Линзовый компенсатор что это такое

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на однослойные сильфонные и линзовые компенсаторы (далее – компенсаторы) с параллельными или наклонными (до 8°) пластинчатыми участками волны, которые используют в сосудах и аппаратах химической, нефтехимической, нефтегазоперерабатывающей и смежных отраслях промышленности, нагруженные внутренним или наружным избыточным давлением, а также нагрузкой от осевых перемещений, и устанавливает методы расчета на прочность, жесткость и малоцикловую прочность.

Для чего служат компенсаторы

Возможные объемы нагрузки следует рассчитать, разрабатывая проект теплотрассы и водопровода. Соблюдая правила, можно монтировать элементы, способные компенсировать изменения труб.

Устройства для компенсации бывают из разных материалов, необходимо выбирать подходящий материал для данной системы. Правильно принятое решение в отношении компенсаторов повысит срок эксплуатации системы без аварий. Компенсаторы, как и трубы, бывают из разных материалов: стальные, пластиковые.

Современные системы водоснабжения прокладывают в основном из полипропиленового материала, который подвержен высокой линейной деформации при температурном расширении. Трубы из данного материала всегда оснащают компенсаторами.

Устройства монтируют:

  • во время прокладки водопроводной системы.
  • во время монтажа теплого пола.
  • в канализационной системе.
  • в отопительной системе, в водопроводе с горячей водой.

Если не учитывать возможность расширения труб во время повышения температуры, то во время нагрева элементы трубопровода уходят в стороны и становятся не прямые, а в виде волн. Это влечет повышение уровня шумов во время протекания жидкости.

Линзовый компенсатор что это такое

Применяя устройства, обеспечивается:

  1. Бесперебойная работы системы в течение долгого времени.
  2. Поддержание в трубах во время его изменений.
  3. Гидроударная защита.
  4. Исключение деформации во время перепадов температуры.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочностьГОСТ 25859-83 Сосуды и аппараты стальные. Нормы и методы расчета на прочность при малоцикловых нагрузках

Виды устройств для компенсации

Широкий спектр изделий разрешает выбрать изделия, исходя из типа трубопровода и особенностей монтажа системы. Компенсаторы, устраняющие деформацию труб, бывают естественными либо в виде конструкций, выполненных с помощью упругих материалов. Естественный вид подразумевает использование особого свойство трубы – амортизацию.

Естественные устройства бывают:

  • Г-образные, которые применяют на поворотах системы.
  • П-образные, которые применяют для трубопроводов отопительной системы и горячего водоснабжения, выдерживают температуру свыше 50 градусов. До установки изделие растягивают для увеличения предельных размеров компенсации.
  • Z-образные служат, чтобы монтировать отведение.
  • Кольцевые конструкции отличаются высокими показателями компенсаций.

Самыми технологическими считаются:

  • Сильфонные устройства служат для защиты во время гидроударов, во время расширения трубы при изменении температуры, от разных вибраций. Изделия отличаются по виду, бывают: сдвиговыми, осевыми и поворотными, и универсальными.
  • Компенсатор осевого типа применяется для отопительных систем и прокладки водопровода с горячей водой. Изделие выполнено из стальной нержавейки, противостоят давлению шестнадцать атмосфер, когда температура достигает 115 градусов. Сдвиговые имеют две гофры, работают сразу в двух направлениях.

    Поворотные компенсаторы устанавливают на поворотных участках до 90 градусов. Универсальные изделия устанавливают на трубопроводных участках небольшой длины, имеющие отводы. Способны компенсировать все виды смещений в местах, где невозможно применить другие типы устройств.

  • Линзовые устройства устанавливают во время прокладки горячего, холодного водопровода, вентиляционной системы.
  • Сальниковые устройства применяют при монтаже трубопроводов, подверженным постоянным температурным перепадам. Оснащены односторонним либо двусторонним режимом при наличии подвижного стакана.
  • Фланцевые устройства смягчают гидроудары, мягкий материал из которого изготовлено изделие способствует этому. Во время монтажа не требует сварочных работ, поэтому устройство просто установить или заменить.

Защитное устройство выполнено в виде петли, имеет простую конструкцию, поэтому легко монтируется в трубы для отопления. Компенсаторы подходят для любых типов трубопроводной системы. Петлевидный предохранитель справляется с последствиями гидроударов, с резкими скачками температуры. В целом данный тип устройства обеспечивает бесперебойной работой отопительную систему и горячий водопровод.

Линзовый компенсатор что это такое

Кроме компенсации линейной деформации отопительной системы компенсаторы нейтрализуют действие работы насосов. Данная вибрация никак не ощущается, но ее влияние ощутимо на всю сеть. Опасным считается, когда частота вибрирования насоса совпадет с частотой вибрации трубопроводной системы. Амплитуда колебания конструкции может увеличиться в несколько раз и полностью разрушить сеть.

3 Обозначения

В настоящем стандарте применяют следующие обозначения: – расчетный диаметр впадины волны компенсатора, мм (рисунок 1); – высота волны компенсатора, мм (рисунок 1); – радиус тороидального перехода в верхней и нижней части компенсатора, мм (рисунок 1); – исполнительная толщина стенки компенсатора, мм (рисунок 1);

– присоединительная длина цилиндрической части компенсатора, мм (рисунок 2); – сумма прибавок к расчетной толщине, мм; – допускаемое напряжение, определяемое по ГОСТ 14249, МПа; – внутреннее или внешнее давление, МПа; – максимальное эквивалентное напряжение при действии внутреннего (наружного) давления, МПа;

– расчетные значения коэффициентов для определения напряжений при нагружении давлением =0,1 МПа; – максимальное растягивающее (сжимающее) эквивалентное напряжение при осевом перемещении одной волны компенсатора, МПа; – расчетные значения коэффициентов для определения напряжений при нагружении осевым перемещением =1,0 мм;

– модуль упругости при расчетной температуре, МПа; – осевое перемещение одной волны компенсатора, мм; – средние окружные напряжения, МПа; – ширина волны компенсатора, мм (рисунки 1, 2); – коэффициент прочности сварного шва; – коэффициент жесткости одной волны компенсатора при осевом растяжении, Н/мм;

– расчетные значения коэффициентов при определении жесткости одной волны компенсатора при перемещении =1,0 мм; – амплитуда максимального эквивалентного напряжения от перемещения одной волны, МПа; – амплитуда максимального эквивалентного напряжения от давления, МПа; – допускаемая амплитуда напряжений для числа циклов , МПа;

– допускаемая амплитуда напряжений для числа циклов , МПа; – число циклов нагружения осевым перемещением; – число циклов нагружения давлением; – эффективный коэффициент концентрации; – коэффициент, учитывающий обработку сварного шва; – коэффициент, учитывающий тип сварного шва; – расчетная температура, °С; – размер углового сварного шва (рисунок 2).

Особенности монтажа компенсирующих устройств

Оснащение компенсаторами отопительной системы и водопроводов в жилых сооружениях проводят согласно проекту. Компенсаторы закрепляют к основной конструкции при помощи сварки.

Устройства устанавливают при неработающей системе трубопровода, когда в ней нет давления и транспортируемой жидкости. При установке обеспечивают соблюдение соосности трубы и компенсатора, чтобы не допустить радиальные нагрузки системы во время работы.

П-образный компенсатор производства ВЗМ

Наличие данного типа нагрузок влечет за собой заедание и дальнейшей поломкой подвижных элементов изделия.

Внимание! На участке, где установлен сильфонный компенсатор, нельзя монтировать опоры, подвесной конструкции.

На этапе создания проекта для установки опор неподвижного типа учитывается: величина силы жесткости компенсатора, величина усилия на распор, сила трения для опор скользящих.

Монтировать компенсирующие устройства можно в трубопроводах горизонтального и вертикального типа. Стрелка устройства устанавливается по направлению движения теплоносителя, стрелка корпуса вертикальных трубопроводов должна быть опущена вниз, каким бы направлением не был оснащен теплоноситель. При поломке компенсаторы подлежат только замене.

Рисунок 1 – Модели компенсаторов

4.3 Общие требования к расчету – по ГОСТ 14249 (за исключением 1.8.1).

4.4 Расчеты на прочность компенсаторов действительны только, если прилегающие к компенсатору элементы удовлетворяют условиям прочности при нагружении давлением.Длина сопряжения (рисунок 2) должна отвечать условию

Линзовый компенсатор что это такое

в противном случае проверяют несущую способность элемента сопряжения по формуле

4.5 Расчеты на прочность действительны при условии полностью проваренных окружных сварных швов (рисунок 2). Размер углового сварного шва (рисунок 2в) должен быть 0,7.

380 – из углеродистой стали;

420 – из низколегированной стали;

525 – из аустенитной стали.

5.1 При расчете напряжений в компенсаторе при действии внутреннего или наружного избыточного давления в формулы (1)-(6) подставляют толщину стенки компенсатора с учетом коррозии и технологических прибавок, а при расчете жесткости компенсатора – толщину стенки компенсатора без учета коррозии и технологических прибавок.

5.2 Определение эквивалентных напряжений

5.2.1 Максимальные эквивалентные напряжения в компенсаторе в зависимости от геометрических параметров возникают в зоне тороидального радиуса на стороне большего диаметра компенсатора или в зоне тороидального радиуса на стороне меньшего диаметра компенсатора.

5.2.1.1 Максимальные эквивалентные напряжения при действии внутреннего (наружного) давления определяют по формуле

5.2.1.2 Максимальные эквивалентные напряжения при осевом перемещении одной волны компенсатора рассчитывают по формуле

Устройства для компенсации бывают из разных материалов

5.2.2 Средние окружные напряжения рассчитывают по формуле

Примечание – Необходимые для формул (1-2) значения коэффициентов и определяют по таблицам приложения А в зависимости от геометрических параметров , и . Промежуточные значения коэффициентов определяют линейной интерполяцией. В таблицах А.1 и А.2 приложения А для каждого значения первая строка соответствует , вторая строка – и третья строка – .

це А.2.

5.3 Определение коэффициентов жесткости компенсатора

5.3.1 Коэффициент жесткости одной волны компенсатора при осевом растяжении определяют по формуле

5.3.2 Необходимые для формулы (4) значения коэффициентов определяют по таблице А.1 в зависимости от , и . Промежуточные значения определяют линейной интерполяцией.

5.4 Расчет на прочность при статическом нагружении внутренним (наружным) давлениемПри действии внутреннего (наружного) избыточного давления прочность проверяют по средним окружным напряжениям, определяемым по формуле (3). При этом должно выполняться условие

Кроме того, проверяют прочность по эквивалентным напряжениям от давления по формуле (1). При этом должно выполняться условие

5.5 Расчет компенсатора на малоцикловую прочность

5.5.2 Амплитуду максимального эквивалентного напряжения от перемещения одной волны рассчитывают по формуле

5.5.3 Амплитуду максимального эквивалентного напряжения от давления определяют по формуле

. (10)

5.5.4 Эффективный коэффициент концентрации рассчитывают по формуле

, (11)

где – по ГОСТ 14249;=1,0 для шлифованной поверхности сварного шва;=1,1 для необработанной поверхности сварного шва;=1,1 для сварного шва по наружному диаметру компенсатора;=1,2 для сварного шва по внутреннему диаметру компенсатора.

, (12)

, (13)

при числе циклов не более 0,5·10.Коэффициенты , , и определяют по ГОСТ 25859.

5.6 Допускается определять напряжения и жесткость компенсаторов более точными методами (например методом конечных элементов) или экспериментальными исследованиями.

ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное). Расчетные значения коэффициентов для определения напряжений и жесткости

ПРИЛОЖЕНИЕ А(обязательное)

Таблица А.1 – Расчетные значения коэффициентов , для определения напряжений на стороне большего диаметра компенсатора и коэффициента для определения жесткости компенсатора

3,0

0,500

0,475

0,450

0,425

0,400

0,350

0,300

0,250

0,200

0,150

0,100

30,04

30,87

32,45

34,30

37,56

43,56

50,32

59,11

68,31

80,16

117,5

0,018

265,8

239,9

220,7

201,3

184,4

156,7

134,9

116,6

100,3

87,62

91,60

8,494

6,549

5,155

4,088

3,298

2,236

1,580

1,145

0,841

0,639

0,559

26,30

26,76

28,10

29,50

32,24

37,14

42,66

49,83

57,08

67,88

97,03

0,020

274,9

247,1

229,1

210,3

193,8

165,9

143,2

123,7

106,4

94,03

103,8

10,35

8,078

6,423

5,142

4,179

2,865

2,036

1,478

1,089

0,843

0,753

21,76

22,15

23,22

24,18

26,35

30,11

34,36

39,72

44,87

55,30

74,71

0,023

286,2

256,4

239,8

222,1

206,0

178,0

154,1

132,9

114,7

103,5

121,7

13,45

10,66

8,582

6,950

5,703

3,961

2,832

2,063

1,535

1,221

1,129

18,44

18,78

19,65

20,46

22,11

25,07

28,43

32,50

36,22

45,60

59,07

0,026

295,3

266,4

248,8

232,1

216,4

188,1

163,2

140,9

122,5

113,5

139,2

16,91

13,57

11,04

9,023

7,459

5,233

3,762

2,754

2,076

1,698

1,614

15,20

15,49

16,18

16,85

18,02

20,25

22,77

25,64

28,10

35,87

44,81

0,030

304,3

278,3

258,6

242,9

227,7

199,3

173,2

150,1

132,3

131,1

162,2

22,05

17,93

14,75

12,18

10,14

7,193

5,207

3,846

2,962

2,508

2,456

12,35

12,59

13,12

13,66

14,46

16,07

17,88

19,77

21,28

27,30

33,88

0,035

314,1

293,2

274,1

254,8

238,6

210,1

183,3

160,1

145,0

158,6

190,4

29,25

24,09

20,03

16,69

14,01

10,05

7,344

5,510

4,368

3,846

3,870

10,31

10,51

10,94

11,38

11,93

13,13

14,45

15,72

16,68

21,77

26,51

0,040

324,2

304,4

285,8

266,9

249,1

218,3

191,6

169,4

159,1

185,4

218,2

37,21

30,96

25,96

21,80

18,41

13,34

9,864

7,539

6,154

5,599

5,747

08,78

08,96

09,03

09,67

10,05

10,95

11,93

12,79

14,19

17,91

21,32

0,045

331,6

312,9

294,8

276,2

258,6

226,5

199,7

180,6

176,9

211,7

245,7

45,85

38,46

32,47

27,44

23,31

17,07

12,79

9,975

8,374

7,828

8,153

07,59

07,75

08,03

08,34

08,61

09,29

10,02

10,62

12,19

14,98

17,53

0,050

336,9

319,2

301,7

283,5

266,2

234,6

208,8

191,8

201,8

237,4

272,8

55,11

46,55

39,53

33,61

28,70

21,25

16,15

12,86

11,08

10,59

11,15

05,88

06,00

06,20

06,42

06,53

06,93

07,36

07,66

09,24

10,94

0,060

343,6

327,5

311,3

294,3

278,0

248,7

226,1

216,1

250,2

287,6

75,32

64,36

55,24

47,46

40,97

31,05

24,34

20,19

18,17

17,96

04,71

04,81

04,95

05,10

05,17

05,39

05,63

06,16

07,24

08,35

0,070

349,2

332,6

317,9

302,3

287,5

261,5

245,4

260,6

297,1

336,6

97,70

84,32

73,06

63,42

55,33

42,98

34,77

29,91

27,87

28,19

03,88

03,94

04,04

04,16

04,21

04,33

04,45

05,08

05,83

0,080

358,1

341,3

325,7

310,8

297,7

277,8

271,2

304,3

342,6

122,3

106,5

93,14

81,66

72,02

57,35

47,79

42,42

40,60

03,27

03,31

03,37

03,46

03,49

03,55

03,79

04,27

04,80

0,090

366,1

350,9

337,0

323,8

312,5

296,6

311,8

346,9

387,0

149,2

131,1

115,7

102,4

91,31

74,49

63,76

58,12

56,79