KAN-therm: Компенсация температурных удлинений



Компенсация температурных удлинений

Любой материал: твердый, жидкий, газообразный в соответствии с законами физики изменяет свой объем пропорционально изменению температуры. Для предметов, длина которых значительно превышает ширину и глубину, например, трубы, главным показателем является продольное расширение по оси – тепловое (температурное) удлинение. Такое явление должно быть обязательно принято в расчет в ходе реализации тех или иных инженерных работ.

К примеру, во время поездки на поезде слышно характерное постукивание из-за термических стыков рельс (рис.1), или при прокладке линий электропередач, провода монтируют, так чтобы они провисали между опорами (рис.2).

рис.1      рис. 2 
характерное постукивание из-за термических стыков рельс прокладка линий электропередач

Если же не предусмотреть мероприятия по борьбе с тепловыми расширениями, то подобная эксплуатация может привести к порче оборудования или даже к аварии (рис.3).

рис.3   
характерное постукивание из-за термических стыков рельс прокладка линий электропередач Компенсация температурных удлинений

            рис.4
провисающие трубы

 

Все тоже самое происходит и в инженерной сантехнике. Под воздействием температурных удлинений, при применении несоответствующих случаю материалов и отсутствию мероприятий по тепловой компенсации в системе, трубы провисают (рис.4 справа), увеличиваются усилия на элементах крепления неподвижных опор и на элементы инсталляции, что уменьшает долговечность системы в целом, а, в крайних случаях, может привести и к аварии.

 

Увеличение длины трубопровода рассчитывается по формуле:

 
Компенсация температурных удлинений
 
где:
 
ΔL – увеличение длины элемента [м]
α – коэффициент теплового расширения материала [1/K]
lo – начальная длина элемента [м]
T2 – температура конечная [K]
T1 – температура начальная [K]
 
Компенсация тепловых расширений для трубопроводов инженерных систем осуществляется преимущественно тремя способами:
  • естественная компенсация за счет изменения направления трассы трубопровода;
  • использование элементов компенсации, которые в состоянии погасить линейные расширения труб (компенсаторы);
  • предварительная натяжка труб (данный способ достаточно опасен и должен быть использован с крайней осторожностью).

            рис.5
прокладка труб произвольными дугами

Естественная компенсация используется в основном при “скрытом” способе монтажа и представляет собой прокладку труб произвольными дугами (рис.5). Этот способ подходит для полимерных труб малой жесткости, таких как трубопроводы Системы KAN-therm Push: PE-X или PE-RT. Данное требование указано в СП 41-09-2005 (Проектирование и монтаж внутренних систем водоснабжения и отопления зданий с использованием труб из “сшитого” полиэтилена) в п. 4.1.11 В случае прокладки труб ПЭ-С в конструкции пола не допускается натягивание по прямой линии, а следует укладывать их дугами малой кривизны (змейкой) (...)

 
Такая укладка имеет смысл при монтаже трубопроводов по принципу “труба в трубе”, т.е. в трубе гофрированной или в трубной теплоизоляции, что указано не только в СП 41-09-2005, но и в СП 60.13330-2012 (Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха) в п.6.3.3 …Прокладку трубопроводов из полимерных труб следует предусматривать скрытой: в полу (в гофротрубе)…
 

Тепловое удлинение трубопроводов компенсируется за счет пустот в защитных гофрированных трубах или теплоизоляции.

При выполнении компенсации такого типа следует обращать внимание на исправность фитингов. Чрезмерное напряжение, возникающее из-за изгиба труб, могут привести к образованию трещин на тройнике (рис. 6). Чтобы этого гарантировано избежать, изменение направления трассы трубопроводов должно происходить на расстоянии – минимум 10 наружных диаметров от штуцера фитинга, а труба рядом с фитингом должна быть жестко закреплена, это, в свою очередь, минимизирует воздействие изгибающих нагрузок на штуцеры фитинга.
 
рис.6
образование трещин на тройнике
 
Еще одним видом естественной температурной компенсации является, так называемое, “жесткое” крепление трубопроводов. Оно представляет собой разбивку трубопровода на ограниченные участки температурной компенсации таким образом, чтобы минимальное увеличение трубы значимым образом не влияло на линейность ее прокладки, а излишние напряжения уходили в усилия на крепления точек неподвижных опор (рис.7).
 
                                                   рис.7
время безоринго
Компенсация этого типа работает на продольный изгиб. Для защиты трубопроводов от повреждения необходимо разделить трубопровод точками неподвижных опор на участки компенсации не более 5 м. Следует обратить внимание, что при такой прокладке на крепления трубопроводов воздействует не только вес оборудования, но и напряжения от температурных удлинений. Это ведет к необходимости каждый раз рассчитывать предельно допустимую нагрузку на каждую из опор.
 
Силы, возникающие от тепловых удлинений и воздействующие на точки неподвижной опоры, рассчитываются по следующей формуле: 
 
 
 

Компенсация температурных удлинений

 

где:
 
DZ – наружный диаметр трубопровода [мм]
s – толщина стенки трубопровода [мм]
α – коэффициент теплового удлинения трубы [1/K]
E – модуль упругости (Юнга) материала трубы [Н/мм]
ΔT – изменение (прирост) температуры [K]
 
Кроме этого, на точку неподвижной опоры также действует собственный вес отрезка трубопровода, заполненного теплоносителем. На практике основной проблей является то, что ни один производитель крепежа не дает данных по предельно допустимым нагрузкам на свои элементы креплений.
 
Естественными компенсаторами температурных удлинений являются Г,П,Z-образные компенсаторы. Это решение применяется в местах, где возможно перенаправить свободные термические удлинения трубопроводов в другую плоскость (рис. 8). 
 
рис.8
 
возможноcть перенаправить свободные термические удлинения трубопроводов в другую плоскость
 
Размер компенсационного плеча для компенсаторов типа „Г” „П” и „Z” определяется в зависимости от полученных тепловых удлинений, типа материала и диаметра трубопровода. Расчет выполняется по формуле:
 
 
Компенсация температурных удлинений
 
 
где:
A – длина компенсационного плеча [м]
K – константа материала трубы
Dz – наружный диаметр трубопровода [м]
ΔL – тепловое удлинение отрезка трубопровода [м]
 
Константа материала K связана с напряжениями, которые может выдержать данный тип материала трубопровод. Для отдельных Систем KAN-therm значения постоянной материала K представлены ниже:
Push K = 15
Push Platinum K = 33
Press K = 36
PP K = 20
Steel K = 45
Inox K = 45
 
Компенсационное плечо компенсатора типа „Г” :
 
Компенсационное плечо компенсатора типа „Z”:
 
A – длина компенсационного плеча
L – начальная длина отрезка трубопровода
ΔL – удлинение отрезка трубопровода
PS – точка неподвижной опоры (неподвижная фиксация) трубопровода
PP – подвижная опора
Компенсационное плечо компенсатора типа „П”:
 
Компенсационное плечо компенсатора типа „П”:
 
A – длина компенсационного плеча
L1, L2 – начальная длина отрезков 
ΔLx – удлинение отрезка трубопровода
PS – точка неподвижной опоры (неподвижная фиксация) трубопровода
S – ширина компенсатора
Для расчета компенсационного плеча А необходимо принять за эквивалентную длину Lэ большее из значений L1 и L2. Ширина S должна составлять S = A/2, но не менее 150 мм.
Компенсационное плечо компенсатора типа „Z”:
 
Компенсационное плечо компенсатора типа „Z”
 
A – длина компенсационного плеча
L1, L2 – начальная длина отрезков 
ΔLx – удлинение отрезка трубопровода
PS – точка неподвижной опоры    (неподвижная фиксация) трубопровода
Для расчета компенсационного плеча необходимо принять за эквивалентную длину Lэ сумму длин отрезков L1 и L2: Lэ = L1+L2. 
При использовании продукции KAN возможно воспользоваться специальными калькуляторами компенсаторов температурных удлинений на сайте KAN (рис.9) или в приложении KAN Mobile App.
 

рис.9

калькулятор компенсаторов температурных удлинений

 

Кроме геометрических температурных компенсаторов существует большое количество конструктивных решений такого вида элементов:

  • сильфонные компенсаторы,
  • эластомерные компенсаторы,
  • тканевые компенсаторы,
  • петлеобразные компенсаторы.
 
Ввиду относительно высокой цены некоторых вариантов, такие компенсаторы чаще всего применяются в местах, где ограничено пространство или технические возможности геометрических компенсаторов или естественной компенсации. Эти компенсаторы имеют ограниченный срок эксплуатации, рассчитанный в рабочих циклах – от полного расширения до полного сжатия. По этой причине для оборудования, работающего циклически или с переменными параметрами, трудно определить конечное время эксплуатации устройства.
Сильфонные компенсаторы для компенсации тепловых удлинений используют упругость материала сильфона. Сильфоны часто изготавливаются из нержавеющей стали. Такая конструкция определяет срок службы элемента - приблизительно 1000 циклов. 
Компания KAN имеет сильфонные компенсаторы для своих систем из оцинкованной KAN-therm Steel и нержавеющей стали KAN-therm Inox (рис 10).
 
рис.10
оцинкованная KAN-therm Steel  нержавеющая сталь KAN-therm Inox
Величина максимальной компенсационной способности осевого компенсатора определяется из таблицы:
 
Артикул KAN Dнар Макс. Осевая компенсация, 2δn
 

мм.

мм
6198302 15 14
6198313 18 16
6198324 22 20
6198335 28 22
6198346 35 24
6198357 42 24
6198368 54 30
6198379 76,1 30
6198381 88,9 30
6198390 108 30
 
Срок службы осевых компенсаторов сильфонного типа значительно снижается в случае несоосного монтажа компенсатора. Эта особенность требует высокой точности их монтажа, а также их правильного крепления:
  • возможно монтировать не более одного компенсатора на участке температурной компенсации между 2 соседними точками неподвижных опор;
  • подвижные опоры должны полностью охватывать трубы и не создавать большого сопротивления компенсации. Максимальный размер люфтов не более 1 мм;
  • осевой компенсатор рекомендуется, для большей стабильности, устанавливать на расстоянии 4Dn от одной из неподвижных опор;
  • максимальное расстояние до первой подвижной опоры не более 4Dн;
  • в месте монтажа сильфонного компенсатора рекомендуется установка ревизионного лючка.
 
Для компенсации температурных удлинений в Системе KAN-therm PP применяют компенсационные петли (рис.11). Этот вид компенсатора может быть применен для трубопроводов диаметром до  32 мм
                              рис.11
 
компенсационные петли

Компенсирующие петли KAN-therm PP могут компенсировать следующие удлинения:

  • ø16 – 80 мм
  • ø20 – 70 мм
  • ø25 – 60 мм
  • ø32 – 50 мм
 
Компенсация температурных удлинений- это многогранный и важный вопрос, требующий детальной проработки и расчета. Компания KAN имеет большой опыт проектирования и реализации трубопроводов из различных материалов, а соответственно и компенсации их удлинения.
 
 
Если у Вас возникают вопросы по температурным компенсациям трубопроводов Системы KAN-therm, Вы можете обратиться к техническому специалисту нашей компании.
 

Автор статьи: Денис Зинченко к.т.н., технический директор Представительства фирмы KAN в России

 

 

Ещё по теме:


 

Компенсация температурных удлинений новые монтажные шкафы
 

 

 

 

//