В. Л. Поляков, главный конструктор проектов по тепловым сетям;
М. Ю. Юдин, начальник отдела технического сопровождения,
ПАО «НПП «Компенсатор», г. Санкт-Петербург;
Е.В. Кузин, директор, ООО «АТЕКС-ИНЖИНИРИНГ», г. Иркутск
Вводная часть
Вопрос энергоэффективности тепловых сетей тесно связан с технологиями и материалами, применяемыми при строительстве и реконструкции тепловых сетей. При этом все больше решающее значение приобретают современные энергосберегающие технологии. Несмотря то, что в России сильфонные компенсаторы считаются новинкой, уже сейчас явно прослеживается изменение подхода, от того, когда к их применению прибегали от невозможности решить проблему температурных расширений классическими способами, до того момента, когда во многих регионах сильфонные компенсаторы стали обязательным условием технического задания на разработку проектов трубопроводов. И сегодня вопрос применения сильфонных компенсаторов остается открытым только в случае отсутствия достаточной информации по определению целесообразности их применения по сравнению с классическими видами компенсаторов. В данной статье мы рассмотрим технические аспекты применения сильфонных компенсаторов вместо сальниковыхСравнение нагрузок сальниковых и сильфонных компенсаторов
Одним из актуальных вопросов при принятии решения об отказе от сальниковых компенсаторов является возможность сохранения существующих неподвижных опор. Решение данного вопроса осложнено из-за значительных различий в нормативной документации на сальниковые и сильфонные компенсаторы. В настоящей статье мы установим у какого типа компенсаторов при прочих равных условиях осевая нагрузка на неподвижные опоры больше. Осевая нагрузка от сильфонного компенсатора на концевую неподвижную опору определяется как:Pкно = Pр + Pж + Pтр
где Рр — распорное усилие сильфонного компенсатора, Рж — усилие от осевой жесткости сильфонного компенсатора, Ртр — усилия от трения трубопровода в подвижных опорах (скользящих опорах на участках канальных и надземных прокладок, или трения теплопровода о грунт на участках бесканальной прокладки).
Осевая нагрузка от сальникового компенсатора определяется по аналогичной формуле:
Pкно = PСр + PСтр + Pтр
где PСр — распорное усилие сальникового компенсатора, Рстр— усилие от трения сальника сальникового компенсатора, Ртр — усилие от трения трубопровода в подвижных опорах (скользящих опорах на участках канальных и надземных прокладок, или трения теплопровода о грунт на участках бесканальной прокладки).
Любые осевые компенсаторы, будь то сальниковые, сильфонные или линзовые, в силу отсутствия жесткой осевой связи передают распорное усилие (от внутреннего давления среды), действующее на стенку трубопровода и воспринимаемое концевыми неподвижными опорами (рис. 1).
Распорное усилие определяется как произведение давления на площадь приложения усилия. В случае с сильфонным компенсатором под площадью приложения усилия принимается эффективная площадь сильфона, а в случае сальникового компенсатора — площадь приложения усилия определяется наружным диаметром патрубка компенсатора (рис. 2).
Согласно СНиП 41−02−2003 тепловые сети могут подвергаться гидравлическим испытаниям пробным давлением равным 1,25РN. Распорное усилие от любого осевого компенсатора увеличивается пропорционально увеличению давления. В РД-3-ВЭП-2011 максимальное распорное усилие для сильфонных компенсаторов приведено при пробном давлении. Тогда как для сальниковых компенсаторов, как и для всех остальных, в ГОСТ Р 55 596−2013 при расчете распорного усилия применяется величина номинального давления. Именно эта разница в подходе к расчету осевых усилий и является определяющей при принятии решения о замене сальникового компенсатора на сильфонный.
Сравним нагрузки от сальникового и сильфонного компенсатора для нескольких диаметров (DN), для PN=16 кгс/см2 при условии, что распорное усилие будет считаться в двух вариантах: с учетом пробного давления (Рпр), и номинального (PN) (табл. 1). Жесткость сильфонных компенсаторов будем определять согласно РД-3-ВЭП-2011 (табл. 2). Значения силы трения уплотнений сальниковых компенсаторов приведены из альбомов чертежей сальниковых компенсаторов (паспортное значение силы трения) (табл. 3). Трением трубопровода в подвижных опорах в данном расчете пренебрегаем.
Таблица 1. Распорное усилие сальниковых и сильфонных компенсаторов при РN=16 кгс/см2.
Таблица 2. Усилие жесткости сильфонного компенсатора.
Таблица 3. Силы трения сальникового компенсатора (серия 5.903−13 вып. 4).
Таблица 4. Суммарное значение нагрузок на концевые неподвижные опоры.
Как видно из табл. 4, в большинстве рассмотренных случаев при расчете усилия по сходной методике, нагрузка на концевые неподвижные опоры от сильфонного компенсатора оказалась меньше аналогичной нагрузки от сальникового компенсатора. Превышение нагрузки в 1% для DN1000 также не является критичным при принятии решения о замене сальникового компенсатора на сильфонный.
Таким образом, если менять существующий сальниковый компенсатор на сильфонный компенсатор, то в большинстве случаев не возникнет необходимость укрепления существующих концевых неподвижных опор (все расчеты по сильфонным компенсаторам верны только для сильфонных компенсаторов по ИЯНШ.300 260.029ТУ. — Прим. авт.).