Каким должен быть хороший сильфонный компенсатор для вертикальных трубопроводов высотных зданий? В чем состоят его функции? Какую конструкцию и какие характеристики он должен иметь? Как его правильно запроектировать и смонтировать? Я работаю в специализированной фирме «Компенсаторы Протон-Энергия». Наши технические специалисты занимаются поставками, технической поддержкой сильфонных компенсаторов с 1999 г., а разработкой новых моделей — с 2003 г. Среди наших объектов Московский Кремль, библиотека МГУ, аэропорт «Внуково», крупные жилые комплексы «Шуваловский», «Павшинская Пойма», Ледовый Дворец в г. Коломне, а также более тысячи других зданий по всей России. Опыт накоплен богатый, как положительный, так и отрицательный. Хочу им и поделиться. Сначала немного теории. При изменении температуры стального трубопровода меняется его длина (происходит известное нам еще со школы температурное расширение или сжатие твердых тел). Чем больше изменение температуры, тем больше меняется длина. Что же на практике происходит с вертикальным стальным стояком при увеличении температуры теплоносителя? Расчет его удлинения предлагаю производить по формуле:L = 0,012HN(tmax – tmin)1,07,где L — удлинение компенсируемого участка, мм; 0,012 — коэффициент теплового удлинения, мм/(м°С); Н — высота этажа от пола до пола, м (обычно 2,8–3,3 м); N — количество этажей между неподвижными опорами на компенсируемом участке (обычно принимаем 8 этажей); tmax — максимальная температура теплоносителя (в системе отопления, как правило, 90 °C); tmin — температура стояка в момент монтажа труб и врезки компенсаторов (на практике обычно не ниже –10 °C); 1,07 — коэффициент запаса. На основании расчетов по вышеуказанной формуле ясно, что в системах отопления жилых зданий температурное удлинение стальных труб составляет до 1,5 мм на погонный метр. Полное удлинение стояка отопления 20этажного здания при этом может превысить 100 мм. Такое удлинение приводит к изгибанию стояка и радиаторных подводок. Возникают напряжения, которые могут привести к разрушению радиаторных терморегуляторов и запорной арматуры. Для предотвращения разрушительные последствия температурного удлинения вертикальных стояков устанавливают сильфонные компенсаторы. Сильфон компенсатора в определенных пределах способен легко многократно менять свою длину, реагируя на многочисленные температурные удлинения и сжатия трубопровода в процессе эксплуатации. Таким образом, компенсатор сохраняет первоначальную длину стояка, предотвращает изгибание и разрушение радиаторных подводок и запорной арматуры. Конструкция компенсатора для вертикальных трубопроводов В качестве примера предлагаю рассмотреть специальный компенсатор для вертикальных стояков «Энергия». Он состоит из сильфона, наружной гильзы, внутренней гильзы и присоединительных патрубков (приварных или резьбовых) или фланцев (рис. 1). 1. Сильфон представляет собой гибкую тонкостенную цилиндрическую «гармошку» из нержавеющей стали. Он приварен к присоединительным патрубкам 4 при помощи колец из нержавеющей стали. 2. Внутренняя направляющая гильза из нержавеющей стали — трубка из нержавеющей стали, приваренная к одному из патрубков и свободно движущаяся во втором. Она выполнена из нержавеющей, а не «черной» стали. Это необходимо для ее долговечности и для того, чтобы при ее возможном контакте с тонкослойным нержавеющим сильфоном не возникала «электрическая пара», приводящая к электрохимической коррозии и быстрому разрушению тонкослойного сильфона. Также внутренняя гильза направляет поток воды, уменьшая потери напора. 3. Наружный декоративнозащитный кожух — гладкие полусферы из стали, сверху закрывающие тонкостенный гофрированный сильфон. Они украшают компенсатор и служат для защиты сильфона от попадания бетона и искр сварки, а также оберегают его от актов вандализма. 4. Патрубки. У «Энергия-Термо» из «черной» стали для приварки к стоякам отопления. У «Энергия-Аква» антикоррозионные резьбовые патрубки для Ду 15–50 мм и с приварными фланцами для Ду 65–200 мм. Они служат для присоединения компенсаторов «Энергия-Аква» к оцинкованному трубопроводу. В полнопроходных (благодаря специальной конструкции внутренней гильзы и патрубков) компенсаторах «Энергия» не создается дополнительное гидравлическое сопротивление. Распорное усилие от внутреннего давления (по принципу поршня) в сильфоне компенсатора (любого производителя) весьма значительно. Это усилие передается на неподвижные опоры, что для диаметров более 65 мм требует расчетов и согласований с конструкторами. Гибкий сильфон компенсатора может изгибаться. При сильном изгибе под воздействием распорного усилия от внутреннего давления сильфон может потерять устойчивость, выгнутся (в форме буквы S или С) и удлиниться в несколько раз. Чтобы этого не произошло, необходимо установить направляющие опоры. Кроме того, компенсатор должен быть оснащен внутренней или наружной направляющей гильзой (или другим устройством для сохранения устойчивости сильфона).Компенсируемый участок трубопровода должен быть строго прямолинейным. Он ограничивается с двух сторон неподвижными опорами. Максимальное температурное удлинение компенсируемого участка вертикального трубопровода для жилых зданий не должно превышать осевого хода компенсатора при сжатии, при котором он может выдержать не менее 10 000 циклов срабатывания (см. «технические характеристики»). На компенсируемом участке недопустимы врезки. Исключение: радиаторные стояки двухтрубной системы отопления, если диаметр стояка не более 40 мм и диаметр врезок не более 20 мм. Другие случаи рассматриваются индивидуально. Существует взаимосвязь осевого хода, рабочего давления, рабочей температуры, компенсирующей способности и числа циклов срабатывания. Осевой ход сильфонного компенсатора — техническая характеристика, полученная опытным путем при лабораторных стендовых испытаниях. В процессе этих испытаний компенсатор под максимальным рабочим давлением заполняют водой с максимальной рабочей температурой. Потом этот компенсатор многократно механически сжимают и разжимают (с амплитудой, равной осевому ходу) до разрушения (потери герметичности). Одно сжатие компенсатора от максимума до минимума и удлинение от минимума до максимума (на определенную амплитуду осевого хода) называется полным циклом срабатывания осевого компенсатора. В соответствии с европейскими нормами для жилых зданий число полных циклов срабатывания до разрушения должно составлять: для амплитуды полного осевого хода (равного сумме осевого хода при сжатии и удлинении) не менее 1000 циклов; для амплитуды рабочего осевого хода при сжатии не менее 10 000 циклов. Для обеспечения длительной безаварийной работы амплитуда осевого хода должна соответствовать этим стандартам. В противном случае сильфон компенсатора в процессе эксплуатации может потерять герметичность и произойдет протечка. Пример подбора компенсаторов для внутренних систем отопления и водоснабжения «Энергия» согласно нормативам DINДано: 21этажный жилой дом (рис. 2) с двухтрубной стояковой системой отопления, высота этажа Н = 2,8 м. Максимальная температура теплоносителя tmax = +90 °C. Расчетная минимальная температура воздуха в здании при монтаже системы отопления tmin = –10 °C. Диаметр стояка отопления равен 25 мм. Найти: требуемое количество компенсаторов и неподвижных опор и места их расположения на стояке. Решение: установим верхнюю неподвижную опору на три этажа ниже, чем этажность здания: 21 – 3 = 18. Примем, что на участке с 18 по 21 этаж не нужно компенсировать удлинение, т.к. мала длина участка (менее 3 × 2,8 м = 8,4 м).Установим нижнюю неподвижную опору на четвертом этаже. На участке с первый по четвертый этажи температурное удлинение самокомпенсируется за счет «плеча» изгиба трубы в подвале. Перед нами стоит задача компенсировать температурное удлинение стояка между 4–18 этажами. Расчет удлинения участка трубопровода производим по формуле:ΔL = 0,012HN(tmax – tmin),где ΔL — удлинение компенсируемого участка, мм; 0,012 — коэффициент теплового удлинения для «черной» стали, мм/(м⋅°C); Н — высота этажа, м (2,8 м); N — количество этажей между неподвижными опорами на компенсируемом участке (принимаем семь этажей); tmax — максимальная температура теплоносителя (+90 °C); tmin — минимальная температура стояка в момент врезки компенсаторов (не ниже –10 °C).Находим удлинение участка между четвертым и восемнадцатом этажами:ΔL = 0,012 × 2,8 × 14 × [90 – (–10)] = 47 мм. Диаметр компенсатора должен быть равен диаметру стояка. При 1000 полных циклов сжатия осевой ход компенсатора «Энергия» равен 40 мм. При 10 000 циклов (в соответствии с DIN) осевой ход равен 40/1,5 = 27 мм. Удлинение компенсируемого участка делим на осевой ход при 10 000 циклов: 47/27 = 1,74. Округляем в большую сторону. Получаем два компенсатора (с суммарным сжатием 27 × 2 = 54 мм > 47 мм).Ответ: нам необходимо установить два компенсатора Ду25 «Энергия-Термо». Компенсаторы установим на 7 и 13 этажах. Неподвижные опоры установим на 4, 11 и 18 этажах. Типичные ошибки, возникающие при использовании осевых сильфонных компенсаторов На основании накопленного 10летнего опыта можно сделать выводы (табл. 2): 90 % проектировщиков допускали ошибки при проектировании СК на вертикальных стояках; 90 % монтажников монтировали СК с ошибками, которые впоследствии отразились или отразятся на сроке службы СК; 90 % продавцов компенсаторов (в т.ч. и я в начале карьеры) продавали модели, не соответствующие требованиям проекта; 90 % представленных на российском рынке российских и неевропейских производителей изготавливали и поставляли продукцию, не соответствующую по своим техническим характеристикам международным стандартам для внутренних инженерных систем. В России в области знаний о сильфонных компенсаторах для вертикальных стояков даже среди специалистов высочайшей квалификации широко распространена неполная информированность, а в общем существует подход «авось пронесет». Почему сложилась такая ситуация? В чем же корень проблемы? Двухтрубная система отопления в СССР в многоэтажках практически не применялась, а значит, компенсаторы для вертикальных стояков не требовались. Поэтому для них не были разработаны серьезные научно обоснованные стандарты. Некоторые данные в учебниках есть, но они разрозненные и противоречивые. А у российских же технических специалистов до серьезных исследований в этой области пока не доходят руки. При этом нюансов масса. У строителей нет серьезной информации. Следствием отсутствия теоретических знаний является движение путем проб и ошибок. Поэтому происходило и происходит громадное число поломок и аварий по вине ведущих проектировщиков, авторитетных монтажников и производителей этой вроде бы простой продукции. Часто происходит перерасход средств заказчиков, т.к. проектировщики, перестраховываясь, применяют слишком дорогие модели там, где можно обойтись более простыми, того же производителя. Иногда количество компенсаторов в проекте больше, чем необходимо. Очень часто вижу, что монтажники, желая сэкономить, покупают (иногда сами того не подозревая) некачественные или несоответствующие стандартам для жилых зданий компенсаторы, доверяя сертификатам. А сертификаты качества выдаются без проведения серьезных испытаний и детального изучения конструкции. Да и как понять производителям, продавцам и служащим органов сертификации, является ли оборудование качественным или нет, когда отсутствует российский стандарт? Как правило, некачественные или неправильно примененные компенсаторы приходят в аварийное состояние через5–7 лет эксплуатации. В Москве новостроек (с двухтрубной системой отопления) с такими проблемами не менее 25 %. Видимо, ситуация улучшится только тогда, когда будут разработаны и повсеместно внедрены вышеуказанные нормативы (хотя бы на базе DIN и TUV).Господа эксперты и специалисты! Приглашаем вас к диалогу, чтобы совместными усилиями разработать российские нормативы на осевые сильфонные компенсаторы для вертикальных стояков. Также мы проконсультируем и попытаемся помочь всем, у кого возникли проблемы с этим оборудованием. При необходимости вышлем бесплатное пособие для проектировщиков ОВ и ВК, а также подробные инструкции по монтажу.