10801

71

4. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ 4.1.Трубопроводы и арматура систем отопления

Трубы, арматуру и изделия из стали и чугуна для тепловых сетей следует принимать в соответствии с рекомендациями ПБ 10-573-03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды» [9 ] и пунктов

10.1-10.4 СП[8].

Трубопроводы СО следует применять из стальных водогазопроводных или полипропиленовых армированных труб. Металлические трубы допускается применять для паровых СО при рабочем давлении пара P ≤0,07 МПа и водяных систем отопления из полипропиленовых труб при рабочих параметрах t ≤ 85 ° С, P ≤1,0 МПа, если качество и характеристики этих труб удовлетворяют санитарным требованиям и соответствуют паспортным параметрам теплоносителя. Трубы из полимерных материалов и неметаллические трубы допускается применять как для закрытых, так и открытых систем отопления.

К трубам, применяемым для СО, предъявляют следующие основные требования:

а) достаточная механическая прочность и герметичность при установленных рабочих давлениях и температурах теплоносителя;

б)эластичность и устойчивость против термических напряжений при переменном тепловом режиме;

в) постоянство механических свойств; г) стойкость к внешней и внутренней коррозии;

д)малая шероховатость внутренних поверхностей; е) отсутствие эрозии внутренних поверхностей; ж) малый коэффициент температурных деформаций;

з) высокие теплоизолирующие свойства стенок трубы; и)простота, надежность и герметичность соединения отдельных элемен-

тов;

к) простота хранения, транспортировки и монтажа.

Трубопроводная арматура СО предназначена для наладки и регулиро-

72

вания режимов потребления тепловой энергии в зданиях. По функциональному назначению арматура трубопроводов СО бывает следующих видов:

1) Запорная – арматура, предназначенная для перекрытия потока рабочей среды с определенной герметичностью (кран, вентиль, задвижка, дисковый затвор), см. рис. 4.1. Запорная арматура, в свою очередь, может подразделяться на спускную и контрольную. Спускная (дренажная) арматура – запорная арматура, которая устанавливается на от-

ветвлениях или патрубках для сброса рабочей среды из ёмкостей (резервуаров), систем трубопроводов. Контрольная арматура предназначена для управления поступлением рабочей среды в контрольно-измерительную аппаратуру или приборы.

2) Регулирующая – арматура,

предназначенная для регулирования параметров рабочей среды посредством изменения расхода. К регулирующей относят редукционную (дроссельную) арматуру, предназначенную для снижения (редуцирования) рабочего давления в системе за счёт увеличения гидравлического сопротивления в проточной части (дроссельная шайба, дисковый затвор, регулирующая задвижка), см. рис. 4.2.

В зависимости от конкретных условий эксплуатации применяются различные способы управления регулирующей ар-

матурой. Регулирующая арматура бывает ручная, она используется для ручной

74

делительно-смесительной арматуре рабочая среда входит одновременно или попеременно в один или несколько патрубков и выходит одновременно в один или несколько патрубков, количество которых всегда более двух. Наиболее распространены устройства с тремя патрубками - трехходовые клапаны и вентили. Арматура с количеством патрубков более трех называется многоходовой.

4) Защитная (отключающая, отсечная) арматура – арматура, предназначенная для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от аварийного изменения параметров среды и направления потоков путем отключения обслуживаемой линии или участка. Во время использования защитной арматуры аварийные ситуации предупреждаются выполнением без выброса избытка рабочей среды. К защитной арматуре относят обратные клапаны и все виды запорных устройств, которые закрываются автоматически. Обратный клапан предназначен для пропуска рабочей среды только в одном направлении, см.

рис.4.4.

5) Предохранительная арматура – арматура, предназначенная для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимого превышения давления посредством сброса избытка рабочей среды. Самыми распространенными видами предохранительной трубопроводной арматуры являются предохранительно-сбросные клапаны, мембранные разрывные устройства и

75

перепускные каналы (перемычки), см. рис. 4.5. Предохранительную арматуру устанавливают как на трубопроводах, так и непосредственно на оборудовании, находящемся под давлением.

6) Фазоразделительная арматура – арматура, предназначенная для разделения рабочих сред, находящихся в различных фазовых состояниях. Наиболее распространенный вид фазоразделительной арматуры в СО – конденсатоотводчик, см. рис. 4.6. Конденсатоотводчик пропускает только жидкую среду, то есть конденсат и не пропускает пар, отделяя конденсат из паро-конденсатной смеси.

В системах отопления кроме трубопроводной арматуры применяют другие различные конструктивные элементы, без которых монтаж трубопроводов и оборудования был бы невозможен.

Фланцы и муфты предназначены для прочного и герметичного соединения трубопроводов или присоединения к трубопроводам арматуры и различного оборудования. Такие соединения называют разъемными, в отличие от неразъемных соединений, например сварных. Разъемные соединения бывают фланцевые и муфтовые (рис.4.7).

Фланец это плоская деталь круглой или (редко) многоугольной формы с равномерно расположенными по краю отверстиями для креплений. Фланцы могут использоваться только в паре (рабочий и ответный). Фланец приварива-

76

ется к трубе по внутреннему диаметру, а по отверстиям, расположенным с края, присоединяется к ответному фланцу с помощью болтов или шпилек. Муфта предназначена для соединения труб и арматуры различными способами, чаще всего – с помощью резьбы. Муфты бывают резьбовые, приварные, переходные с одного диаметра на другой, переходные полиэтилен/сталь и др.

а – фланцевое; б – муфтовое.

Рис. 4.7 Разъемные соединения трубопроводов

Заглушки используют для отключения участков трубопровода на период ремонта, устанавливают на ответвлениях на перспективу развития или на концевых участках труб.

Фасонные изделия предназначены для удобства монтажа при устройстве углов поворота и ответвлений трубопроводов. Это отводы, тройники, крестовины, переходы с одного диаметра на другой. Фасонные изделия, как правило, являются унифицированными деталями заводского изготовления, но могут изготавливаться на заказ в том случае, если требуется выполнить нестандартное соединение или ответвление.

4.2.Опоры и компенсаторы Опоры трубопроводов устанавливают для восприятия усилий, возника-

ющих в трубах, и передачи их на несущие конструкции или грунт. По способу восприятия нагрузки различают промежуточные подвижные (свободные) опоры и неподвижные (мертвые). Промежуточные опоры предназначены в основном для восприятия вертикальной нагрузки от массы труб, теплоносителя

77

и изоляции. Они рассчитаны также на воспринятие небольшой горизонтальной нагрузки, возникающей от трения опорных конструкций труб на стойках. Неподвижные опоры закрепляют трубопровод в данном месте, не дают трубе перемещаться и воспринимают вертикальную и горизонтальную нагрузку трубопроводов.

Подвижные опоры воспринимают вес магистральных трубопровода и обеспечивают ему свободное перемещение на строительных конструкциях при температурных деформациях. Подвижные опоры используют при всех способах прокладки, кроме бесканальной, когда теплопроводы укладывают на утрамбованный слой песка, что обеспечивает более равномерную передачу весовых нагрузок на грунт. По принципу свободного перемещения различают опоры

скольжения, качения и подвесные.

Неподвижные опоры предназначены для закрепления трубопровода в отдельных точках, разделения его на независимые по температурным деформациям участки и для восприятия усилий, возникающих на этих участках. Неподвижные опоры устраняет возможность последовательного нарастания горизонтальных усилий и передачу их на оборудование и арматуру. Горизонтальная нагрузка при температурных удлинениях труб может достигать больших значений. Неподвижные опоры по способу закрепления трубы бывают упорные (лобовые), щитовые и хомутовые. Изготовляют эти опоры, как правило, из стали или железобетона.

Неподвижное закрепление трубопровода производят для предупреждения самопроизвольного его смещения при удлинениях. Но при отсутствии устройств, воспринимающих удлинения трубопроводов между неподвижными закреплениями, возникают большие напряжения, способные деформировать и разрушать трубы. Для устранения (или значительного уменьшения) усилий, возникающих при тепловых удлинениях труб в тепловых сетях, служат компенсационные устройства – компенсаторы.

Компенсаторы Компенсация температурных удлиннений трубопроводов требуется

78

при средней температуре теплоносителя более +50°C. Тепловые перемещения теплопроводов обусловлены линейным удлинением труб при нагревании. Теп-

где α − коэффициент линейного удлиннения, мм/м·°С;

L − длина трубопровода между двумя неподвижными опорами, м; t − температура теплоносителя, ° С;

tо− температура окружающей среды, ° С.

Коэффициент линейного удлинения α зависит от материала труб, для стальных труб принимается в зависимости от температуры, в среднем он равен 0,012 мм/м·°С. Для углеродистой стали удлинение 1 м трубы на каждые 100° С

изменения температур составит L=1,2 мм. Для безаварийной работы тепловых сетей необходимо, чтобы компенсирующие устройства были рассчитаны на максимальные удлинения трубопроводов. Исходя из этого при расчете удлинений температура теплоносителя принимается максимальной, а температура окружающей среды – минимальной и равной:

1)расчетной температуре наружного воздуха при проектировании отопления tБн5х – для надземной прокладки сетей на открытом воздухе;

2)расчетной температуре воздуха в подвале или техническом этаже – для открытой прокладки по техэтажам;

3)температуре помещений или цехов, по которым прокладываются трассы

СО.

Необходимое число компенсаторов для расчетного прямолинейного участка трубопровода составляет:

где Lуч − длина расчетного прямолинейного участка трубопровода, м;

Lmax − максимально допустимое расстояние между неподвижными опорами. Расчетный участок разбивается на п отрезков длиной L, разделяемых неподвижными опорами. Внутри каждого участка устанавливают компенсатор

79

выбранного типа.

По принципу действия компенсаторы можно разделить на две группы:

1)радиальные или гибкие устройства, воспринимающие удлинения теплопроводов изгибом (плоских) или кручением (пространственных) криволинейных участков труб или изгибом специальных эластичных вставок различной формы;

2)осевые устройства скользящего и упругого типов, в которых удлинения воспринимаются телескопическим перемещением труб или сжатием пружинящих вставок.

Радиальные компенсаторы устанавливают на теплосети любой конфигурации, так как они компенсируют как осевые, так и радиальные усилия. К радиальным компенсаторам, применяемым в тепловых сетях, относятся гибкие и волнистые шарнирного типа.

Гибкие компенсирующие устройства самые распространенные. Наиболее простая компенсация достигается естественной гибкостью поворотов самого трубопровода, изогнутого под углом не более 150°.

Естественная компенсация температурных деформаций происходит в результате изгиба трубопроводов (рис. 4.8). При сооружении теплопроводов стремятся максимально использовать все повороты трубопровода, которые

а – при одинаковых длинах плеч б – при разных длинах плеч Рис. 4.8 Схема работы Г-образного узла самокомпенсации трубопровода.

80

обеспечивают естественную компенсацию. В этом случае у стен и углов зданий необходимо обеспечивать зазор между стенками и наружной поверхностью изолированного трубопровода, размеры зазора должны быть достаточны для свободного удлинения плеч трубы.

Расчет естественной компенсации и гибких компенсаторов заключается в определении усилий и максимальных напряжений, возникающих в опасных сечениях, в выборе длин участков трубопроводов, закрепленных в неподвижных опорах, и геометрических размеров компенсаторов, а также в нахождении величины смещений при компенсации температурных деформаций.

4.3.Тепловая изоляция трубопроводов

Тепловая изоляция служит для уменьшения тепловых потерь при транспортировке теплоносителя и обеспечения допустимой температуры изолируемой поверхности трубопровода. Конструкция тепловой изоляция трубопроводов тепловых сетей должна соответствовать требованиям СП 61.13330.2012 [16]. Тепловая изоляция устраивается на трубопроводах, оборудовании, арматуре, фланцевых соединениях, компенсаторах, опорах и применяется при всех способах прокладки независимо от температуры теплоносителя.

Температура на поверхности теплоизоляционной конструкции теплопроводов, арматуры и оборудования не должна превышать:

−при прокладке теплопроводов в подвалах зданий, технических подпольях, тоннелях и проходных каналах 45 ° С;

−при открытой прокладке в камерах и других местах, доступных для обслуживания, 60° С.

Взависимости от вида используемых изделий тепловую изоляцию подразделяют на оберточную (маты, полосы, шнуры, жгуты), штучную (плиты, блоки, кирпичи, цилиндры, полуцилиндры, сегменты, скорлупы), заливочную (монолитную и литую), мастичную и засыпную. Для теплоизоляционных изделий используются различные материалы: минеральная вата, асбест, стеклянное штапельное волокно, пеностекло, пенополистирол, пенополиуретан, вспе-