Применение сильфонных осевых компенсаторов

Многолетняя эксплуатация сильфонных компенсаторов и применение их при строительстве трубопроводов являются наглядным примером превосходства данной конструкции над другими типами компенсаторов. Кроме того, применение осевых сильфонных компенсаторов позволяет снизить потери тепловой энергии и затраты при строительстве и эксплуатации тепловых сетей. Достаточно провести поверхностный, сравнительный анализ, для того, что бы убедится в целесообразности применения сильфонных компенсаторов.

Сильфоны

Компенсатор СТЭ

Компенсатор стояков отопления

Трубные компенсаторы

Сильфонные осевые ОПН (приварные)

ОПНР с увеличенной компенсирующей способностью

Компенсаторы КСО

Сильфонные осевые ОФН (фланцевые)

Сильфонные осевые КСФ (фланцевые)

Компенсатор газовый фланцевый

Фланцевый с проточной частью из нержавеющей стали

Универсальные компенсаторы К111

Сдвигово-поворотные компенсаторы К011-Т16

Компенсаторы ИЯНШ.300260.029ТУ

Деформация трубопроводов в результате температурных, вибрационных и других факторов, изначально являлась одной из серьезнейших проблем при эксплуатации трубопроводных систем. В результате появилась необходимость компенсации изменений, для снятия напряжения в трубопроводе. Простейшим и наиболее доступным на тот момент выходом, являлось применение дополнительных сгибов трубопровода, так называемых П-, S- и Г-образных компенсаторов, состоящих из отводов соответствующего диаметра.

Такая конструкция, не смотря на свою высокую стоимость, получила широкое распространение во всем мире, благодаря доступности и отсутствии необходимости в изготовлении специального устройства. Данные типы компенсаторов являются чрезвычайно габаритными конструкциями и их использование не всегда возможно в условиях ограниченного пространства, к тому же требует увеличение зон отчуждения дорогостоящей городской земли и строительства дополнительных направляющих опор, а при подземной прокладке - специальных камер.
Применение сальниковых компенсаторов, за счет компактных размеров, смогло отчасти решить данную проблему, но повлекло за собой новые трудности в эксплуатации, так как требовало постоянного обслуживания устройства, связанного с периодической подтяжкой уплотнения и заменой уплотнительного материала. Данные требования подразумеваю под собой временное прекращение эксплуатации трубопровода, наличие постоянного доступа к сальниковому компенсатору, при подземной прокладке теплопроводов установка сальниковых компенсаторов требует строительства дорогостоящих камер, что не всегда возможно. Многолетний опыт работы с сальниковыми компенсаторами показал, что даже при регулярном обслуживании, избавиться от постоянных протечек теплоносителя не удается. Использование сальниковых компенсаторов на тепловых сетях большой протяженности требует значительных затрат на восполнение и нагрев теплоносителя и не всегда экономически целесообразно.
В итоге, применение сальниковых, П-, S- и Г-образных компенсаторов решая одну проблему, создает множество дополнительных, что в свою очередь привело к необходимости создания более простого, надежного, компактного и недорогого устройства. Сильфонные компенсаторы ранее успешно применявшиеся в других областях промышленности, стали очевидным выходом из сложившейся ситуации. Применение осевых сильфонных компенсаторов смогло не только повысить надежность эксплуатируемых систем теплоснабжения, снизить потери, связанные с утечками теплоносителя, но и в значительной степени сократило капитальные вложения и эксплуатационные расходы.

Компенсатор сильфонный

Компенсатор сильфонный (КСО, КСФ, КСОФ, СТЭ, ОПН, ОФН, КО, СК) предназначен для компенсации деформации трубопровода, с применением тепловой изоляции и без нее. Компенсаторы сильфонные удобны при любом способе подземной прокладки теплопровода, в канале, туннеле, камерах, а также при надземной прокладке, в помещениях и надземных конструкциях.
Устанавливать сильфонные компенсаторы следует на прямолинейном участке трубопровода, между двумя неподвижными опорами (концевыми или промежуточными), при этом следует учитывать, что не должно возникать препятствий для перемещения защитного кожуха сильфона вместе с самой конструкцией компенсатора. Не допускается размещение более одного сильфонного компенсатора между двух неподвижных опор. Нарушение этого требования может привести к чрезмерной деформации сильфона, а в случае превышения допустимых нагрузок - разрушению конструкции.

Вид деформации сильфона в процессе эксплуатации определяется конструктивным исполнением компенсатора т.е. типом присоединенной к нему арматуры.

По виду деформации сильфона компенсаторы разделяют на:
- осевые (растяжение-сжатие),
- сдвиговые (относительный сдвиг),
- поворотные (относительный поворот)
- одно-плоскостные,
- поворотные пространственные,
- универсальные (растяжение, сжатие, сдвиг, поворот),
- сдвигово-поворотные (сдвиг, поворот).

компенсаторы сильфонные

Кроме того, при монтаже и эксплуатации простых типов осевых сильфонных компенсаторов, конструкция которых не предусматривает соответствующего вида смещения, запрещается нагружать компенсаторы поперечными усилиями, изгибающим и крутящим моментами, а также весом присоединяемых участков труб и фасонных изделий. Это и обуславливает необходимость применения неподвижных концевых опор.
При размещении сильфонного компенсатора у неподвижной опоры, необходимость в установке двух направляющих опор отпадает. В этом случае направляющая опора устанавливаются только с одной стороны. С другой стороны ее функцию выполняет неподвижная опора. Направляющие опоры в зависимости от места установки компенсатора, разделяются на несколько типов (охватывающие хомутовые, трубообразные, рамочные). Такие типы опор принудительно ограничивают возможность поперечного или углового сдвига и не препятствующие осевому перемещению. Необходимость установки дополнительных опор и их количество определяется при проектировании, по расчетам устойчивости трубопровода.
При размещении сильфонного компенсатора в камерах, функции направляющих опор могут выполнять стенки камер, при наличии специальной конструкции обвязки входного и выходного проемов камеры.

Примеры установки осевых сильфонных компенсаторов.

1 – направляющая опора;

2 – сильфонный компенсатор;

3 – неподвижная концевая опора;

4 - неподвижная промежуточная опора

Применение сильфонных компенсаторов решет многое проблемы связанные с установкой компенсаторов других типов, однако, длинна сильфона и как следствие компенсирующая способность, ограничена допустимыми нагрузками на материал сильфона. Увеличить компенсирующую способность, удалось за счет простого и надежного решения, а именно установкой дополнительного сильфона. Такие компенсаторы называются «Сдвоенными».

Компенсатор сильфонный фланцевый КСФ

Благодаря надежности конструкции и высококачественным материалам, сильфонные компенсаторы, в отличии от компенсаторов других типов, способны работать значительно дольше срока службы самого трубопровода. Поэтому при прокладке временного трубопровода, а также при необходимости периодической замены его элементов, целесообразно устанавливать фланцевые сильфонные компенсаторы, такие как КСФ. Фланцевые компенсаторы способны не только значительно снизить затраты, но и упростить эксплуатацию сооружений.

Причины неисправностей

Осевые сильфонные компенсаторы обладают простой и надежной конструкцией. Причиной возникновения неисправностей, за частую является невнимательное отношение к рекомендациям по установке компенсатора.
К таким причинам можно отнести:
- нарушение требований инструкции по размещению компенсатора при монтаже на трубопроводе;
- нарушение соосности трубопровода, и как следствие сильная поперечная нагрузка на компенсатор;
- попадание грунта между гофрами сильфона;
- некачественная установка направляющих опор, в результате чего возникает просадка конструкции и чрезмерные поперечные нагрузки;
- деформация или разрушение неподвижных опор из-за неправильного расчета нагрузок;
- коррозия материала сильфонов осевых компенсаторов, в следствии повышенного содержания хлоридов во внешней и проводимой средах.

Сильфонные компенсирующие устройства

Карданный
компенсатор

Сильфонные
стартовые
компенсаторы
ССК

СКУ.АПБ.I
2СКУ.АПБ.I

СКУ.ППУ.I
2СКУ.ППУ.I

СКУ.ППМ.I
2СКУ.ППМ.I

СКУ.М.I
2СКУ.М.I

СКУ.М.III

К сожалению, климатические и природные особенности не всегда позволяют избежать возникновение подобных причин. В таких случаях требуется установка более сложного, но при этом и более надежного сильфонного компенсирующего устройства, позволяющего: решить проблему влияния хлоридов на долговечность сильфонов, обеспечить перемещение компенсатора в защитном кожухе только в продольном направлении, повысить надежность конструкции независимо от качества установки подвижных и неподвижных опор, обеспечить полную герметизацию конструкции защитного кожуха сильфона от воздействия хлоридов.
Все эти задачи легко решить установкой сильфонного компенсационного устройства в прочном защитном кожухе из толстостенной трубы и устройств в ППУ (пенополиуретановой) изоляции, для теплопроводов с теплоизоляцией из минеральной ваты, или в армопенобетонной (АПБ) изоляции. Такие компенсаторы хорошо защищены от повреждений, возникающих при несоосности трубопроводов. В зависимости от решаемых задач, применяются различные конструкции компенсационных устройств позволяющих защитить сильфон от поперечных усилий, крутящих и изгибающих моментов, а также от попадания грунтовых вод на сильфон и грунта между гофрами сильфона.


Осевой	Универсальный	Сдвиговый	Поворотный

В конструкции сильфонных компенсирующих устройств изначально предусматриваются направляющие цилиндрической или иной формы, установленные на патрубках компенсатора с обеих сторон, которые телескопически перемещаются вместе с патрубками компенсатора по внутренней поверхности толстостенного кожуха устройства. Такое решение позволяет сделать конструкцию достаточно жесткой и обеспечить соосность не смотря на изменения в трубопроводе. Направляющие обеспечивают защиту компенсатора от поперечных усилий и изгибающих моментов, возникающих при возможных прогибах из-за просадки грунта или опор, а ограничители хода сильфона, защищают его от крутящих моментов. Толстостенный кожух, изготавливаемый из труб, обеспечивает направление перемещения направляющих сильфонного компенсирующего устройства, и защищает сильфон от нагрузок, возникающих под действием давления грунта при бесканальной прокладке. При использовании таких компенсационных устройств отпадает необходимость в установке направляющих опор в непосредственной близости от компенсатора, так как прочность его конструкции не менее прочности самого трубопровода. А при бесканальной прокладке такая конструкция обеспечивает защиту сильфона от поперечных усилий и изгибающих моментов, которые могут возникнуть из-за просадки грунта.

Компенсационное устройство исполнения 1а с установленной тепло и гидроизоляцией

Решение проблем пуска трубопровода

При первоначальном пуске трубопроводная система неизбежно подвергается не только температурным деформациям, но и механическим нагрузкам, в следствии давления рабочей среды. Для компенсации температурных деформаций теплопроводов при бесканальной прокладке, используется способ частичной разгрузки трубопровода за счет предварительного нагрева во время его монтажа, до температуры равной 50% от максимально допустимой. Другие типы трубопроводов, также подвергаются частичной нагрузке, перед началом эксплуатации. Не редко, даже при подаче частичной нагрузки на трубопровод, возникают деформации разрушающие сварные швы конструкции, из-за смещения трубопровода.

Решить эти задачи помогает применение стартовых компенсаторов.
Стартовый компенсатор устанавливается между двумя неподвижными опорами, после чего трубопровод заполняется рабочей средой и получает нагрузку, равную 50% от максимальной рабочей. После того, как трубопровод пройдет испытания, кожухи стартового компенсатора фиксируются сварным швом. В результате фиксации толстостенного кожуха, сильфон стартового компенсатора исключается из дальнейшей работы трубопровода, и конструкция остается в эксплуатации в напряженном состоянии. После проведения заварки кожухов всех стартовых компенсаторов, при необходимости, проводятся работы по тепло- и гидроизоляции. В случае ремонта трубопровода, необходимо заменять и стартовые компенсаторы расположенные на данном участке, так как при очередном пуске сети могут возникнуть новые факторы ведущие к деформации конструкции. Такой тип компенсаторов хорошо подходит для регионов с мягкими климатическими условиями, где перепады температур теплоносителя относительно средней температуры незначительны и стабильны, а также на тепловых сетях в системах теплоснабжения применяющих качественное регулирование тепловых нагрузок.

Стартовый компенсатор после монтажа в трубопровод и заполнения системы горячей водой.

    При проектировании трубопровода, не следует забывать о том, что в пиковые режимы отопления, а также при остывании теплоносителя и его сливе, температурные напряжения на трубопровод и нагрузки на неподвижные опоры в значительной степени возрастают. Поэтому в регионах с более суровыми климатическими условиями целесообразно использовать иные типы сильфонных компенсаторов, такие как предварительно изолированные осевые сильфонные компенсаторы.
    В зависимости от решаемых задач, предварительно изолированные сильфонные компенсаторы делятся, на несколько типов. В конструкции такого компенсатора могут быть предусмотрены цилиндрические направляющие опоры, установленные с обеих сторон от сильфона, которые телескопически перемещаются вместе с патрубками сильфонного компенсационного устройства по внутренней поверхности толстостенного кожуха. Кроме того, возможно исполнение с гидроизоляцией подвижной части компенсирующего устройства путем установки защитного сильфона, позволяющего гарантировать полную защиту рабочего сильфона и теплоизоляции от проникновения грунтовых вод в течение всего срока службы сильфонного компенсационного устройства. Воздушная прослойка возникающая между защитным и рабочим сильфонами обеспечивает тепловую изоляцию в рабочей части устройства. Присоединительные патрубки компенсационного устройства изолируются во время монтажа, одновременно с заливкой пенополиуретаном сварных швов в местах крепления компенсатора. Для исключения попадания грунта и ограничения попадания грунтовых вод на защитный сильфон с торцов кожуха установлены уплотнения.
    Таким образом, решить проблемы связанные с избыточным напряжением возникающим в трубопроводе в результате температурных и иных видов деформации на протяжении всего срока службы трубопровода при бесканальной прокладке, возможно только с использованием сильфонных осевых компенсационных устройств.