Замена существующих сальниковых компенсаторов на сильфонные. Расчет нагрузок на неподвижные опоры.

В.В. Логунов, генеральный директор;
В. Л. Поляков, главный конструктор проектов по#nbsp;тепловым сетям;
М. Ю. Юдин, начальник отдела технического сопровождения,
ПАО «НПП «Компенсатор», г. Санкт-Петербург;
Е.В. Кузин, директор, ООО#nbsp;«АТЕКС-ИНЖИНИРИНГ», г. Иркутск

Вводная часть

Вопрос энергоэффективности тепловых сетей тесно связан с#nbsp;технологиями и#nbsp;материалами, применяемыми при строительстве и#nbsp;реконструкции тепловых сетей. При этом все больше решающее значение приобретают современные энергосберегающие технологии. Несмотря то, что в#nbsp;России сильфонные компенсаторы считаются новинкой, уже сейчас явно прослеживается изменение подхода, от#nbsp;того, когда к#nbsp;их#nbsp;применению прибегали от#nbsp;невозможности решить проблему температурных расширений классическими способами, до#nbsp;того момента, когда во#nbsp;многих регионах сильфонные компенсаторы стали обязательным условием технического задания на#nbsp;разработку проектов трубопроводов. И#nbsp;сегодня вопрос применения сильфонных компенсаторов остается открытым только в#nbsp;случае отсутствия достаточной информации по#nbsp;определению целесообразности их#nbsp;применения по#nbsp;сравнению с#nbsp;классическими видами компенсаторов. В#nbsp;данной статье мы#nbsp;рассмотрим технические аспекты применения сильфонных компенсаторов вместо сальниковых

Сравнение нагрузок сальниковых и#nbsp;сильфонных компенсаторов

Одним из#nbsp;актуальных вопросов при принятии решения об#nbsp;отказе от#nbsp;сальниковых компенсаторов является возможность сохранения существующих неподвижных опор. Решение данного вопроса осложнено из-за значительных различий в#nbsp;нормативной документации на#nbsp;сальниковые и#nbsp;сильфонные компенсаторы. В#nbsp;настоящей статье мы#nbsp;установим у#nbsp;какого типа компенсаторов при прочих равных условиях осевая нагрузка на#nbsp;неподвижные опоры больше. Осевая нагрузка от#nbsp;сильфонного компенсатора на#nbsp;концевую неподвижную опору определяется как:

Pкно = Pр + Pж + Pтр

где Рр#nbsp;— распорное усилие сильфонного компенсатора, Рж#nbsp;— усилие от#nbsp;осевой жесткости сильфонного компенсатора, Ртр#nbsp;— усилия от#nbsp;трения трубопровода в#nbsp;подвижных опорах (скользящих опорах на#nbsp;участках канальных и#nbsp;надземных прокладок, или трения теплопровода о#nbsp;грунт на#nbsp;участках бесканальной прокладки).

Осевая нагрузка от#nbsp;сальникового компенсатора определяется по#nbsp;аналогичной формуле:

Pкно = PСр + PСтр + Pтр

где PСр#nbsp;— распорное усилие сальникового компенсатора, Рстр—#nbsp;усилие от#nbsp;трения сальника сальникового компенсатора, Ртр#nbsp;— усилие от#nbsp;трения трубопровода в#nbsp;подвижных опорах (скользящих опорах на#nbsp;участках канальных и#nbsp;надземных прокладок, или трения теплопровода о#nbsp;грунт на#nbsp;участках бесканальной прокладки).

Любые осевые компенсаторы, будь то#nbsp;сальниковые, сильфонные или линзовые, в#nbsp;силу отсутствия жесткой осевой связи передают распорное усилие (от#nbsp;внутреннего давления среды), действующее на#nbsp;стенку трубопровода и#nbsp;воспринимаемое концевыми неподвижными опорами (рис. 1).

Распорное усилие определяется как произведение давления на#nbsp;площадь приложения усилия. В#nbsp;случае с#nbsp;сильфонным компенсатором под площадью приложения усилия принимается эффективная площадь сильфона, а#nbsp;в#nbsp;случае сальникового компенсатора#nbsp;— 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#nbsp;любого осевого компенсатора увеличивается пропорционально увеличению давления. В#nbsp;РД-3-ВЭП-2011 максимальное распорное усилие для сильфонных компенсаторов приведено при пробном давлении. Тогда как для сальниковых компенсаторов, как и#nbsp;для всех остальных, в#nbsp;ГОСТ Р#nbsp;55 596−2013 при расчете распорного усилия применяется величина номинального давления. Именно эта разница в#nbsp;подходе к#nbsp;расчету осевых усилий и#nbsp;является определяющей при принятии решения о#nbsp;замене сальникового компенсатора на#nbsp;сильфонный.

Сравним нагрузки от#nbsp;сальникового и#nbsp;сильфонного компенсатора для нескольких диаметров (DN), для PN=16 кгс/см2 при условии, что распорное усилие будет считаться в#nbsp;двух вариантах: с#nbsp;учетом пробного давления (Рпр), и#nbsp;номинального (PN) (табл. 1). Жесткость сильфонных компенсаторов будем определять согласно РД-3-ВЭП-2011 (табл. 2). Значения силы трения уплотнений сальниковых компенсаторов приведены из#nbsp;альбомов чертежей сальниковых компенсаторов (паспортное значение силы трения) (табл. 3). Трением трубопровода в#nbsp;подвижных опорах в#nbsp;данном расчете пренебрегаем.

Таблица 1. Распорное усилие сальниковых и#nbsp;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#nbsp;концевые неподвижные опоры.

Как видно из#nbsp;табл. 4, в#nbsp;большинстве рассмотренных случаев при расчете усилия по#nbsp;сходной методике, нагрузка на#nbsp;концевые неподвижные опоры от#nbsp;сильфонного компенсатора оказалась меньше аналогичной нагрузки от#nbsp;сальникового компенсатора. Превышение нагрузки в#nbsp;1% для DN1000 также не#nbsp;является критичным при принятии решения о#nbsp;замене сальникового компенсатора на#nbsp;сильфонный.

Таким образом, если менять существующий сальниковый компенсатор на#nbsp;сильфонный компенсатор, то#nbsp;в#nbsp;большинстве случаев не#nbsp;возникнет необходимость укрепления существующих концевых неподвижных опор (все расчеты по#nbsp;сильфонным компенсаторам верны только для сильфонных компенсаторов по#nbsp;ИЯНШ.300 260.029ТУ. —#nbsp;Прим. авт.).