Применение труб с непрерывным компенсатором дает заметный эффект при изготовлении труб, укладке их на местности и, главным образом, в процессе эксплуатации трубопроводов. Основной эффект — самокомпенсация продольной формации трубопровода от изменений температуры и других осевых воздействий. Повышается способность трубопроводов следовать рельефу местности, а в плане располагаться по кратчайшей линии.

При использовании усилений, появляется возможность применения тонколистовой термически обработанной стали, в качестве материалов для труб и навивки. Наконец, экономический эффект повышения надежности трубопровода, работающего в условиях значительных перепадов температуры, благодаря снятию опасных продольных напряжений.

При эксплуатации трубопровода из самокомпенсирующихся (СК) труб, благодаря наличию винтовых гофров, обеспечивается равномерная по длине трубопровода компенсация температурных деформаций. Самокомпенсирующиеся трубные секции заводского изготовления представляют собой законченные модули, при необходимости легкозаменяемые, из которых высокомеханизированными методами монтируется теплопровод, укладываемый непосредственно в грунт (рис. 1).

При закреплении концов прямолинейного участка из СК-труб любой протяженности, положение трубопровода условно фиксируется по всем винтовым линиям трубы, расположенным посередине гофрированных и гладкостенных участков. Гофр, являясь гибким элементом, компенсирует удлинение участка трубопровода в пределах шага винтовой линии трубы.

Расчеты, выполненные специалистами ВНИПИ энергопрома при проектировании тепловых сетей из труб со спиральными гофрами, показали, что при сжатии или растяжении труб в спиральном гофре появляется крутящий момент, вызывающий поворот трубы вокруг своей оси. Поэтому в проектах теплопроводов пришлось предусмотреть защемление концов труб в массивных неподвижных опорах. Однако, по данным Института электросварки им. Е.О. Патона [1], защемление трубопровода приводит к снижению его компенсирующей способности в 6,5- 8,5 раз и двукратному увеличению жесткости. Способпрокладки трубопроводов из труб со спиральными гофрами, при котором концы трубопровода не требуют защемления, разработан в Ленинградском филиале Энергомонтажпроекта [2]. Сущность этого способа состоит в следующем: трубопровод сваривается из четного количества труб равной длины, причем трубы стыкуются так, чтобы спиральные гофры справа и слева от стыка имели противоположное направление (т.е. если справа от стыка гофры расположены по часовой стрелке, то слева — против и наоборот).

В этом случае, при сжатии или растяжении труб их линейные деформации компенсируются в промежутках между сварными стыками, а концы трубопровода не вращаются, следовательно, отпадает необходимость в их защемлении. Это дает возможность применять при сооружении тепловых сетей стандартные неподвижные опоры, используемые при прокладке гладкостенных трубопроводов с компенсаторами и принимать в расчетных схемах концы трубопровода свободными от защемления. В местах сварных стыков трубопровода предусматривается установка скользящих или катковых опор, которые обеспечивают разгрузку трубопровода от собственной массы и массы рабочей среды (пара или воды), и вместе с тем не препятствуют повороту стыка при сжатии или растяжении спиральных гофров. При нагреве гофры сжимаются и сварные стыки трубопровода закручиваются на некоторый угол, если же трубопровод остывает, они поворачиваются в обратную сторону на тот же угол.

Автором был предложен способ прокладки трубопроводов, когда спирально-гофрированные трубы, отличающиеся повышенной компенсирующей способностью, можно применять совместно с гладкостенными [3]. Для этого в трубопровод вваривается участок из двух труб одина ковой длины со спиральными гофрами. Длина участка l1, выполняющего роль компенсатора, зависит от расстояния между неподвижными опорами L и температуры теплоносителя и определяется по формуле:
l1 = . t . L/T, м,
где — коэффициент линейного расширения материала труб, мм/(м . °С);
t — разность между температурами теплоносителя и окружающей среды в момент монтажа, °С;
T — компенсирующая способность спирально-гофрированной трубы.

При монтаже компенсатор из труб со спиральными гофрами может быть растянут на величину, соответствующую компенсирующей способности при сжатии, что позволяет вдвое увеличить общую компенсирующую способность.

Институтом электросварки им. Е.О. Патона и Рижским отделением Всесоюзного института «Теплоэлектропроект» предложен [4] метод предварительного напряжения самокомпенсирующих труб с пониженной продольной жесткостью, снабженных или винтовыми, или кольцевыми гофрами, при помощи высоконапорной среды — воды, воздуха, газа — с давлением, меньшим испытательного.

Величина внутреннего давления Р для предварительного напряжениятрубопровода:

где — температурный коэффициент расширения материала трубы;
t — перепад температур, °С;
Е — модуль упругости материала, Па;
— толщина стенки трубы, мм;
R — внутренний радиус трубы, мм;
k — коэффициент снижения продольной жесткости.

Коэффициент показывает, во сколько раз удлинение трубы с кольцевыми или винтовыми гофрами больше удлинения такой же обычной гладкой трубы и k = 20-30.

Однако, поскольку спирально-гофрированные трубы обладают большей жесткостью, чем сильфонные и другие компенсаторы, применяемые обычно для растяжки, приспособления в данном случае не годятся. Монтажную растяжку рекомендуется выполнять при гидравлических испытаниях, когда компенсатор растягивается в результате роста давления воды на заглушку. Для этого достаточно один из концов не закреплять в неподвижной опоре.

После введения предварительного нагружения напряженно-деформированное состояние защемленного трубопровода будет иметь значения, приведенные в табл. 1. Усилия и крутящий момент, действующие на неподвижные опоры при этом приведены в табл. 2.


Компенсатор из спирально-гофрированных труб — самый дешевый из всех известных конструкций аналогичного назначения, он может серийно изготавливаться на трубопрокатных заводах. Он прост в обслуживании, не требует устройства специальных камер, необходимых при использовании компенсаторов других типов, хорошо приспособлен для выполнения тепло- и гидроизоляционных защитных покрытий.

Применение труб с непрерывным компенсатором дает заметный эффект при изготовлении труб, укладки их на местности и, главным образом, в процессе эксплуатации трубопроводов. Основной эффект — самокомпенсация продольной деформации трубопровода от изменений температуры и других осевых воздействий. Повышается способность трубопроводов следовать рельефу местности, а в плане располагаться по кратчайшей линии. При использовании усилений появляется возможность применения тонколистовой термически обработанной стали в качестве материалов для труб и навивки.

Наконец, экономический эффект повышения надежности трубопровода, работающего в условиях значительных перепадов температуры, благодаря снятию опасных продольных напряжений.

Литература
1. Временные указания по проектированию самокомпенсирующихся труб для тепловых сетей. — М.: 1985.
2. Авторское свидетельство СССР № 875173 МКИ F16L53/00.
3. Ильин В.В., Шабарова Н.И., Шаповал А.Ф. Новая технология сооружения трубопроводов тепловых сетей из гофрированных гладких самокомпенсирующихся труб // Природные промышленные и интеллектуальные ресурсы Тюменской области. Научно-техническая конференция. — Тюмень. — 1997.
4. Патон Б.Е., Новиков В.И., Лось А.О. и др. Способ бескомпенсаторной прокладки трубопроводов // Авт. свид. СССР №11617694. — кл. 1621/00. — 1985.