Компенсаційні пристрої в теплових мережах служать для усунення (або значного зменшення) зусиль, що виникають при теплових подовженнях труб. В результаті знижуються напруги в стінках труб і сили, що діють на обладнання та опорні конструкції.
Подовження труб в результаті теплового розширення металу оп визначається за формулою ,.
де - коефіцієнт лінійного розширення, 1 / ° С; l - довжина труби, м; t - робоча температура стінки, 0 С; tм - температура монтажу, 0 С.
Для трубопроводів теплової мережі значення t приймають рівним робочої (максимальної) температурі теплоносія; tм - розрахункової для опалення температурі зовнішнього повітря. При середній величині = 12 · 10 -6 1 / ° С для вуглецевої сталі подовження 1 м труби на. кожні 100 ° С зміни температур складе l = 1,2 мм / м.
Для компенсації подовження труб застосовують спеціальні пристрої - компенсатори, а також використовують гнучкість труб на поворотах траси теплових мереж (природну компенсацію).
За принципом роботи компенсатори поділяють на осьові і радіальні. Осьові компенсатори встановлюють на прямолінійних ділянках теплопроводу, так як вони призначені для компенсації зусиль, що виникають тільки в результаті осьових подовжень. Радіальні компенсатори встановлюють на тепломережі будь-якої конфігурації, так як вони компенсують як осьові, так і радіальні зусилля. Природна компенсація не вимагає установки спеціальних пристроїв, тому її необхідно використовувати в першу чергу.
У теплових мережах знаходять застосування осьові компенсатори двох типів: сальникові і лінзові. У сальникових компенсаторах (рис. 6.11) температурні деформації труб призводять до переміщення склянки 1 всередині корпусу 5, між якими для герметизації поміщається сальникова набивка 3. Затискається набивка між затятим кільцем 4 і грундбуксой 2 за допомогою болтів 6.
Мал. 6.11. сальникові компенсатори
а - односторонній; б - двосторонній: 1 - стакан; 2 - грундбукса; 3 - сальникова набивка; 4 - завзяте кільце; 5 - корпус; 6 - затяжні болти
Як сальникової набивки застосовують азбестовий прографіченний шнур або термостійку гуму. В процесі роботи набивка зношується і втрачає пружність, тому потрібні періодична її підтяжка (затискання) і заміна. Для можливості проведення зазначених ремонтів сальникові компенсатори розміщують в камерах.
З'єднання компенсаторів з трубопроводами здійснюється зварюванням. При монтажі необхідно залишати зазор між бурти склянки і затятим кільцем корпусу, що виключає можливість виникнення розтягуючих зусиль в трубопроводах в разі зниження температури нижче температури монтажу, а також ретельно вивіряти осьову лінію, щоб уникнути перекосів і заїдання склянки в корпусі.
Основними достоїнствами сальникових компенсаторів є малі габарити (компактність) і низькі гідравлічні опору, внаслідок чого вони знайшли широке застосування в теплових мережах, Особливо при підземному прокладанні. В цьому випадку їх встановлюють при dy = 100 мм і більше, при надземному прокладанні - при dy = 300 мм і більше.
У лінзових компенсатори (рис. 6.12). при температурних подовженнях труб відбувається стиснення спеціальних пружних лінз (хвиль). При цьому забезпечується повна герметичність в системі і не потрібно обслуговування компенсаторів.
Виготовляють лінзи з листової сталі або штампованих полулінз з товщиною стінки від 2,5 до 4 мм газової зварюванням. Для зменшення гідравлічних опорів всередині компенсатора уздовж хвиль вставляється гладка труба (сорочка).
Лінзові компенсатори мають відносно невелику компен сірующую здатність і більшу осьову реакцію. У зв'язку з цим для компенсації температурних деформацій трубопроводів тепло вих мереж встановлюють велике число хвиль або виробляють перед ньо їх розтяжку. Застосовують їх зазвичай до тисків при розмірно 0,5 МПа, так як при високому тиску можливо спучилася вання хвиль, а підвищення жорсткості хвиль шляхом збільшення товщини стінок призводить до зниження їх компенсує здібності і зростанню осьової реакції.
Природна компенсація температурних деформацій відбувається в результаті вигину трубопроводів. Гнуті ділянки (повороти) підвищують гнучкість трубопроводу і збільшують його компенсуючу здатність.
При природній компенсації на поворотах траси температурні деформації трубопроводів призводять до поперечних зсувів ділянок (рис. 6.13). Величина зміщення залежить від розташування нерухомих опор: чим більше довжина ділянки, тим більше його подовження. Це вимагає збільшення ширини каналів і ускладнює роботу рухомих опор, а також не дає можливості застосовувати сучасну безканальної прокладки на поворотах траси. Максимальні напруги вигину виникають у нерухомої опори короткого ділянки, так як він зміщується на велику величину.
До радіальним компенсаторам, застосовуваним в теплових мережах, відносяться гнучкі і хвилясті шарнірного типу. У гнучких компенсаторах температурні деформації трубопроводів усуваються при помош.і вигинів і крутіння спеціально зігнутих або зварених ділянок труб різної конфігурації: П- і S-образних, лірообразную, омегообразного і ін. Найбільшого поширення на практиці внаслідок простоти виготовлення отримали П-подібні компенсатори (рис . 6.14, а).
Їх компенсує здатність визначається сумою деформацій -по осі кожного з ділянок трубопроводів. При цьому максимальні згинальні напруги виникають в найбільш віддаленому від осі трубопроводу відрізку - спинці компенсатора. Остання, згинаючись, зміщується на величину у, на яку необхідно збільшувати і габарити компенсаторною ніші.
Для збільшення компенсує здібності компенсатора або зменшення величини зміщення його встановлюють з попередньої (монтажної) розтяжкою (рис. 6.14, б). При цьому спинка компенсатора в неробочому стані вигнута всередину і відчуває изгибающие напруги. При подовженні труб компенсатор приходить спочатку в ненапряженное стан, а потім вже спинка згинається назовні і в ній виникають згинальні напруги зворотного знака.
Якщо в крайніх положеннях, т. е. при попередній розтяжці і в робочому стані досягаються гранично допустимі напруги, то компенсує здатність компенсатора збільшується вдвічі в порівнянні з компенсатором без попередньої розтяжки. У разі ж компенсації однакових температурних деформацій в компенсаторі з попередньою розтяжкою не відбуватиметься зміщення спинки назовні і, отже, зменшаться габарити компенсаторною ніші. Робота гнучких компенсаторів інших конфігурацій - відбувається приблизно таким же чином.
Розрахунок природної компенсації і гнучких компенсаторів полягає у визначенні зусиллі і максимальних напружень, що виникають в небезпечних перетинах, у виборі довжин ділянок трубопроводів, закріплених в нерухомих опорах, і геометричних розмірів компенсаторів, а також в знаходженні величини зсувів при компенсації температурних деформацій.
Методика розрахунку грунтується на законах теорії пружності, що зв'язують деформації з напругою і геометричними розмірами труб, кутів вигину і компенсаторів. При цьому напруги в небезпечному перерізі визначаються з урахуванням сумарного дії зусиль від температурних деформацій трубопроводів, внутрішнього тиску теплоносія, вагового навантаження і ін. Сумарні напруги не повинні перевищувати допустимої величини.
На практиці розрахунок максимальних згинальних напружень в гнутих компенсатори і ділянках природної компенсації виробляють за спеціальними номограмами і графіками. Як приклад на рис. 6.15 приведена номограма для розрахунку П-подібного компенсатора.
Розрахунок П-подібного компенсатора по номограмі виробляють в залежності від величини температурного подовження трубопроводу t і прийнятого співвідношення між довжиною спинки компенсатора В і його вильотом Н (показано стрілками).
Номограми будуються для різних стандартних діаметрів трубопроводів dy. способу виготовлення і радіусів кутів вигину. При цьому вказуються також прийняті значення допустимих изгибающих напружень. коефіцієнта лінійного розширення і настановні умови.
Хвилясті компенсатори шарнірного типу (рис. 6.16) являють собою лінзові компенсатори, стягнуті стяжками з шарнірним пристроєм 1 за допомогою опорних кілець 2, надаренних на труби. При установці їх на трасі, що має ламану лінію, вони забезпечують компенсацію значних теплових подовжень, працюючи на вигин навколо своїх шарнірів. Виготовляються такі компенсатори для труб з dy = 150-400 мм на тиск Ру 1,6 і 2,5 МПа і температуру до 450 ° С. Компенсирующая здатність шарнірних компенсаторів залежить від максимально допустимого кута повороту компенсаторів і схеми їх установки на трасі.
Мал. 6.16. Найпростіша конструкція компенсатора шарнірного типу; 1 - шарніри; 2 - опорне кільце
Мал. 6.15. Номограма для розрахунку П-подібного компенсатора трубопроводу flfy = 70 см.