Конструктор компенсаторов

Самокомпенсирующиеся трубы — инновации трубопроводной промышленности

СкайПром

Установка любого типа компенсатора при монтаже тепловых сетей в целях разгрузки узловых элементов при тепловых деформациях существенно виляет на сложность и стоимость трубопровода. В некоторых случаях целесообразно и экономически выгодно использовать самокомпенсирующиеся трубы, которые позволяют прокладывать магистрали без применения компенсаторов.

Проблема экономических затрат на прокладку трубопроводов особенно остро возникла на фоне разработки нефтегазовых месторождений. Было подсчитано, что на капитальные работы уходит до 30% средств, которые должны были быть направлены на обустройство инфраструктуры населенных пунктов.

Прокладка тепловой сети

Первая позиция в проведении капитальных работ принадлежит установке компенсаторов, позволяющих гасить вибрации или тепловые расширения при изменении температуры носителя. Тенденция перехода на использование самокомпенсирующихся труб уже присутствует в мировой практике.

Экономическая выгода применения такого типа труб заключается не только в отказе от установки компенсаторов, но и в возможности прокладки бесканальных трубопроводов. Реализация способа укладки самокомпенсирующихся труб позволило бы снизить затраты на обслуживание трубопровода, избавила от возможных утечек носителя, а также существенно сократила бы потери тепловой энергии.

Устройство и характеристики самокомпенсирующихся труб

Идея устройства трубы, способной к компенсации тепловых расширений, заключается в том, чтобы изготовить трубу из листового металла со спиралевидным швом. В стенке будущей трубы располагаются гофры, которые тоже имеют спиралевидную форму, причем укладывается гофра параллельно шву. Главное условие, которое должен соблюдать изготовитель – не допускать пересечения гофры с линией шва. Производство таких труб отвечает ТУ 14-3-237-83, согласно которым определяется взаимное расположение гофры и шва.

Устройство необычной трубы

Если, к примеру, сильфонный компенсатор обеспечивает возможность деформации сжатия или растяжения без увеличения нагрузок на несущие элементы только в одной определенной области магистрали, то самокомпенсирующиеся трубы распределяют нагрузку от деформации по всей своей длине, за исключением концевых участков. На этих концевых участках гофра не накладывается. Но потерь упругости при этом практически не происходит, так как общая доля длины трубопровода без гофры не превышает 3%.

Когда происходит деформация трубы, она начинает поворачиваться относительно продольной оси. Жесткое соединение концевых участков между собой препятствуют такому повороту, тем самым снижая компенсирующую способность трубы. Если соединить две трубы так, чтобы спиралеобразные линии гофры шли навстречу друг другу, то концевые участки останутся неподвижными. Необходимо будет только обеспечить подвижность стыка путем монтирования роликовых опор.

Чертеж трубы

Важным преимуществом использования самокомпенсирующихся труб является смешение витков друг относительно друга. Таким образом, при деформации растяжения или сжатия положение концевых участков не меняется, что существенно упрощает задачи по монтажу.

Расчет параметров

В связи с тем, что компенсация деформации линейного растяжения или сжатия осуществляется только в винтовых гофрах, можно говорить о компенсирующей способности одного винта (шага). Эта величина составляет около 0,5 мм. Расстояние же между двумя витками варьируется от 30 до 50 см. Несложно рассчитать компенсирующую способность одной трубы, зная ее длину.

Ограничением при изготовлении труб является такой параметр, как толщина стенки, которая не может превышать 10 мм, так как при последующем увеличении значения происходит резкое снижение эксплуатационных качеств. Согласно ТУ 14-3-237-83 толщина стенки составляет 6 мм при наружном диаметре 530 мм и 9 мм при диаметре 820 мм. При этом коэффициент снижения продольной жесткости при свободных концах в два раза больше, чем при защемленных.

Укладка труб в грунт

Для трубопроводов, предназначенных работать с носителем при температуре 70-150°C градусов компенсирующая способность должна быть максимальной.

  • Достичь высоких показателей позволяет увеличение количества витков гофр на единице длины трубы.
  • Второй способ повышения показателя – уменьшение толщины стенки, однако этот способ подходит для магистралей с низким давлением.

Укладка самокомпенсирующихся трубопроводов

Самокомпенсирующиеся трубы изготавливаются фабричным способом и представляют собой законченную конструкцию. Эти трубы являются составляющим звеном любого трубопровода, который может быть проложен как по воздуху, так и в грунте. При монтаже и закреплении концевых участков все винтовые линии фиксируются в областях, представленных гладкостенными зонами.

Компенсирующим устройством для такой трубы служит один виток гофра. При отсутствии роликовой опоры на стыке труб необходимо предусматривать возможность защемления концевых участков, так как при деформации сжатия или растяжения возникает момент сил, старающийся повернуть трубу вокруг своей оси. Но такое защемление снижает компенсирующие способности конструкции в разы, а применение роликовых опор снова ведет к увеличению финансовых затрат.

Монтаж трубопровода

В настоящее время еще не принят идеальный проект укладки самокомпенсирующихся труб, однако над этими проблемами работают ведущие НИИ.

Теоретически компенсатор на основе спиральной гофры является наиболее дешевым по себестоимости способом снизить нагрузку при температурных деформациях. Трубопрокатные заводы уже освоили технологию их изготовления. Достоинством такого компенсатора является то, что он не требует постоянного контроля и периодического обслуживания, а самое главное – спиралеобразная структура способствует тому, что при укладке трубопровода магистраль способна повторять колебания уровня рельефа.

Сильфонные компенсаторы тоже позволяют возникать деформациям сдвига, но только эти деформации локализованы в области установки компенсатора. Применение же самокомпенсирующейся трубы ведет к тому, что деформации возникают по всей ее длине (за исключением концевых участков).

Достоинства и недостатки компенсаторов

Если сравнивать два вида компенсаторов: сильфонный компенсатор и самокомпенсирующуюся трубу, то окажется, что эти два устройства обладают взаимно противоположными качествами.

Трубопроводная система

  • Если по верхнему пределу показателя диаметра спиралеобразная труба имеет преимущество, то для малых диаметров изготовление подобных устройств становится нецелесообразным и экономически невыгодным.
  • При увеличении диаметра сильфонного компенсатора происходит неизбежное увеличение массы конструкции. С одной стороны, это позиционируется, как отрицательное качество. Однако невозможность изготовить стенку с толщиной, превышающей 1 см, накладывает ограничение на показатель прочности самокомпенсирующейся трубы, хотя первоначально было заявлено, что такие трубы пригодны для прокладки бесканальных трубопроводов.

Сильфонный компенсатор

  • Применение самокомпенсирующихся труб было направлено на упрощение конструкции и снижение себестоимости строительства трубопровода. Практика показала, что упростить монтаж удалось, однако стоимость его стоимость существенно не изменилась. Дело в том, что изготовление спиралеобразных витков и монтирование на них гофры оказалось достаточно трудоемким процессом, а конструкция усложняется установкой роликовых опор на стыке каждой пары. Кстати, при соединении труб со встречными витками образуются пары, что усложняет их замену при необходимости ремонта.

Несмотря на перечисленные сложности отказываться от применения самокомпенсирующихся труб не собираются ни в России, ни в зарубежных странах. Идея бесканального трубопровода для холодных и горячих сред, в котором не используются компенсаторы, стимулирует различные институты к поиску наиболее оптимальной модели изготовления и монтажа СК-трубы.

СкайПром
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: