.
Всё это приводит к сжатию или расширению материалов, из которых состоят тепловые сети. Эти движения неизбежно ведут к деформации и необратимым перегрузкам, что может вызвать быстрое разрушение всей системы.
Для предотвращения текущих аварий и продления жизненного цикла тепловой сети следует принять специальные меры защиты. Установка компенсаторов в систему отопления позволяет значительно увеличить срок службы трубопроводов. Благодаря своей эластичности такие детали способны эффективно компенсировать критические нагрузки на систему.
Значимость этих защитных элементов невозможно переоценить. Они существенно гасят вибрации, возникающие при работе насосов в системе. Хотя может показаться, что вибрации не ощущаются, их влияние присутствует и требует внимания. Наибольшую опасность представляет ситуация, когда вибрации от насосного оборудования совпадают с вибрациями, производимыми самой трубой. Этот резонанс значительно увеличивает частоту импульсов, и вредное воздействие негативно сказывается на конструкции намного быстрее.
Важный аспект — компенсация размеров самого трубопровода. Материалы под постоянным воздействием изменяющейся температуры жидкости, проходящей по трубам, подвержены сжатию. Эти изменения наиболее заметны на сварных швах, а также на муфтовых соединениях. Такие нагрузки могут быстро привести к разрушению этих соединений.
Современная установка защитных элементов в системах отопления является незаменимой для обеспечения надежной работы всей системы. Введение этой меры значительно увеличивает интервалы технического обслуживания и создает условия для долгосрочной эксплуатации всей инфраструктуры.
Разнообразие компенсаторов
Важность правильного выбора защитного элемента обуславливает необходимость детально подойти к этому вопросу уже на этапе проектирования. Так как тепловые сети могут быть выполнены из разных материалов, также для них производятся различные типы трубных компенсаторов. Это требует точного расчета возможных нагрузок, чтобы впоследствии выбрать подходящие компоновки с нужными параметрами.
Сальниковые компенсаторы
Сальниковые компенсаторы являются установленными первыми в производстве. Несмотря на свою возрастность, данный метод активно применяется и сегодня. Причина кроется в том, что сальниковый механизм равномерно уравновешивает увеличение размеров элементов под воздействием высоких температур по всей системе, вне зависимости от ее длины. Тем не менее, сальниковые компенсаторы также имеют свои недостатки.
- Постоянный контроль за возможными протечками является обязательным.
- Угловые нагрузки воспринимаются с трудом.
- Ремонт такие компенсаторы предполагают дорогостоящий и сложный.
- Невозможность противостоять химически активной среде.
Даже несмотря на указанные недостатки, элементы сальникового типа более эффективны по сравнению с сильфонными компенсаторами. Надежность компенсирующей способности первого типа возрастает пропорционально объему всей сети. Чем длиннее проложен трубопровод, тем большей надёжностью он обладает.
Стальная конструкция сальникового компенсатора включает две оболочки разного объема. Малый элемент вставляется внутрь более крупного, и соединение герметизируется специальной прокладкой. Сальниковый компенсатор способен выдерживать давление до 2,5 мПа и температуры до +300 °C.
Внутренний элемент может перемещаться внутри большего, таким образом восполняя расширения и сжатия. При этом надежное уплотнение исключает возможность протечек. Однако для обеспечения надежности сальниковый элемент следует регулярно подтягивать, что требует дополнительных затрат времени и ресурсов для контроля.
Резиновые компенсаторы
Эти устройства относятся к наиболее широко используемым компенсаторам. Причина заключается в их универсальности, поскольку они подходят как для стальных конструкций, так и для полипропиленовых аналогов. Главное отличие резиновых компенсаторов заключается в том, что рабочий элемент выполнен из резиновой вставки.
Ключевыми преимуществами резиновых компенсаторов являются:
- Долговечность — срок службы составляет не менее 20 лет без необходимости в ремонте или обслуживании.
- Высокая устойчивость к циклам смещения относительно первоначального состояния.
- Способность успешно справляться с кратковременными осевыми деформациями (как растяжение, так и сжатие).
- Способность противостоять возникновению вакуума.
- Стойкость к агрессивной химической среде.
Резиновый рабочий элемент располагается между двумя стальными фланцами, что позволяет компенсатору эффективно выполнять свои функции. Он также выдерживает давление до 2,5 мПа, однако температурные колебания не должны превышать +200 °C. Этот тип компенсаторов пришёл на смену U-образным компенсаторам, которые зарекомендовали себя не всегда эффективно.
Тканевые компенсаторы
Тканевые компенсаторы являются специфическим типом устройства, так как они изначально разработаны для газовых труб низкого давления. Основной функцией этой конструкции является компенсация теплового расширения в системе. Тем не менее, со временем область их применения расширилась и на трубы, которые отвечают определённым требованиям:
- Трубопроводы, работающие с агрессивными химическими реагентами;
- Системы, где температура превышает допустимые нормы для других типов компенсационных фитингов;
- Сети, работающие в условиях низких температур.
Кратко о главном
Перед началом процедуры монтажа системы отопления необходимо уделить внимание вопросам защиты от теплового расширения. Работы, осуществляемые в условиях высокого давления и с постоянными изменениями температуры, могут привести к регулярному сжатию и расширению системы, что, в свою очередь, создаст риск преждевременного разрушения трубных соединений.
Существует множество специальных компенсаторов, которые способны абсорбировать как возникающие в трубах вибрации, вызванные работой системы, так и расширения, возникающие при повышении температуры. Однако перед установкой компенсатора обязательно требуется расчёт нагрузки на отопительную систему. На основании этих расчётов следует выбирать компенсатор, подходящий по конструкции и материалам. Это станет гарантией надежности в непрерывной работе всей системы.
Установка сильфонных компенсаторов
Главная цель установки сильфонного компенсатора заключается в поглощении теплового расширения трубы. В большинстве случаев именно температура транспортируемой среды (жидкости) является основной причиной изменения размеров трубы, однако в определенных ситуациях также температура окружающей среды может вызвать теплопреломления сень зависит от различных факторов.
Рекомендации по установке:
1. При установке сильфонных компенсаторов убедитесь, что соблюдены ключевые параметры, заложенные на этапе проектирования, например:
- диаметр Ду, мм;
- давление Ру, МПа;
- компенсирующая способность, мм.
2. Диаметр и давление трубопровода должны соответствовать выбранному компенсатору.
3. На участке труба, между каждыми двумя последовательно установленными неподвижными точками, допускается установка не более одного компенсатора.
4. Приспособления для скольжения должны быть периферийными (кронштейны, рамы и т.д.). Они не должны создавать большого трения. Рекомендуется использовать уплотнения из фторопласта и аналогичных материалов. Стоит также обратить внимание на то, чтобы трубки не заедали и не выравнивались во время движения. Максимальное расстояние для Dу≤ 100 мм — 1 мм; для Dу≥ 125 мм — 1,6 мм.
5. Все действующие силы (силы трения, силы упругих сильфонов и так далее) обязательно должны быть учтены в расчетах трубопроводов.
6. Выбирая место установки сильфонных компенсаторов, выберите оптимальную локацию в трубе.
7. Во время испытания давлением давление не должно превышать 1,25 × Pу.
8. Испытание давлением должно проводиться только после завершения монтажных работ по трубопроводам.
9. В той части трубопровода, где установлен осевой сильфонный компенсатор, необходимо исключить скручивающие напряжения, угловые силы и поперечные перемещения.
Определение точек установки компенсаторов и направляющих опор для трубы
Для обеспечения корректной работы трубопровода в различных эксплуатационных режимах систему следует разделить на отдельные участки, на которых будут установлены сильфонные компенсаторы. Основная задача компенсаторов заключается в контроле за расширением трубопровода между неподвижными опорами, причем движение должно происходить строго в осевом направлении для обеспечения жесткости всей конструкции.
Неподвижные опоры предполагают восприятие всех сил, действующих на трубопровод.
Направляющие (скользящие) опоры трубы служат для выравнивания расширительного сильфона и предотвращения его смещения относительно оси трубы. Сильфонный компенсатор, обладая высокой гибкостью и внутренним давлением, в отсутствии направляющих может стать неустойчивым и деформироваться, что может привести к разрушению трубы.
Основной рекомендацией считается установка осевого сильфонного компенсатора в непосредственной близости от неподвижной опоры. Сильфон осевого компенсатора обычно устанавливается на максимальном расстоянии 4Dу от неподвижной точки опоры. Это условие необходимо для обеспечения жесткости конструкции во избежание дальнейших повреждений.
Соблюдая правила установки сильфонного компенсатора, можно значительно продлить срок службы трубопровода и тем самым минимизировать расходы на незапланированный ремонт.
Деформационный шов в середине прямого участка трубопровода.
Расширительный шов на конце прямого участка трубы.
Компрессор на прямом участке трубы Z.
Компрессор на участке трубы T.
Расстояния между компенсатором и опорами трубопровода
Первая направляющая колонка должна располагаться на расстоянии не более 4 диаметров трубы от сильфонного компенсатора. Расстояние между первой и второй, в свою очередь, составит 14 диаметров трубы.
L1 = 4Ду (максимум). L2 = 14Ду (максимум). L3 см. диаграмму — максимальное расстояние между осями направляющих опор.
Максимальное рекомендуемое расстояние между опорами для скользящей опоры показано на графике. Он демонстрирует зависимость расстояния между опорами и давления в системе от диаметра трубопровода.
Эти расстояния рассчитываются на основе прочности и устойчивости трубопровода и подлежат стандартизации.
Правильное расположение компенсаторов КСО, неподвижных и направляемых опор, а также влияние направляющих (скользящих) опор на конструкцию трубопровода в процессе теплового расширения показано на следующем рисунке.
Особенности монтажа компенсирующих устройств
Монтаж систем отопления и водопроводов в жилых зданиях с деформационными швами должен выполняться строго в соответствии с техническим проектом. Деформационные швы необходимо фиксировать к основным конструкциям с помощью одной из техник соединения — сварки.
Установка данных устройств производится только тогда, когда трубопроводная система не функционирует, когда она не под давлением, и отсутствует транспортируемая жидкость. При производстве монтажа требуется обратить внимание на выравнивание трубопровода и компенсатора для избежания радиальных нагрузок на систему во время эксплуатации.
При неправильной установке такие напряжения могут вызвать засорение и дальнейший выход из строя подвижных частей устройства.
Система отопления должна быть укомплектована компенсаторами на прямых участках трубопровода и со всеми секциями, укреплёнными на неподвижных опорах. В дополнение к неподвижным опорам следует установить скользящие опоры, которые будут предотвращать деформацию трубы при тепловом её расширении. При расчете максимального размера зоны трубы с установленным компенсатором необходимо учитывать трение в местах его размещения.
Важно: не устанавливайте опоры или подвесные конструкции в районе установки компенсатора.
На этапе разработки проекта установки неподвижных опор необходимо учитывать параметры, такие как величина жесткости деформационного шва, силы расширения и нагрузки от трения для скользящих опор.
Деформационные швы могут устанавливаться как в горизонтальных, так и в вертикальных трубопроводах. Стрелка устройства должна быть направлена в сторону потока теплоносителя, в то время как стрелка корпуса для вертикальных трубопроводов должна указывать вниз, независимо от направления теплоносителя. В случае необходимости замены деформационных швов, они подлежат только замене, а не ремонту.
Монтаж: расчеты и требования
Полипропиленовые трубы, армированные алюминием, имеют коэффициент теплового расширения 3×10-⁵ 1/°C, тогда как обычные трубы имеют значение 15×10-⁵ 1/°C. Из этого следует, что при изменении температуры на 10 °C длина трубы увеличивается на 0,3 мм в первом случае и на 1,5 мм во втором. Зная длину трубы и пределы изменения ее температуры, можно легко рассчитать, насколько она удлинится.
Предположим, что система отопления была установлена при температуре 20°C и нагрета до 100°C. Полученная разница в 80°C приведет к увеличению длины каждого метра армированных труб на 0,3×8=2,4 мм, а обычных труб – 1,5×8=12 мм. Если длина труб составляет 10 м, то общее увеличение будет 2,4×10=24 мм и для обычных труб 12×10=120 мм.
Для коммуникационного оборудования, предназначенного для эксплуатации в условиях высоких температур, необходимо выбирать трубы с минимальным линейным расширением. Рекомендуемыми являются варианты, армированные алюминием или этиленвиниловым спиртом. В случае холодной воды можно использовать обычные полипропиленовые трубы, так как колебания температуры в этих системах обычно незначительны. Максимальная разница температур может достигать 20°C, что означает влияние холодной погоды.
Теплый пол обычно устанавливается с температурой раствора от 16 до 20 °C, при этом максимальная температура нагрева не должна превышать 55 °C согласно санитарным нормам. В таких условиях допустимо использование обычных труб. Тем не менее, несмотря на то, что тепловое расширение изделий в растворах и штукатурках распределяется окружающим материалом, более надежным вариантом останутся армированные изделия. Это позволит избежать трудоемких работ по демонтажу полов и стен в будущем.
Если трубы прокладываются под штукатуркой, рекомендуется заключить их в полиуретановую или полиэтиленовую пену. Такой метод, известный как «труба в трубе», существенно понижает тепловые потери при нагревании стен и обеспечивает возможность расширения изделий, благодаря чему внутренние напряжения могут успешно сниматься.
Полипропиленовые соединения следует фиксировать к стенам как на жестких, так и на подвижных опорах. Первые не позволяют изделиям расширяться в процессе теплового сжатия. Они особенно актуальны для отделки водопроводных труб в деформационных швах. Чтобы стояк не расшатался, его следует жёстко закреплять под колодцами, изгибами и стыками труб. Деформационные швы устанавливаются посередине участка между неподвижными опорами.
Второй вид опор не препятствует расширению труб, обеспеченном тепловым эффектом. При таком методе прокладки коммуникация может настраиваться без потребности установки сифонных труб. Такой способ не мешает движению труб и, следовательно, компенсаторы не требуются.
При прокладке труб в колодце или трубопроводе необходимо проявить осторожность для компенсации температурных колебаний в ответвлениях. Это можно сделать путем добавления изгибающего рычага, если коммуникации располагаются на значительном расстоянии от стены. Увеличение отверстия до таких размеров, которые обеспечивают свободное движение ветки, либо установка L-образного компенсатора также помогут решить эту проблему. Точки жесткой фиксации стояков в шахте и трубопроводе не должны располагаться ближе, чем на 3 м друг от друга. На прямых участках неармированных труб длиной более 10 м на анодах и ответвлениях также необходимо устанавливать компенсаторы.
Опасности теплового расширения
В результате проектных ошибок, не учитывающих тепловое расширение трубы, во время нагревания части трубы могут отклоняться вбок, преобразовываясь в гофрированную форму. Это существенно увеличивает уровень шума мелких струй, проходящих по трубам. Как следствие, могут возникать следующие проблемы:
- разрушение опор креплений;
- уменьшение пропускной способности из-за образовавшихся скоплений воздуха в верхних точках;
- падение температуры радиаторов отопления;
- образование трещин на изгибах, что может привести к утечкам.
Классификация компенсаторов
Деформационные швы классифицируются на две основные категории:
- Естественные компенсаторы. Эти устройства работают в силу амортизирующих свойств материалов, из которых они созданы. К ним относятся П-образные, петлеобразные элементы и компенсатор Козлова.
- Компенсаторы, изготовленные из упругих материалов. К таким устройствам относятся осевые, сильфонные, фланцевые, сдвиговые, универсальные и прочие. Иными словами, это детали, от которых требуются повышенные устойчивость и долговечность. Применяются преимущественно в промышленных условиях.
Преимущества установленных компенсаторов
- Увеличивают бесперебойный срок эксплуатации трубопроводов.
- Допускают возможные отклонения при монтаже трубопровода.
- Обеспечивают герметичность системы на протяжении всего периода эксплуатации.
- Гасит вихревые потоки, возникающие внутри труб.
- Защищают от гидроударов, которые могут нанести серьезный ущерб.
- Сохраняют целостность трубопроводов при нагревании теплоносителя.
- Обеспечивают равномерное распределение давления по всему трубопроводу.
- Полностью совместимы со всеми видами полипропиленовых труб.
- Нагревание или остывание теплоносителя не влияют на положение и геометрию трубопровода в остальных частях системы.
Компенсатор, о котором идет речь, был разработан техническим директором компании «Альтерпласт», Олегом Козловым. Это устройство применяется для компенсации теплового расширения полипропиленовых труб как армированных, так и неармированных в системах отопления и горячего водоснабжения.
Этот тип компенсаторов относится к устройствам «мочевого пузыря».
Устройство компенсатора Козлова
Внутри полипропиленовой трубы (обсадной трубы) находится компенсирующий элемент, представляющий собой пузырь, выполненный из двух слоев нержавеющей стали толщиной 1,5 мм. Компенсатор Козлова используется для компенсации теплового расширения, наблюдаемого при прокладке полипропиленовых труб. Специалисты рекомендуют устанавливать его на длине трубопровода, превышающей 10 метров.
- Диаметр труб составляет 20-63 мм.
- Диаметры кожуха — от 32 до 63 мм.
- Расчетная длина — 237-270 мм.
- Метод подсоединения — муфты под пайку.
- Компенсирующая способность на сжатие — 22-30 мм в зависимости от диаметра труб и субъективных решений производителя, изменяющего технику производства.
- Осевой ход составляет 25-35 мм.
- Число циклов сжатия/разжатия достигает 50 000.
- Проходное сечение (внутренний диаметр) составляет 12,5-31,5 мм.
