Применение и эксплуатация.
 

          αl (t – tВ)
∆l = _______________ мм
              100

Тепловое удлинение трубопровода приводит к возникновению значительных продольных усилий, которые оказывают давление на конечные закрепленные точки (опоры трубопровода), стремясь сдвинуть их с места. Эти усилия настолько могут быть настолько значительными, что способны разрушить опоры, привести к нарушению фланцевых и сварных соединений или вызвать продольный изгиб трубопровода.
Для защиты трубопровода от нежелательных нагрузок, возникающих при изменении температуры и давления, его проектируют и конструктивно исполняют так, чтобы он имел возможность свободно удлиняться при нагревании и укорачиваться при охлаждении без перенапряжения соединений и материала труб. Способность системы отопления к деформации под действием тепловых удлинений в пределах допускаемых напряжений в материале труб называется компенсацией тепловых удлинений. Способность трубопровода компенсировать тепловые удлинения за счет эластичности конструкции участка и упругих свойств металла, без специальных дополнительных устройств, встраиваемых в трубопровод, называется самокомпенсацией. Самокомпенсация возможна благодаря тому, что в  трубопроводе, кроме прямых участков, между неподвижными опорами имеются повороты или изгибы. Расположенный между двумя прямыми участками поворот или отвод обеспечивает возможность компенсаци значительной части удлинения благодаря эластичности конструкции, а остальная часть компенсируется за счет упругих свойств металла прямого участка системы.
Если при проектировании и монтаже отсутствует возможность использовать самокомпенсацию трубопровода или ее недостаточно для обеспечения защиты трубопровода от усилий, возникающих под действием тепловых удлинении, проходится прибегать к установке специальных устройств, называемых компенсаторами.

К системе отопления высотных жилых домов предъявляются самые жесткие требования, она должна быть долговечной и надежной. Практика показывает, что в результате неверных расчетов, неправильно установленных компенсаторов для стояков водоснабжения или их полного отсутствия, применения низкокачественных материалов, даже совершенно новый трубопровод не защищен от повреждений.

компенсатор для стояков водоснабжения сильфонный сконструирован на основе гофрированной оболочки (гибкого сильфона) выполненого из многослойной нержавеющей стали. Компенсирующая способность, осевой ход, зависит от количества сильфонов и количества гибких гофр в каждом сильфоне. Использование компенсаторов позволяет обеспечить: компенсацию температурного расширения трубопроводов; компенсацию несоосности в трубопроводных системах, возникших вследствие монтажных работ; изоляцию вибрационных нагрузок от работающего оборудования; изоляцию вибрационных нагрузок от потока транспортируемой среды; надежное соединение труб различного типа; предотвращает разрушение труб при деформации трубопроводов; герметизирует трубопроводы. Рабочая среда: вода, пар, воздух, природный газ, другие газы, жидкости, неагрессивные по отношению к материалам примененным в конструкции устройства.
Сильфонные компенсаторы для стояков водоснабжения не предназначены для работы с рабочими средами, которые используются в химических, нефтехимических, нефтеперерабатывающих опасных производственных объектах.
Компенсатор сильфонный для стояков водоснабжения может быть изготовлен с внешним защитным кожухом, позволяющим защитить сильфон от внешних воздействий, а также внутренним экраном для защиты сильфона от воздествий рабочей среды.

До недавнего времени в системах отопления традиционно применялись устаревшие компенсирующие устройства, П, S, L -образные компенсаторы. Такие устройства просты и имеют сравнительно невысокую стоимость. Применение П, S и L -образных систем позволяет создавать компенсирующие устройства непосредственно на месте монтажа. Такие  компенсаторы изготовливаются из отводов и прямых отрезков труб при помощи сварки. Диаметр, толщина стенки и марка стали труб для гнутых компенсаторов должны быть такие же, как и для основных участков трубопровода. Компенсационная способность таких конструкций колеблется в зависимости от диаметра трубопроводов, чем больше диаметр, тем больше компенсационная способность. Расположение таких устройств при монтаже рекомендуется принимать горизонтальное. При вертикальном или наклонном их расположении требуется применение воздушных или дренажных устройств. Для создания максимальной компенсирующей способности гнутые компенсаторы перед монтажом, в холодном состоянии приходилось растягивать и закреплять распорками. В таком положении их устанавливали и монтировали на трубопровод при помощи сварки. Распорки удалялись только после присоединения компенсатора к трубопроводу. При этом  имеют целый ряд значительных недостатков: П, S, L -образные компенсаторы требуют выделения значительной площади для их установки, а сальниковые требуют периодического технического обслуживания и постоянного контроля, а при подземной прокладке постройки специальных камер. Таким образом первоначальная экономия на стоимости самих компенсаторов, влечет за собой потерю полезной площади, существенное увеличение стоимости монтажа и штата обслуживающего персонала.
Кроме того установка сальникового компенсатора достаточно трудоемка. Сальниковые компенсаторы при монтаже необходимо устанавливать строго соосно с трубопроводом, без перекосов во избежание заедания подвижных частей и повреждения сальниковой набивки компенсатора. Направляющие устройства в местах подсоединения к таким компенсаторам должны плотно обжимать трубы пригнанными к ним роликами и центрировать трубу в горизонтальной и вертикальной поверхностях, не создавая больших продольных усилий трения в местах соприкосновения. Сальниковые компенсаторы не подвергаются растяжке после установки, так как при приварке компенсатора к трубопроводу его раздвигают на длинну, указанную в инструкции производителя и заложенную в проекте, определяемую по расстоянию между рисками, нанесёнными на его корпусе и стакане при его изготовлении. При этом между упорными кольцами на патрубке и в корпусе компенсатора должен быть оставлен зазор на случай понижения температуры по сравнению с температурой воздуха в момент монтажа. Минимальная величина зазоров при длине участка трубопровода 100мм должна составлять при температуре наружного воздуха в момент монтажа ниже -5С - 30мм, от -5С до +20С - 50мм, свыше +20С - 60мм. При монтаже необходимо предусмотреть, чтобы в случае срыва или подвижки неподвижных опор движущаяся часть трубы не вырвалась из корпуса компенсатора. В большинстве случаев для этого на скользящую часть трубы приходится приваривают ободок так, чтобы он не мешал работе компенсатора.

Учитывая вышеперечисленные недостатки, наиболее оптимальным решением становится применение сильфонных компенсаторов для стояков водоснабжения, не требующих обслуживания. Применение сильфонных компенсаторов при строительстве трубопроводов и реконструкции отопительных систем высотных жилых домов позволяет снизить риск возникновения причин влекущих за собой разрушение трубопровода. При этом сильфонные компенсаторы герметичны, компактны, долговечны и не требуют обслуживания в течение всего срока эксплуатации.

Компенсатор на стояк водоснабжения позволяет гасить ряд вибраций возникающих при работе трубопровода и насосного оборудования, компенсировать движение трубопровода при изменении температуры проводимой или окружающей среды, влекущих за собой тепловое расширение вследствие нагрева рабочей средой, а также воспринимает на себя смещение труб при оседании почв и опор, значительно продлевая срок службы трубопровода.

Компенсатор монтируются на стояк после установки на трубопроводе неподвижных опор, при монтаже вертикальных участков трубопроводов необходимо принимать меры, исключающие возможность сжатия и деформации компенсаторов под действием силы тяжести трубопроводов. Монтаж производится в соответствии с проектом трубопровода, выполненным  проектной организацией ,и осуществляется путем его приварки к трубопроводу. Компенсаторы при монтаже необходимо устанавливать строго соосно с трубопроводом, без перекосов во избежание заедания и повреждение его подвижных частей.

Расчет удлинения участка стального трубопровода проводится по формуле:
L= 0,012×Н×(T1-T2),
где:
0.012 мм/(м×С)- коэффициент температурного удлинения углеродистой стали.
Н м– высота трубы.
Т1 °С - максимальная температура воды в системе отопления.
Т2 °С- минимальная температура монтажа системы отопления.
L= 0,012* 30* (90- (-10))=36 мм.
При расчете компенсаторов в высотных домах применяются аналогичные вычисления. Например, для 20-ти этажного дома понадобится установить уже 3 сильфонных компенсатора на каждую трубу системы отопления.

Для систем отопления (при 70-90º С) компенсирующая способность рассчитывается как Δ=1 мм/м. Каждый компенсатор должен быть установлен между двух неподвижными опорами для вертикального трубопровода длиной 30 м (10 этажное здание).

Подбирая компенсатор для стояков водоснабжения сильфонный необходимо рассчитать срок службы и определить реальный срок службы воспользовавшись методикой подбора компенсаторов в зависимости от количества циклов и длины сильфона.

При расчете следует учитывать, что компенсатор на 50 циклов должен работать от 1 до 5 лет, компенсатор на 1000 циклов должен работать от 5 до 15 лет, на 5000 - до 25 лет и более (при этом важно учитывать условия эксплуатации).
Одним полным циклом считается осевое сжатие-растяжение сильфона на полную длину его рабочего хода.
К примеру, если осевой ход указан - 210 мм. для 5000 циклов, то это означает: (+/-105).
Допустим мы имеем два компенсатора  заложенные в проект тепловой сети. Один компенсатор с длиной 1080 мм, который рассчитан как минимум на 1000 полных циклов; другой с длиной 630 мм, рассчитаный на 50 циклов.
Но при эксплуатации, компенсаторы не будут постоянно работать на полную длинну осевого хода, это зависит от условий работы: температуры раб. среды, перепадов давления, вибраций и т.п. Если конструкция работает не на полную мощность, то осевые перемещения будут меньше чем +/-105 мм и, соответственно, ресурс работы увеличится.
Показатель осевого хода напрямую связан с количеством циклов срабатывания: чем больше один, тем меньше второй.
Так, компенсатор с длиной 630 мм и компенсирующей способностью 210 мм (+/-105) проработает 50 циклов, но если величина срабатывания составит +/-95, то пройдет 75 циклов, если он будет компенсировать +/-31,5 мм, то его ресурс увеличится до 5000 циклов.
Компенсатор с длиной 1080 мм и компенсирующей способностью 210 мм (+/-105) проработает 1000 циклов, если же он будет работать с компенсирующей способностью +/-95, то сможет выдержать 1100 циклов, если он будет компенсировать сжатие-растяжение +/-31,5 мм, то его ресурса увеличится до 140000 циклов.

Поэтому перед заказом компенсаторов необходимо ознакомиться с условиями в которых допускается применение  компенсатора, а также вычислить запас необходимого осевого хода сильфона.

Безопасность эксплуатации компенсатора должна обеспечиваться: прочностью и герметичностью компенсатора в соответствии с требованиями технических условий; прочностью и герметичностью технологической магистрали;  надежным креплением при монтаже на объекте, качеством сварного шва. Все работы по монтажу и демонтажу  компенсатора должны выполняться при полном  отсутствии давления в технологической магистрали.

Гарантия качества является важнейшей задачей при производстве сильфонных компенсаторов,  она обеспечивается на всех стадиях проектирования, производственной технологии и испытаний готовой продукции. Контроль осуществляется путем проведения разрушающих испытаний в лаборатории завода проводя следующие тесты: усталостные испытания; испытания на разрыв;  испытания механических свойств материала и сварных швов на растяжение, на удлинение, на прогиб и удары; лабораторные исследования структуры металла, сварного соединения;  исследования жесткости.
При исследовании химического состава применяется спектрофотометр. Проводится фотографирование х800 при помощи металлографического микроскопа.

Компенсатор для стояков водоснабжения сильфонный также проходит неразрушающий контроль: при помощи радиографа; сквозного исследования; ультразвукового исследования; исследования магнитными частицами; гидравлического и пневматического исследования давления.