Надежность и безаварийность работы тепловых сетей во многом зависит от правильного решения вопросов компенсации температурных удлинений теплопроводов.
По принципу действия компенсационные устройства могут быть разделены на две основные категории:
1) гибкие или упругие компенсаторы, которые воспринимают температурные перемещения трубопровода при помощи изгиба или кручения участков труб различной геометрической формы или деформации специальных пружинящих элементов, имеющих форму круглых складок, волн, линз и т. п.;
2) осевые компенсаторы скользящего типа, в которых температурные удлинения воспринимаются телескопическим перемещением труб внутрь корпуса компенсатора, имеющего сальниковое уплотнение.
Гибкие компенсаторы, согнутые или сваренные из труб, выполняются различной формы: П- и S-образные, лирообразные и др. Наибольшее распространение получили компенсаторы П-образной формы.
П-образный компенсатор с гнутыми отводами
П-образный компенсатор со сварными отводами
В зарубежной практике в паропроводах находят также применение П-образные компенсаторы со складчатыми (волнистыми) отводами. При одинаковых геометрических размерах по ширине и вылету складчатые компенсаторы имеют несколько более высокую (на 12—15%) компенсирующую способность. Следовательно, они позволяют несколько уменьшить величину вылета. Однако их применение не рекомендуется в водяных тепловых сетях вследствие усиленной коррозии труб в местах складок и волн.
П-образный компенсатор со складчатыми отводами
К достоинствам всех гибких компенсаторов относятся:
1) передача на неподвижные опоры только сил упругости компенсаторов;
2) большая компенсирующая способность;
3) полное отсутствие необходимости в обслуживании.
Однако они имеют и ряд недостатков, главнейшие из которых:
1) увеличение стоимости трубопроводов;
2) повышение гидравлического сопротивления сетей трубопроводов;
3) затруднения в размещении компенсаторов, имеющих большие размеры в условиях городских подземных тепловых сетей при насыщенности трассы другими подземными коммуникациями.
К гибким компенсаторам относятся также устройства, действие которых основано на упругой деформации пружинящих элементов. Например, линзовые (или тарельчатые), получившие в различных модификациях большое распространение в зарубежной трубопроводной технике.
Сварные линзовые компенсаторы нормализованы в между-ведомственных нормалях трубопроводов электростанций Оргэнергостроя для труб диаметром 100—1200 мм. Однако эти компенсаторы имеют крайне ограниченную область применения в тепловых сетях: вследствие своей тонкостенности (обусловленной необходимостью уменьшить продольную жесткость) они не выдерживают внутреннего давления теплоносителя выше 7 кГ/см2 при dу≥ 400 мм и 4 кГ/см2 при dy ≥ 700 мм.
Наибольшее применение в подземных тепловых сетях нашли сальниковые компенсаторы, относящиеся к осевым скользящего типа. Сальниковый компенсатор в местах установки разрезает трубопровод на отдельные механически не связанные между собой участки. Разрывы между концами труб внутри компенсаторов (в холодном состоянии трубопровода) достигают 300—400 мм.
Сальниковый компенсатор бывает двух видов: компенсатор сальниковый односторонний и компенсатор сальниковый двухсторонний. Конструкция этих компенсаторов нормализована МН 2593—61 и МН 2598—61 для труб диаметром от 100 до 1000 мм. В качестве уплотнения сальника используется асбестовый шнур (по ГОСТ 1779—55) и теплостойкая резина в виде колец (по ГОСТ 7338—55) — это и есть сальниковая набивка. Сальниковый компенсатор рассчитан на условное давление Ру≤ 16 кГ/см2.
Основные недостатки сальниковых компенсаторов заключаются в следующем:
1) сальники требуют постоянного обслуживания, и уход за ними отнимает у эксплуатационного персонала более половины всего времени, затрачиваемого на обслуживание наружных трубопроводов;
2) уплотнительные кольца из теплостойкой резины, предназначенные для ликвидации утечек теплоносителя, периодически затягиваются шпильками у сальников, при этом силы трения возрастают настолько, что компенсатор полностью или частично теряет свою компенсирующую способность и превращается, по существу, в соединительную муфту. В практике эксплуатации известны случаи, когда после сильной затяжки сальников компенсаторы переставали действовать и трубопровод сильно изгибался от возросших температурных усилий;
3) сальниковые компенсаторы обладают повышенной чувствительностью к перекосам осей, всегда возможных как при монтаже, так и во время эксплуатации. Практикой установлено, что несовпадение геометрических осей корпуса и стакана компенсатора приводит к его «заклиниванию»;
4) компенсаторы требуют увеличения габаритов подземных камер и увеличения расстояния между трубами (подающей и обратной) для возможности завертывания и развертывания шпилек при устранении утечек и для смены уплотнений.
Трубопровод в местах установки сальниковых компенсаторов разрезан на части, поэтому при наличии отвода или закрытой задвижки на неподвижные опоры передаются так называемые неуравновешенные силы, которые могут достигать величин порядка 100—150 тонн и более от каждой из двух труб теплосети.
Проектирование неподвижных опор на такие усилия вызывает большие затруднения, а стоимость их сооружения увеличивает капитальные затраты.
Для облегчения неподвижных опор за рубежом разработаны и находят практическое применение так называемые разгруженные или уравновешенные сальниковые компенсаторы.
Рациональные конструкции компенсирующих устройств для тепловых сетей должны удовлетворять следующим основным требованиям:
1) максимально разгружать трубопроводы от температурных усилий;
2) иметь компенсирующую способность не менее 150 мм;
3) иметь небольшое гидравлическое сопротивление движению теплоносителя.
Кроме того, они не должны требовать частого осмотра и регулярного обслуживания (смены набивки, подтягивания болтов сальников и т.д.), а также сохранять работоспособность при небольших перекосах осей.
Представляет интерес новая экономичная конструкция компенсирующего устройства с самоуплотняющимися манжетами, которая разработана во ВТИ под руководством А. А. Сюворцова.
Компенсатор ВТИ состоит из трех деталей: цилиндрического корпуса с приваренными обечайками и двух подвижных стаканов. В комплект устройства входят также две манжеты из теплостойкой резины.
Компенсатор ВТИ
