Tuberías y sus conexiones.
La tecnología de transporte de calor impone los siguientes requisitos básicos a las tuberías utilizadas para tuberías de calor:
· suficiente resistencia mecánica y estanqueidad a las presiones de refrigerante existentes;
· elasticidad y resistencia a las tensiones térmicas en alternancia modo térmico;
· constancia de las propiedades mecánicas;
· resistencia a la corrosión exterior e interior;
· baja rugosidad de las superficies interiores;
· ninguna erosión de las superficies internas;
· coeficiente bajo deformaciones por temperatura;
· altas propiedades calorífugas de las paredes de los tubos;
· simplicidad, fiabilidad y estanqueidad de la conexión elementos individuales;
· facilidad de almacenamiento, transporte e instalación.
No todos los tipos de tuberías conocidos hasta la fecha cumplen simultáneamente todos los requisitos enumerados. En particular, estos requisitos no los cumplen plenamente los tubos de acero utilizados para transportar vapor y agua caliente. Sin embargo, alto propiedades mecánicas y elasticidad tubos de acero, así como la simplicidad, confiabilidad y estanqueidad de las conexiones (soldaduras) aseguraron el uso casi al cien por cien de estas tuberías en los sistemas de calefacción urbana.
Los principales tipos de tubos de acero utilizados para redes de calefacción:
Con un diámetro de hasta 400 mm inclusive: sin costura, laminado en caliente;
Con un diámetro superior a 400 mm: soldado eléctrico con costura longitudinal y soldado eléctrico con costura en espiral.
Las tuberías de la red de calefacción se conectan entre sí mediante soldadura eléctrica o de gas. Para las redes de calentamiento de agua, se da preferencia a los grados de acero St2sp y St3sp.
El diseño de la tubería, la ubicación de los soportes y los dispositivos de compensación deben seleccionarse de tal manera que la tensión total de todas las cargas que actúan simultáneamente en cualquier sección de la tubería no exceda la permitida. El punto más débil tuberías de acero Las áreas que se deben utilizar para las pruebas de tensión son las soldaduras.
Soportes.
Los soportes son partes críticas de la tubería de calor. Perciben fuerzas de las tuberías y las transmiten a las estructuras de soporte o al suelo. En la construcción de tuberías de calor se utilizan dos tipos de soportes: libres y fijos.
Soportes gratuitos tomar el peso de la tubería y asegurar su libre movimiento durante las deformaciones por temperatura. Soportes fijos Fijan la posición de la tubería en ciertos puntos y perciben las fuerzas que surgen en los puntos de fijación bajo la influencia de las deformaciones térmicas y la presión interna.
En caso de instalación sin conductos, normalmente es necesario evitar la instalación de soportes libres debajo de las tuberías para evitar ajustes desiguales y tensiones de flexión adicionales. En estos tubos de calor, los tubos se colocan sobre suelo intacto o sobre una capa de arena cuidadosamente compactada. Al calcular las tensiones de flexión y las deformaciones, una tubería que descansa sobre soportes libres se considera una viga de varios tramos.
Según el principio de funcionamiento, los soportes libres se dividen en deslizantes, enrollables, enrollables y suspendidos.
Al elegir el tipo de soportes, no solo debe guiarse por el valor de las fuerzas de diseño, sino también tener en cuenta el funcionamiento de los soportes en las condiciones de funcionamiento. A medida que aumentan los diámetros de las tuberías, las fuerzas de fricción sobre los soportes aumentan considerablemente.
Arroz. A Soporte deslizante: 1 – aislamiento térmico; 2 – semicilindro de soporte; 3 – soporte de acero; 4 – piedra de hormigón; 5 – mortero de cemento y arena
Fig.B Soporte de rodillos. Fig.B Soporte de rodillos. Fig.D Soporte suspendido.
En algunos casos, cuando, según las condiciones de colocación de la tubería, relativamente estructuras portantes No se pueden instalar soportes deslizantes y rodantes; La desventaja de los soportes de suspensión simples es la deformación de las tuberías debido a las diferentes amplitudes de las suspensiones ubicadas en diferentes distancias desde un soporte fijo, debido a diferentes ángulos doblar. A medida que se aleja del soporte fijo, aumenta la deformación térmica de la tubería y el ángulo de rotación de los soportes.
Compensación de deformaciones por temperatura.
La compensación de las deformaciones por temperatura se realiza mediante dispositivos especiales: compensadores.
Según el principio de funcionamiento, los compensadores se dividen en radiales y axiales.
Juntas de dilatación radiales Permitir el movimiento de la tubería tanto en dirección axial como radial. Con la compensación radial, la deformación térmica de la tubería se absorbe debido a la flexión de inserciones elásticas o secciones individuales de la propia tubería.
Fig. Compensadores. a) en forma de U; b) en forma de Ω; c) en forma de S.
Ventajas: simplicidad del dispositivo, confiabilidad, descarga de soportes fijos de fuerzas de presión internas. Desventaja: movimiento lateral de áreas deformadas. Esto requiere un aumento en la sección transversal de los canales no transitables y complica el uso de aislamiento de relleno y la instalación sin canales.
Juntas de dilatación axiales Permita que la tubería se mueva solo en la dirección del eje. Están hechos de tipo deslizante - prensaestopas y elástico - lente (fuelle).
Se instalan compensadores de lentes en tuberías. baja presión– hasta 0,5 MPa.
Arroz. Compensador. a) prensaestopas de un lado: b) compensador de lente de tres ondas
1 – vaso; 2 – cuerpo; 3 – embalaje; 4 – anillo de empuje; 5 – libro de suelo.
Propósito de la lección. Familiarización de los estudiantes con los métodos básicos para conectar tuberías en tuberías y aliviarlas de las tensiones que surgen debido a las deformaciones térmicas.
Sección 1. Conexiones de tuberías en tuberías de proceso]
Se realizan conexiones de secciones de tubería individuales entre sí y con accesorios. de varias maneras. La elección del método depende de la confiabilidad requerida de la operación, el costo inicial, la frecuencia requerida de desmontaje, las propiedades del material de las piezas que se conectan, la disponibilidad de herramientas apropiadas y las habilidades del personal de instalación y operación.
Todos los tipos de conexiones se pueden dividir en desmontables y permanentes. Las conexiones desmontables incluyen conexiones roscadas (mediante acoplamientos, niples), bridas, casquillos y dispositivos especiales. Las conexiones permanentes incluyen soldadura, soldadura fuerte o pegado.
Conexiones roscadas. Las conexiones roscadas para tuberías se utilizan principalmente en tuberías de suministro de agua y calefacción y en tuberías de gas para uso doméstico. En la industria química, estos compuestos se utilizan en tuberías. aire comprimido. En el caso de conexiones roscadas, los extremos de los tubos se cortan desde el exterior con roscas para tubos. Esta rosca se diferencia de las roscas normales (métricas) por un paso mucho más pequeño y una profundidad menor. Por lo tanto, no provoca un debilitamiento significativo de la pared de la tubería. Además, las roscas de tubería tienen un ángulo de vértice triangular de 55°, mientras que las roscas métricas tienen un ángulo triangular de 60°.
Las roscas para tuberías se fabrican en dos versiones: con la parte superior cortada en línea recta y redondeada. Las roscas de tubería rectas y redondeadas fabricadas con las tolerancias adecuadas son intercambiables.
Para conectar tuberías en tuberías. presión alta Se utiliza hilo cónico. La conexión de rosca cónica es excepcionalmente apretada.
Los extremos de las tuberías se conectan entre sí y con los accesorios mediante acoplamientos roscados. Enganche conexiones roscadas Generalmente se utiliza para tuberías con un diámetro de hasta 75 mm. En ocasiones, este tipo de conexión también se utiliza al tender tuberías. grandes diámetros(hasta 600 mm) .
Acoplamiento (Fig. 5.1, A Y b) es un cilindro hueco corto, cuya superficie interior está completamente cortada con roscas para tubos. Los acoplamientos están fabricados en fundición dúctil para diámetros nominales de 6 a 100 mm. y fabricado en acero para diámetros nominales de 6 a 200 mm . Para la conexión mediante un acoplamiento, los tubos a conectar se cortan a la mitad de la longitud del acoplamiento y se atornillan entre sí. Si se unen dos tuberías previamente instaladas, se utiliza un codo (Fig. 5.1, c). Para sellar la junta de acoplamiento se utilizaban previamente hilos de lino o cordones de amianto. Para mejorar la estanqueidad de las tuberías de gas, el material sellador se impregnó con pintura. Actualmente, las hebras de lino han sido prácticamente sustituidas por material sellador fluoroplástico (FUM) y una pasta especial (germeplast).
| Arroz. 5.1.- Racores roscados. un, 6– acoplamientos; V– sogón; GRAMO– contratuerca. |
Para la bifurcación de tuberías ensambladas sobre roscas, se utilizan tees y cruces, y para las transiciones de un diámetro a otro, se utilizan acoplamientos o insertos especiales.
Conexiones de brida. Las bridas son discos metálicos que se sueldan o atornillan a una tubería y luego se atornillan a otra brida (Figura 5.2). Para ello, se hacen varios agujeros alrededor del perímetro del disco. De esta manera, es posible conectar no solo dos secciones de la tubería, sino también conectar la tubería a un tanque, bombear, conducirla a un equipo o dispositivo de medición. Las conexiones de brida se utilizan en la industria energética, de petróleo y gas, química y otras industrias. Las bridas facilitan la instalación y el desmontaje.
Las bridas de acero se producen con mayor frecuencia, aunque también se producen bridas de plástico para algunos tipos de tuberías. Durante la producción se tiene en cuenta el diámetro de la tubería a la que se realizará la fijación y su forma. Dependiendo de la forma de la tubería, el orificio interno de la brida puede ser no solo redondo, sino también ovalado o incluso cuadrado. La brida se fija a la tubería mediante soldadura. La brida emparejada se une a otra sección de tubería o equipo y luego ambas bridas se atornillan entre sí a través de los orificios existentes. Las conexiones de brida se dividen en sin empaquetar y con empaquetadura. En el primero, la estanqueidad se garantiza mediante un procesamiento cuidadoso y una alta compresión. En segundo lugar, se coloca una junta entre las bridas. Existen varios tipos de juntas, dependiendo de la forma de las propias bridas. Si la brida tiene superficie lisa, entonces la junta puede ser de cartón, goma o paronita. Si una brida tiene una ranura para la protuberancia, que se encuentra en la brida emparejada, entonces se utiliza una junta de paronita y asbesto-metal. Esto generalmente se hace cuando se instala en tuberías de alta presión.
Según el método de montaje en la tubería, las bridas se dividen en soldadas (Fig. 5.3, f, g, h), fundidas integralmente con la tubería (Fig. 5.3, a, b), con cuello roscado (Fig. 5.3 , c), libre sobre tubo embridado (Fig. 5.3, j) o anillos (Fig. 5.3, h), estos últimos planos o con cuello para bridar.
Según otra clasificación, las bridas son libres (Fig. 5.3, h, i, j), bridas con collar (Fig. 5.3, a, b, g, h) y planas (Fig. 5.3, c, d, e, f) .
Las bridas tienen dimensiones dependiendo del diámetro de la tubería ( dy) y presión ( Py), pero las dimensiones de conexión de todas las bridas son las mismas para el mismo dy Y Py.
Conexiones de enchufe. Las conexiones de enchufe (Fig. 5.4) se utilizan para la colocación de ciertos tipos de acero, hierro fundido, cerámica, vidrio, faolita, tubos de fibrocemento, así como tuberías de plástico. Su ventaja es su relativa simplicidad y bajo costo. Al mismo tiempo, una serie de desventajas: la dificultad de conectar la conexión, la confiabilidad insuficiente, la posibilidad de una violación de la estanqueidad cuando se produce una ligera desalineación de las tuberías adyacentes, limitan el uso de este tipo de conexión.
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| Arroz. 5.4.– Conexión de enchufe. |
1 – campana, 2 – embalaje Para sellar la conexión del casquillo (Fig. 5.4), el espacio anular formado por el casquillo 1 de un tubo y el cuerpo del otro, se rellena con la empaquetadura 2, que se utiliza como cordón aceitado, cordón de amianto o anillos de goma. Después de lo cual la parte exterior de este espacio se calafatea o se cubre con algún tipo de masilla. La forma de realizar este trabajo y el tipo de materiales utilizados dependen del material de las tuberías. Así, los casquillos de las tuberías de agua de hierro fundido se calafatean con hilos de lino y cemento humedecido y, en casos especialmente críticos, se rellenan con plomo fundido, que luego también se calafatea. Los casquillos de las tuberías de alcantarillado de cerámica se rellenan hasta la mitad con hilos de resina de cáñamo. La segunda mitad está rellena de arcilla blanca bien lavada. En la construcción residencial, sellar enchufes. tubos de hierro fundido
Realizado con masilla asfáltica. Dispositivos especiales . Usado gran número
una variedad de conexiones de tuberías especiales. Sin embargo, los más comunes se desmontan fácilmente. Como ejemplo, considere una conexión que utiliza una tuerca de conexión (Fig. 5.5). piezas de metal(1, 2 y 4) y junta blanda 3. Las partes principales de la tuerca 1 y 4 se atornillan a las roscas cortas de los tubos. parte media - tuerca de unión 2 – reúne estas partes principales. La estanqueidad de la conexión se consigue mediante una junta blanda (goma, amianto, paronita) 3. Gracias a la presencia de la junta, la tuerca de unión no entra en contacto con el medio que circula por las tuberías, con lo que se corre el riesgo de que se rompa. Se minimiza el atasco de tuercas.
Conexión de tuberías mediante soldadura, soldadura y pegado. En la industria, los métodos para conectar tuberías mediante soldadura, soldadura fuerte y pegado se han generalizado. Mediante soldadura o soldadura fuerte, puede conectar tuberías hechas de metales ferrosos (excepto hierro fundido), metales no ferrosos y plástico vinílico.
La diferencia entre soldar y soldar es que en el primer caso se utiliza el mismo material para conectar las tuberías que aquel con el que están hechas. En el segundo, una aleación (soldadura) con un punto de fusión significativamente menor que el del material de la tubería. Las soldaduras generalmente se dividen en dos grupos: blandas y duras. Las soldaduras blandas incluyen aquellas con un punto de fusión de hasta 300 °C y las soldaduras duras, por encima de 300 °C. Además, las soldaduras varían significativamente en cuanto a resistencia mecánica. soldaduras blandas Son aleaciones de estaño y plomo (POS). Una gran cantidad de soldaduras de estaño y plomo contienen un pequeño porcentaje de antimonio. Las soldaduras duras más comunes son las de cobre-zinc (PMC) y plata (PSr) con diversos aditivos.
El costo de preparar tuberías para soldar y el costo de la soldadura en sí es muchas veces menor que el costo de una conexión de brida (un par de bridas, juntas, pernos y tuercas, trabajo para ajustar la brida a la tubería). Bien hecho junta soldada es muy duradero y no requiere reparaciones ni paradas de producción asociadas, como ocurre, por ejemplo, al arrancar las juntas en una conexión de brida.
En una tubería soldada, las bridas se instalan solo en los lugares donde se instalan los accesorios. Sin embargo, es posible utilizar refuerzos de acero con extremos soldados.
A pesar de las ventajas de soldar y soldar tuberías frente a otro tipo de conexiones, no conviene realizarlas en tres casos:
· si el producto transmitido a través de las tuberías tiene un efecto destructivo sobre el metal depositado o sobre los extremos de las tuberías calentadas durante la soldadura;
· si la tubería requiere un desmontaje frecuente;
· si la tubería está situada en un taller cuya naturaleza de producción impide trabajar con llama abierta.
Al conectar tuberías de acero al carbono, se puede utilizar tanto oxígeno-acetileno (gas) como soldadura por arco eléctrico. La soldadura con gas tiene las siguientes ventajas sobre la soldadura por arco eléctrico:
· el metal en la soldadura se vuelve más viscoso;
· el trabajo se puede realizar en lugares de difícil acceso;
· Las uniones del techo son mucho más fáciles de hacer.
La soldadura por arco eléctrico, sin embargo, tiene sus ventajas:
· es 3-4 veces más barato que la soldadura con gas;
· las piezas a soldar se calientan menos.
En preparación para soldar tuberías con un espesor de al menos 5 mm, los bordes de las tuberías se liman en un ángulo de 30-45°. Interior la pared permanece sin cortar con un espesor de 2-3 mm . Para asegurar una buena penetración de las tuberías, se deja un espacio de 2-3 mm entre ellas. . Este espacio también protege los extremos de los tubos para que no se aplanen ni se doblen. A lo largo de la superficie exterior de la costura se fusiona un cordón de refuerzo de 3-4 mm de altura. . Para evitar que entren gotas de metal fundido en la tubería, la costura no está soldada en 1 mm. a superficie interior tubería
La conexión de tuberías hechas de metales no ferrosos mediante soldadura o soldadura se realiza utilizando uno de los métodos que se muestran en la Fig. 5.6.
La soldadura a tope (Fig. 5.6, a) se usa ampliamente para conectar tuberías de plomo y aluminio. La soldadura (soldadura) con cordones y enrollado de extremos (Fig. 21, b, cyd) se utiliza al conectar cables y tubos de cobre. En los casos en los que se imponen requisitos de resistencia particularmente altos a la conexión, la soldadura se realiza como se muestra en la Fig. 5.6, d.
Para fortalecer la costura al conectar tuberías de aluminio, el metal se suelda con un rodillo (Fig. 5.6, a), y al conectar tuberías de plomo y cobre, los bordes exteriores de las tuberías también se rebordean ligeramente (Fig. 5.6, b, c , d).
La conexión de tuberías de aluminio y plomo se realiza mediante un revestimiento de metal que es el mismo que el metal base de las tuberías, es decir, soldadura; Conexión de tuberías de cobre, tanto mediante soldadura como mediante soldadura dura.
Las tuberías de Faolite se pueden conectar pegando utilizando los métodos que se muestran en la Fig. 5.6, c, d. Las tuberías de plástico vinílico se conectan de acuerdo con los métodos que se muestran en la Fig. 5.6, a, byc, y la conexión según el método mostrado en la Fig. 5.6, b, es muy duradero.
Sección 2.ª Dilatación por temperatura de tuberías y su compensación.
La temperatura de funcionamiento normal de las tuberías difiere, a menudo significativamente, de la temperatura a la que fueron instaladas. Como resultado de la expansión térmica, se producen tensiones mecánicas en el material de las tuberías que, si no se toman medidas especiales, pueden provocar su destrucción. Estas medidas se denominan compensación de la expansión térmica o simplemente compensación de temperatura de la tubería.
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| Arroz. 5.7. Flexión de tuberías durante la autocompensación. |
El método más sencillo y económico para compensar la temperatura de las tuberías es la llamada "autocompensación". La esencia de este método es que la tubería se coloca con vueltas para que las secciones rectas no excedan una determinada longitud de diseño. Un tramo recto de tubería, ubicado en ángulo con otro tramo y formando una sola pieza con él (Fig. 5.7), puede absorber su alargamiento debido a su propia deformación elástica. Normalmente, ambos tramos de tubería situados en ángulo perciben mutuamente la expansión térmica y, por tanto, desempeñan el papel de compensadores. Para la ilustración en la Fig. 5.7 la línea continua muestra la tubería después de la instalación, y la línea de puntos y guiones la muestra en un estado funcional y deformado (la deformación es exagerada).
La autocompensación se realiza fácilmente en tuberías de acero, cobre, aluminio y plástico vinílico, ya que estos materiales tienen una resistencia y elasticidad significativas. En tuberías hechas de otros materiales, el alargamiento generalmente se absorbe mediante juntas de dilatación, que se describen a continuación.
Utilizando la deformación de un tramo de tubo recto, se puede, en términos generales, percibir alargamiento térmico cualquier tamaño, siempre que la sección de compensación tenga la longitud suficiente. En la práctica, sin embargo, no suelen superar los 400 mm. para tubos de acero y 250 mm para plástico vinílico.
Si la autocompensación de la tubería es insuficiente para aliviar las tensiones de temperatura o no se puede realizar, se recurre al uso dispositivos especiales, que se utilizan como compensadores de lentes y prensaestopas, así como compensadores de tubos doblados.
Compensadores de lentes. El funcionamiento del compensador de lente se basa en la desviación de placas redondas o ensanchamientos ondulados que forman el cuerpo del compensador. Los compensadores de lentes pueden estar hechos de acero, cobre rojo o aluminio.
Según el método de ejecución, distinguen siguientes tipos compensadores de lentes: soldados a partir de medias ondas estampadas (Fig. 5.8, a y b), soldados en forma de disco (Fig. 5.8, c ), tambor soldado (Fig. 5.8, d) y diseñado específicamente para trabajos en tuberías de vacío (Fig. 5.8, d) .
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| Arroz. 5.8.– Compensadores de lentes. |
Las ventajas comunes de los compensadores de lentes de todos los tipos sin excepción son su tamaño compacto y sus bajos requisitos de mantenimiento. En la mayoría de los casos, estas ventajas se ven eclipsadas por sus importantes desventajas. Los principales son los siguientes:
· la lente compensadora crea fuerzas axiales importantes que actúan sobre los soportes fijos de la tubería;
capacidad de compensación limitada (la deformación máxima del compensador de la lente no supera los 80 mm):
· inadecuación de los compensadores de lentes para presiones superiores a 0,2-0,3 MPa;
relativamente alto resistencia hidráulica;
· complejidad de la fabricación.
Debido a las consideraciones anteriores, los compensadores de lentes se utilizan muy raramente, es decir, cuando coinciden una serie de condiciones específicas: a presión media baja (desde vacío hasta 0,2 MPa), en presencia de una tubería gran diámetro(al menos 100 mm), con una longitud corta del área atendida por el compensador (generalmente no más de 20 m), al transmitir gases y vapores a través de tuberías, pero no líquidos.
Compensadores de sellos de aceite. El tipo más simple de compensador de prensaestopas (el llamado compensador desequilibrado unilateral) se muestra en la Fig. 5.9. Consta de un cuerpo 4 con una pata (con la que se fija a un soporte fijo), un vaso 1 y un retén de aceite. Este último incluye el prensaestopas 3 y la caja de empaque (sello de empaque) 2. El prensaestopas generalmente está hecho de cordón de amianto frotado con grafito, colocado en forma de anillos separados. El vidrio y el cuerpo están conectados a la tubería mediante bridas. El vaso tiene un lado (marcado con la letra A), evitando que el vidrio se caiga del cuerpo.
Las principales ventajas de las juntas de dilatación del prensaestopas son su compacidad y su importante capacidad de compensación (normalmente hasta 200 mm). y superiores).
Desventajas de las juntas de dilatación del prensaestopas:
· grandes fuerzas axiales,
· la necesidad de un mantenimiento periódico de los sellos (lo que requiere detener la tubería),
Posibilidad de paso (fuga) del medio a través del sello,
· la posibilidad de que se atasque el sello, provocando la rotura de cualquier parte de la tubería.
El agarrotamiento del sello de aceite puede ocurrir debido a un tendido incorrecto de la tubería en línea recta, hundimiento de uno de los soportes durante la operación, curvatura del eje longitudinal de la tubería bajo la influencia de cambios de temperatura en la rama, corrosión de las superficies deslizantes. y la deposición de incrustaciones u óxido sobre ellos.
Debido a las desventajas enumeradas, los compensadores de prensaestopas en tuberías. propósito general se utilizan muy raramente (por ejemplo, en redes de calefacción en condiciones urbanas estrechas). Se utilizan en tuberías fabricadas con materiales como: hierro fundido (ferrosilida y anticloro), vidrio y porcelana, faolita. Por sus propiedades, estos materiales requieren instalación sobre bases rígidas que puedan proporcionar buen trabajo compensadores de glándulas y, debido a su fragilidad, excluyen la posibilidad de utilizar la autocompensación. Las juntas de dilatación del prensaestopas instaladas en tuberías hechas de estos materiales están hechas de materiales resistentes a la corrosión, lo que evita el atasco por oxidación de las superficies de fricción.
Se recomienda que todas las demás tuberías que requieran compensación por alargamiento térmico sean autocompensantes o, si es posible, estén equipadas con compensadores hechos de tubos curvados. Sobre ellos a continuación.
Compensadores doblados de tuberías. Los compensadores de este tipo son los más comunes en empresas y en tuberías principales. Las juntas de dilatación dobladas están hechas de tubos de acero, cobre, aluminio y plástico vinílico.
 A
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 b
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| Arroz. 5.11.– Juntas de dilatación dobladas a – En forma de U; b – en forma de S |
Dependiendo del método de fabricación, se distinguen los compensadores: lisos (Fig. 5.10, a), plegados (Fig. 5.10, b), ondulados (Fig. 5.10, c) y, según la configuración, en forma de lira (Fig. 5.10). ), en forma de P (Fig. 5.11, a) y en forma de S (Fig. 5.11, b).
El término “doblado” se refiere a una junta de dilatación, cuya curvatura se obtiene debido a la formación de pliegues en la superficie interna de los dobleces; el término “ondulado” se refiere a una junta de dilatación que presenta ondas en tramos curvos a lo largo de toda su extensión; sección transversal de la tubería. La principal diferencia entre estas juntas de dilatación es su capacidad de compensación y resistencia hidráulica. Si tomamos la capacidad de compensación de un compensador liso como una sola, entonces, en igualdad de condiciones, la capacidad de compensación de un compensador plegado será de aproximadamente 3, y un compensador ondulado será de aproximadamente 5 a 6. Al mismo tiempo, el hidráulico La resistencia de estos dispositivos es mínima para un compensador liso y máxima para un compensador ondulado.
Las desventajas de las juntas de dilatación dobladas de todo tipo sin excepción incluyen:
· dimensiones importantes que dificultan el uso de estas juntas de dilatación en espacios reducidos;
· resistencia hidráulica relativamente alta;
· la aparición de fenómenos de fatiga en el material compensador a lo largo del tiempo.
Además de esto, las juntas de dilatación curvadas tienen las siguientes ventajas:
· importante capacidad de compensación (normalmente hasta 400 mm);
· cantidad insignificante de fuerzas axiales que cargan los soportes fijos de la tubería;
· facilidad de producción in situ;
· poco exigente en cuanto a la rectitud de la tubería y la aparición de distorsiones en la misma durante la operación;
· facilidad de operación (no requiere mantenimiento).
Una forma moderna de prolongar la vida útil sistemas de tuberías es el uso de compensadores. Ayudan a prevenir diversos cambios que se producen en las tuberías debido a los constantes cambios de temperatura, presión y varios tipos vibraciones La ausencia de compensadores en las tuberías puede tener consecuencias indeseables como un cambio en la longitud de la tubería, su expansión o compresión, lo que posteriormente conduce a una rotura de la tubería. En este sentido, se presta la mayor atención al problema de la confiabilidad de tuberías y compensadores y se realiza una búsqueda. soluciones optimas para asegurar seguridad técnica sistemas de compensación.
Hay compensadores de tubería, prensaestopas, lentes y fuelles. Mayoría de una manera sencilla es el uso de compensación natural debido a la flexibilidad de la propia tubería mediante codos en forma de U. Las juntas de dilatación en forma de U se utilizan para el tendido de tuberías aéreas y en canales. Para instalación sobre el suelo, requieren soportes adicionales, y con canal - cámaras especiales. Todo esto conduce a un aumento significativo en el costo del oleoducto y a la enajenación forzosa de áreas de terrenos caros.
Las juntas de dilatación del prensaestopas, que hasta hace poco se utilizaban con mayor frecuencia en los sistemas de calefacción rusos, también tienen una serie de graves desventajas. Por un lado, el compensador del prensaestopas puede compensar movimientos axiales de cualquier magnitud. Por otro lado, actualmente no existen sellos prensaestopas capaces de asegurar la estanqueidad de tuberías con agua caliente y ferry durante mucho tiempo. En este sentido, es necesario un mantenimiento regular de las juntas de dilatación del prensaestopas, pero ni siquiera esto evita las fugas de refrigerante. Y dado que cuando se colocan tuberías de calor bajo tierra, se requieren cámaras de servicio especiales para instalar compensadores de prensaestopas, esto complica y dificulta significativamente las cosas. construcción costosa y funcionamiento de redes de calefacción con compensadores de este tipo.
Los compensadores de lentes se utilizan principalmente en tuberías de calefacción y gas, agua y petróleo. La rigidez de estas juntas de dilatación es tal que se requiere un esfuerzo importante para deformarlas. Sin embargo, los compensadores de lentes tienen una capacidad de compensación muy baja en comparación con otros tipos de compensadores; además, la intensidad de mano de obra de su fabricación es bastante alta y una gran cantidad de soldaduras (causada por la tecnología de fabricación) reduce la confiabilidad de estos dispositivos. .
Teniendo en cuenta esta circunstancia, actualmente cobra relevancia el uso de compensadores de tipo fuelle, que no presentan fugas y no requieren mantenimiento. Las juntas de dilatación de fuelle son de tamaño pequeño, se pueden instalar en cualquier lugar de la tubería mediante cualquier método de colocación y no requieren la construcción de cámaras especiales ni mantenimiento durante toda su vida útil. Su vida útil suele corresponder a la vida útil de las tuberías. El uso de juntas de dilatación de fuelle garantiza una fiabilidad y protección efectiva tuberías de cargas estáticas y dinámicas derivadas de deformaciones, vibraciones y golpes de ariete. Gracias al uso de aceros inoxidables de alta calidad en la fabricación de fuelles, los compensadores de fuelle son capaces de funcionar en las condiciones más severas con temperaturas de funcionamiento del fluido que oscilan entre " cero absoluto» hasta 1000 °C y puede soportar presiones de funcionamiento desde vacío hasta 100 atm, según el diseño y las condiciones de funcionamiento.
La parte principal de la junta de expansión de fuelle es el fuelle, una carcasa de metal corrugado elástico que tiene la capacidad de estirarse, doblarse o desplazarse bajo la influencia de cambios de temperatura, presión y otros tipos de cambios. Se diferencian entre sí en parámetros tales como dimensiones, presión y tipos de desplazamientos en la tubería (axial, cortante y angular).
Según este criterio, los compensadores se dividen en axiales, cortantes, angulares (rotativos) y universales.
Los fuelles de las juntas de dilatación modernas se componen de varias capas finas. acero inoxidable, que se forman mediante prensado hidráulico o convencional. Las juntas de dilatación multicapa neutralizan los efectos de la alta presión y varios tipos vibraciones sin provocar fuerzas de reacción, que a su vez son provocadas por deformación.
Compañía Kronstadt (San Petersburgo), representante oficial El fabricante danés Belman Production A/S, suministros mercado ruso Compensadores de fuelle especialmente diseñados para redes de calefacción. Este tipo de compensador se utiliza mucho en la construcción de redes de calefacción en Alemania y Escandinavia.
El diseño de este compensador tiene una serie de características distintivas.
En primer lugar, todas las capas del fuelle están hechas de acero inoxidable de alta calidad AISI 321 (análogo 08Х18Н10Т) o AISI 316 TI (análogo 10Х17Н13М2Т). Actualmente, en la construcción de redes de calefacción se suelen utilizar juntas de dilatación en las que las capas interiores de los fuelles están fabricadas con un material de menor calidad que las exteriores. Esto puede llevar al hecho de que por cualquier motivo, incluso daños menores capa exterior, o con un ligero defecto soldar, el agua, que contiene cloro, oxígeno y diversas sales, entrará en el fuelle y al cabo de un tiempo colapsará. Por supuesto, el coste de un fuelle en el que sólo las capas exteriores están hechas de acero de alta calidad es algo menor. Pero esta diferencia de precio no se puede comparar con el coste del trabajo en caso de sustitución urgente de un compensador averiado.
En segundo lugar, las juntas de dilatación Belman están equipadas tanto con una carcasa protectora externa que protege el fuelle de daños mecánicos como con un tubo interno que protege las capas internas del fuelle de los efectos de las partículas abrasivas contenidas en el refrigerante. Además, la presencia protección interna El fuelle evita la deposición de arena en las lentes del fuelle y reduce la resistencia al flujo, lo cual también es importante al diseñar una tubería de calefacción.
La facilidad de instalación es otra característica distintiva Compensadores Belman. Este compensador, a diferencia de sus análogos, se suministra completamente listo para su instalación en la red de calefacción: la presencia de un dispositivo de fijación especial permite montar el compensador sin recurrir a ningún estiramiento previo y no requiere calentamiento adicional de la sección de la red de calefacción antes de la instalación. . El compensador está equipado con un dispositivo de seguridad que protege el fuelle contra torceduras durante la instalación y evita una compresión excesiva del fuelle durante el funcionamiento.
En los casos en que el agua que fluye por la tubería contenga mucho cloro o pueda ingresar al compensador agua subterránea Belman ofrece un fuelle cuyas capas exterior e interior están hechas de una aleación especial especialmente resistente a sustancias agresivas. Para la instalación sin conductos de la red de calefacción, estas juntas de dilatación están fabricadas con aislamiento de espuma de poliuretano y están equipadas con un sistema de control remoto en línea.
Todas las ventajas anteriores de los compensadores para redes de calefacción fabricados por Belman, junto con alta calidad fabricación, nos permiten garantizar el funcionamiento sin problemas de los fuelles durante al menos 30 años.
Literatura:
- Antónov P.N. “Sobre las peculiaridades del uso de compensadores”, revista “ Accesorios de tubería", núm. 1, 2007.
- Polyakov V. “Localización de la deformación de tuberías mediante juntas de dilatación de fuelle”, “Industrial Vedomosti” No. 5-6, mayo-junio de 2007
- Logunov V.V., Polyakov V.L., Slepchenok V.S. “Experiencia en el uso de compensadores de fuelle axial en redes de calefacción”, revista “Heat Supply News”, nº 7, 2007.
Durante la operación, las tuberías cambian su temperatura debido a los cambios de temperatura. ambiente y líquidos bombeados. Las fluctuaciones en la temperatura de la pared de la tubería provocan cambios en su longitud.
La ley del cambio en la longitud de la tubería se expresa mediante la ecuación.
Δ=α · yo(t y - t oh ),
donde Δ es el alargamiento o acortamiento de la tubería; a es el coeficiente de expansión lineal del metal de la tubería (para tuberías de acero α = 0,000012 1/°C); l - longitud de la tubería; t y - temperatura de tendido de tuberías; t 0 - temperatura ambiente.
Si los extremos de la tubería están rígidamente fijados, entonces surgen tensiones térmicas de tracción o compresión debido a las influencias de la temperatura, cuya magnitud está determinada por la ley de Hooke.
Dónde mi- módulo de elasticidad del material de la tubería (para acero) mi= 2,1·10 6 kg/cm 2 = 2,1 · 10 5 MPa).
Estas tensiones provocan fuerzas en los puntos donde se fija la tubería, dirigidas a lo largo del eje de la tubería, independientes de la longitud, e iguales a
donde σ - tensiones de compresión y tracción que surgen en la tubería debido a los cambios de temperatura; F - área de sección transversal abierta del material de la tubería.
Magnitud norte puede ser muy grande y provocar la destrucción de tuberías, accesorios, soportes, así como causar daños a los equipos (bombas, filtros, etc.) y tanques.
Los cambios en la longitud de las tuberías subterráneas dependen no sólo de las fluctuaciones de temperatura, sino también de la fuerza de fricción de la tubería contra el suelo, lo que evita cambios de longitud.
Si las fuerzas debidas a las tensiones térmicas no dependen de la longitud de la tubería, entonces la fuerza de fricción de la tubería sobre el suelo es directamente proporcional a la longitud de la tubería. Hay una longitud en la que las fuerzas de fricción pueden equilibrarse con la fuerza térmica, y la tubería no cambiará de longitud. En tramos de menor longitud, la tubería se moverá en el suelo.
La longitud máxima de dicha sección. 1 máximo, a la cual la tubería puede moverse en el suelo, está determinada por la ecuación
donde δ es el espesor de la pared de la tubería, cm; k - presión del suelo sobre la superficie de la tubería, kg/cm 2 ; µ - coeficiente de fricción entre la tubería y el suelo.
5.2. Compensadores
El alivio de las tensiones térmicas en las tuberías se realiza mediante la instalación de compensadores. Los compensadores son dispositivos que permiten que las tuberías se alarguen o contraigan libremente con los cambios de temperatura sin dañar las conexiones. Se utilizan lentes, prensaestopas y compensadores doblados.
Al elegir la ruta de la tubería, es necesario esforzarse en garantizar que los aumentos de temperatura de algunas secciones puedan percibirse a través de las deformaciones de otras, es decir, esforzarse por lograr la autocompensación de la tubería, utilizando para ello todos sus giros y curvaturas.
Compensadores de lentes(Fig. 5.5) se utilizan para compensar alargamientos de tuberías con presiones de funcionamiento de hasta 0,6 MPa y diámetros de 150 a 1200 mm.
Arroz. 5.5. Compensadores de lentes con dos pestañas.
Los compensadores están hechos de placas cónicas (estampadas), cada par de placas soldadas entre sí forma una onda. El número de ondas en el compensador no supera las 12 para evitar la flexión longitudinal. La capacidad de compensación de los compensadores de lentes es de hasta 350 mm.
l 
Los compensadores de aislamiento se caracterizan por su estanqueidad, pequeñas dimensiones, facilidad de fabricación y funcionamiento, pero su uso está limitado por su inadecuación para altas presiones. Las juntas de expansión del prensaestopas (Fig. 5.6) son juntas de expansión axiales y se utilizan para presiones de hasta 1,6 MPa. Los compensadores constan de un cuerpo de hierro fundido o acero y un vaso incluido en el mismo. La junta entre el cristal y la carrocería se crea mediante un sello de aceite. La capacidad de compensación de la zanja de compensación del prensaestopas oscila entre 150 y 500 mm.
Los compensadores del prensaestopas se instalan en la tubería con una instalación precisa, ya que posibles distorsiones pueden provocar el atasco del manguito y la destrucción del compensador. Los compensadores de prensaestopas no son fiables en términos de estanqueidad, requieren una supervisión constante del sellado de las juntas y, por tanto, tienen un uso limitado. Estos compensadores se instalan en tuberías con un diámetro de 100 mm o más para líquidos no inflamables y en tuberías de vapor.
Las juntas de dilatación curvadas tienen forma de U (Fig. 5.7), forma de lira, forma de S y otras formas y se fabrican en el lugar de instalación a partir de las tuberías a partir de las cuales se ensambla la tubería. Estos compensadores son aptos para todas las presiones, equilibrados y sellados. Sus desventajas son sus importantes dimensiones.
El alargamiento térmico de las tuberías a una temperatura del refrigerante de 50 °C o más debe ser absorbido por dispositivos de compensación especiales que protejan la tubería de la aparición de deformaciones y tensiones inaceptables. La elección del método de compensación depende de los parámetros del refrigerante, el método de tendido de las redes de calefacción y otras condiciones locales.
La compensación del alargamiento térmico de las tuberías mediante el uso de giros de ruta (autocompensación) se puede utilizar para todos los métodos de tendido de redes de calefacción, independientemente del diámetro de las tuberías y los parámetros del refrigerante en un ángulo de hasta 120°. Cuando el ángulo es superior a 120°, y también en el caso en que, según los cálculos de resistencia, la rotación de las tuberías no se puede utilizar para la autocompensación, las tuberías se aseguran en el punto de giro. soportes fijos.
Para garantizar el correcto funcionamiento de los compensadores y autocompensaciones, las tuberías se dividen mediante soportes fijos en secciones independientes entre sí en cuanto a alargamiento térmico. En cada tramo de tubería, limitado por dos soportes fijos adyacentes, se instala un compensador o autocompensación.
Al calcular las tuberías para compensar la expansión térmica, se hicieron los siguientes supuestos:
los soportes fijos se consideran absolutamente rígidos;
No se tiene en cuenta la resistencia de las fuerzas de fricción de los soportes móviles durante el alargamiento térmico de la tubería.
La compensación natural, o autocompensación, es la más fiable en su funcionamiento y, por tanto, se utiliza ampliamente en la práctica. La compensación natural de la expansión térmica se logra en los giros y curvas del recorrido debido a la flexibilidad de las propias tuberías. Sus ventajas sobre otros tipos de compensación son: simplicidad de diseño, confiabilidad, ausencia de necesidad de supervisión y mantenimiento y descarga de fuerzas de presión internas en los soportes fijos. La instalación de compensación natural no requiere un consumo adicional de tuberías ni estructuras de construcción especiales. La desventaja de la compensación natural es el movimiento lateral de los tramos deformados de la tubería.
Determinemos el alargamiento térmico total de la sección de la tubería.
Para un funcionamiento sin problemas de las redes de calefacción, es necesario que los dispositivos de compensación estén diseñados para extensiones máximas de tubería. Por lo tanto, al calcular los alargamientos, la temperatura del refrigerante se toma como máxima y la temperatura ambiente como mínima. Expansión térmica completa de un tramo de tubería.
yo= αLt, mm, Página 28 (34)
donde α es el coeficiente de expansión lineal del acero, mm/(m-grados);
L – distancia entre soportes fijos, m;
t – diferencia de temperatura de diseño, tomada como la diferencia entre la temperatura de funcionamiento del refrigerante y la temperatura de diseño del aire exterior para el diseño de calefacción.
yo= 1,23*10 -2 *20*149 = 36,65 mm.
yo= 1,23* 10-2 * 16* 149 = 29,32 mm.
yo= 1,23*10 -2 *25*149 = 45,81 mm.
De manera similar encontramos yo para otras áreas.
Las fuerzas de deformación elástica que surgen en la tubería al compensar el alargamiento térmico están determinadas por las fórmulas:
kilogramos; , norte; Página 28 (35)
donde E es el módulo de elasticidad de la tubería de acero, kgf/cm2;
I- momento de inercia de la sección transversal de la pared de la tubería, cm;
yo– longitud de la sección menor y mayor de la tubería, m;
t – diferencia de temperatura calculada, °C;
A, B - coeficientes auxiliares adimensionales.
Para simplificar la determinación de la fuerza de deformación elástica (P x, P v) La Tabla 8 proporciona un valor auxiliar para varios diámetros de tubería.
Tabla 11
|
Diámetro exterior del tubo d H, mm | |||||||||||||||
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Espesor de pared de tubería s, mm | |||||||||||||||
Durante el funcionamiento de la red de calefacción, aparecen tensiones en la tubería, lo que crea inconvenientes para la empresa. Para reducir las tensiones que surgen durante el calentamiento de la tubería se utilizan juntas de dilatación de acero axiales y radiales (rellenos, en forma de U, S, etc.). Amplia aplicación Se encontraron compensadores en forma de U. Para aumentar la capacidad de compensación de las juntas de expansión en forma de U y reducir la tensión de compensación de flexión en el estado operativo de la tubería, para secciones de tuberías con juntas de expansión flexibles, la tubería se preestira en estado frío durante la instalación.
El preestiramiento se realiza:
a temperaturas del refrigerante de hasta 400 °C inclusive, el 50% del alargamiento térmico total del tramo compensado de la tubería;
a una temperatura del refrigerante superior a 400 °C en el 100% del alargamiento térmico total de la sección compensada de la tubería.
Expansión térmica estimada de la tubería.
Mmm Página 37 (36)
donde ε es un coeficiente que tiene en cuenta la cantidad de preestiramiento de los compensadores, la posible inexactitud del cálculo y la relajación de las tensiones de compensación;
yo– alargamiento térmico total de la sección de la tubería, mm.
1 sección х = 119 mm
Según la aplicación, para x = 119 mm, seleccionamos el compensador de compensación H = 3,8 m, luego el brazo compensador B = 6 m.
Para encontrar la fuerza de deformación elástica, trazamos una línea horizontal H = 3,8 m, su intersección con B = 5 (P k) dará un punto, bajando la perpendicular desde la cual a los valores digitales de P k, obtenemos el resultado P k - 0,98 tf = 98 kgf = 9800 N.
Figura 3 – Compensador en forma de U
7 sección х = 0,5*270 = 135 mm,
N = 2,5, V = 9,7, Rk – 0,57 tf = 57 kgf = 5700 N.
Calculamos los tramos restantes de la misma forma.