Kompenzátor ve tvaru U, jeho výpočet, princip činnosti, rozdíly od měchu

Kompenzátor (lat. compensare – kompenzovat, vyvažovat) – zařízení pro vyrovnávání nebo vyrovnávání vlivu různých faktorů na stav a činnost systému, nebo stroje, nebo mechanismu.

• Kompenzátor potrubí je zařízení, které kompenzuje změny délky potrubí při zachování těsnosti.

Neustálé zvyšování výkonu jednotky a produktivity jednotek, další vývoj konstrukce potrubí, jakož i zvyšování teploty a tlaku pracovního prostředí vedly k široké škále konstrukcí kompenzátorů, jejichž označení nejsou standardizovaná. . V důsledku toho často nastávají situace, kdy zákazník, projektant a výrobce používají pro stejný dilatační spoj různé názvy. Aby se předešlo nedorozuměním, klasifikujeme kompenzátory podle různých kritérií: podle principu činnosti, podle konstrukčních rozdílů a podle účelu.

• Podle principu činnosti se kompenzátory dělí na axiální, úhlové a rotační. U axiálních kompenzátorů dochází k pohybům podél osy potrubí. Při zvýšení teploty stěny potrubí se kompenzátor vlnovce stlačí a při poklesu se natáhne.

Úhlový vlnovcový kompenzátor funguje jako závěs v potrubí, takže se během provozu ohýbá. Pro zajištění spolehlivé kompenzace jsou v prostoru mezi dvěma pevnými podpěrami instalovány alespoň dva rohové kompenzátory. Rozdělují zakřivený úsek potrubí na tři části, z nichž dvě jsou upnuty v podpěrách a třetí lze otáčet a vyrovnávat délkové změny. Axiální a úhlové kompenzátory se dělí na nezatížené a nezatížené.

• Rotační kompenzátor spojuje potrubí, jejichž osy jsou umístěny v rovnoběžných rovinách, a kompenzuje jejich vzájemné pohyby.

Podle konstrukčních vlastností se kompenzátory dělí na vlnovcové (do této skupiny patří také čočkové a vlnité kompenzátory), ucpávkové, límcové, ohýbané trubky, látkové, samokompenzační trubky a bimetalické.

Vlnovcové kompenzátory se vyznačují přítomností vlnovce (angl. sylphon – tenkostěnná vlnitá trubka), který je hlavním pracovním prvkem kompenzátoru, při jeho provozu se deformuje a zároveň udržuje těsnost potrubí. Mezi tyto kompenzátory patří i membránové.

U ucpávkových kompenzátorů je těsnost zajištěna ucpávkou stlačenou v mezeře mezi dvěma válcovými, kuželovými nebo kulovými plochami různých průměrů.

• Na rozdíl od ucpávkových kompenzátorů mají kompenzátory manžet v mezeře instalovány elastické manžety přitlačované ke kluzné ploše tlakem dopravovaného média.

Nejpoddajnějším prvkem, který charakterizuje ohýbanou trubku jako kompenzátor, je koleno (místo ohybu osy potrubí, tvořené speciální částí – ohybem). Rovné části odlehčují okraje kolen od sevření a ohýbání, čímž zlepšují spotřebitelské vlastnosti dilatačních spár.

Látkové kompenzátory používají k utěsnění tepelně odolnou technickou tkaninu. Zpravidla mají pevný kovový rám, ke kterému je připevněna látková vložka.

Samokompenzační trubky mají spirálové nebo prstencové zvlnění, jejichž deformace kompenzuje teplotní roztažnost potrubí. Do této skupiny patří také ohebné hadice. Na rozdíl od měchů mají samokompenzační trubky zvlnění menší výšky a jejich tloušťka se rovná tloušťce trubky. Ohebné hadice jsou dlouhé vlnovce s vnějším opletem. Protože nejsou odolné proti vybočení, nepracují v tlaku. Hadice kompenzují prodloužení ohybem.

Bimetalový kompenzátor je kus trubky svařený podélnými švy z několika dílů, které jsou vyrobeny z materiálů s různými koeficienty tepelné roztažnosti. Při zahřátí se ohýbá a vyrovnává prodloužení potrubí.

Klasifikace podle účelu se provádí během procesu návrhu potrubí. Kompenzátory mají zpravidla název systému, pro který jsou určeny. Například v závislosti na provozním tlaku se rozlišují nízkotlaké, středotlaké a vysokotlaké kompenzátory. Existují kompenzátory pro odvod plynu, kotelny, pro výměníky tepla, pro topné sítě, pro nádrže, pro kryogenní potrubí a další.

• Klasifikace podle účelu by měla být použita pouze v případě, že první dvě znaménka nestačí k jasné charakterizaci kompenzátoru.

Kompenzátory nebo kompenzační zařízení se používají při instalaci potrubí s vysokým tlakem nebo vysokou teplotou nosné látky. Při provozu potrubí vzniká řada faktorů, které je třeba vzít v úvahu, aby nedošlo k destrukci nosných konstrukcí. Mezi takové faktory patří teplotní deformace potrubí, vibrace, ke kterým dochází během provozu potrubí, a také pokles betonových podpěrných základů.

Kompenzátory jsou navrženy tak, aby zajistily vzájemnou pohyblivost částí systému. Pokud taková mobilita neexistuje, zvyšuje se zatížení spojovacích prvků, částí potrubí a svarů. Tato zatížení překračují přípustné normy a vedou ke zničení systému.

Existuje několik typů kompenzátorů, které mají různá základní zařízení. Myšlenka na vývoj kompenzátoru ve tvaru U se objevila jako výsledek fenoménu samokompenzace potrubí se závity a ohyby. Během provozu topného potrubí jsou díky těmto závitům trubky schopny vykazovat odolnost vůči torzním a tahovým deformacím.

Nelze však počítat se samokompenzací, protože absolutní hodnota posunutí závisí na počtu rotujících prvků. Aby byla zajištěna možnost kompenzace deformací, je na rovném úseku dálnice instalováno koleno ve tvaru U, které hraje roli kompenzátoru.

Princip činnosti kompenzátoru ve tvaru U

Z hlediska jeho konstrukce je kompenzátor ve tvaru U považován za nejjednodušší, protože se skládá z minimální sady prvků. Právě tento minimalismus umožnil poskytnout širokou škálu technických charakteristik (teplota, tlak). Kompenzátor se vyrábí jedním ze dvou způsobů.

1. Pevná trubka je ohnuta na správných místech s určitým poloměrem ohybu a tvoří strukturu ve tvaru U.
2. Kompenzátor se skládá ze 7 prvků, včetně tří přímých ohybů a 4 otočných úhelníků, které jsou svařeny do jediné konstrukce.

Vzhledem k tomu, že tento kompenzátor musí být často servisován, protože se v koleni tvaru U často hromadí usazeniny ve formě nečistot nebo jiných hustých struktur, jsou jeho připojovací potrubí opatřena přírubami nebo závitovými spojkami. To umožňuje instalaci a demontáž zařízení bez použití speciálních nástrojů.

Kompenzátory ve tvaru U jsou k dispozici pro ocelové i polyetylenové trubky. Design není bez nedostatků. Takže například instalace kompenzátoru ve tvaru U do topného systému vyžaduje vynaložení dalšího materiálu ve formě trubek, úhelníků a ohybů. U topných sítí je vše komplikováno instalací dalších podpěr.

Požadavky na instalaci a náklady na instalaci zařízení ve tvaru U

Navzdory relativní jednoduchosti zařízení není instalace kompenzátoru ve tvaru U vždy levnější ve srovnání například s cenou kompenzátoru vlnovce. Nyní mluvíme o potrubí velkého průměru. V tomto případě náklady na dodatečné prvky a jejich instalaci převyšují náklady na měchové zařízení, a pokud vezmeme v úvahu nutnost postavit podpěry, rozdíl v ceně bude velmi patrný.

Pokud je kompenzátor vyroben ohybem rovné trubky, je třeba počítat s tím, že poloměr tohoto ohybu se musí rovnat osmi poloměrům samotné trubky. Pokud existují švy, struktura je vyrobena tak, aby tyto švy padaly na rovné části. Při vytváření strmých zatáček se přirozeně musíte od těchto pravidel odchýlit.

Klady a zápory designu ve tvaru U

Tento typ kompenzátoru je vhodné použít při instalaci potrubí malých průměrů. Zde je třeba poznamenat, že rozsah velikostí vlnovcových kompenzátorů je poněkud širší. Koleno ve tvaru U se dobře vyrovnává s vibracemi, ale jeho výroba vyžaduje velké množství materiálu, což výrazně zvyšuje náklady na zařízení.

Porovnání charakteristik vlnovců a kompenzátorů ve tvaru U nám umožňuje identifikovat hlavní výhody a nevýhody jednotlivých typů zařízení. Například kompenzátor ve tvaru U je třeba pravidelně udržovat a čistit od usazenin. Vlnovcové kompenzátory netrpí takovými nevýhodami.

Další bod, který bych rád poznamenal, se týká kompenzační schopnosti těchto dvou typů zařízení. Pokud vezmeme v úvahu pouze absolutní hodnoty, pak v tomto ohledu není na žádné straně pozorována jasná výhoda. Chcete-li však zvýšit maximální posun v kompenzátoru ve tvaru U, budete muset zvětšit velikost kolena. U vlnovcového kompenzátoru stačí použít dvoudílné zvlnění, které nemá na rozměry prakticky žádný vliv.

Rád bych do seznamu pozitivních vlastností přidal takovou kvalitu, jako je nedostatek kontroly během provozu. Ale v hustě obydlené oblasti není vždy volný prostor pro instalaci potrubí s kompenzátorem ve tvaru U. Koleno lze montovat pouze na vodorovné úseky, zatímco kompenzátor vlnovce lze instalovat na libovolný rovný úsek.

Konečně další výhodou vlnovcového kompenzátoru je, že nezvyšuje odpor proti proudění kapaliny a plynu. Koleno ve tvaru U výrazně snižuje průtok. Při použití tohoto typu zařízení v domácím topném systému budete muset nainstalovat oběhové čerpadlo, protože kvůli přirozené konvekci nemusí kapalina cirkulovat, pokud narazí na překážku na cestě.

Výpočty pro kompenzátory

Nedostatek norem GOST pro zařízení ve tvaru U někdy výrazně komplikuje úkol plánování projektu, takže je nutný předběžný výpočet kompenzátoru ve tvaru U. V první řadě je nutné vycházet z potřeb projektu. Zohledňují se rozměry potrubí, jeho průměr, maximální tlak a velikost předpokládaného výtlaku.

To znamená, že je prakticky nemožné zakoupit hotový kompenzátor. Pro každý konkrétní případ musí být provedeno osobně. To je další nevýhoda oproti měchovým zařízením.

Při výpočtu parametrů je třeba vzít v úvahu následující omezení a podmínky:

• jako materiál pro potrubí se používá ocel;
• kompenzátory jsou určeny pro vodu i plynná média;
• maximální tlak nosiče nepřesahuje 1,6 atmosféry;
• kompenzátor musí mít správný tvar ve tvaru písmene „P“;
• namontované pouze na vodorovné části;
• vystavení větru je vyloučeno.

Je třeba si uvědomit, že dané parametry jsou považovány za ideální. V reálných podmínkách je možné splnit pouze několik bodů. Pokud jde o teplotu prostředí, je nutné její hodnotu vzít na maximum a okolní teplotu na minimum.

Instalace kompenzátoru

Při stavbě dálnice byste měli používat určitá pravidla, která platí i pro uspořádání dilatačních spár ve tvaru U. Instaluje se tak, aby projekce směřovala doprava. Strany jsou určeny pohledem na potrubí od zdroje k cíli. Není-li pro kompenzátor napravo prostor potřebný, pak se odjezd provede doleva, ale zpětné vedení bude muset být vedeno z pravé strany a to vede ke změnám v konstrukci.

Před přímým uvedením topného potrubí do provozu je nutné povinné předběžné natažení kompenzátoru. Naplněné trubky jsou vystaveny nadměrnému tlaku, takže pokud se tento postup neprovede, kov se brzy začne hroutit.

Napnutí se provádí pomocí speciálních zvedáků a po spuštění jsou odstraněny a koleno zaujme svou předchozí polohu. Velikost napětí je indikována pasovými údaji poskytnutými pro každé zařízení. Při instalaci podpěr je nutné vypočítat jejich umístění, musí být umístěny tak, aby deformace vedly pouze k axiálnímu posunutí trubky na podpěře.