Przewody rurowe transportujące media o wysokiej lub niskiej temperaturze albo wystawiane na silne oddziaływanie źródeł ciepła (np. nasłonecznienie itp.) bądź chłodu (np. mróz) rozszerzają się bądź kurczą w zależności od zastosowanego materiału.

Kompensacja instalacji rurowej – jej zaplanowanie i wykonanie – nie jest proste. Dlatego proponuję przed wykonaniem instalacji dobrze się zastanowić, w którym miejscu niezbędna jest kompensacja wydłużeń i w jaki sposób ją zrealizować.

Każdy materiał pod wpływem zmian temperatury zmienia swoje wymiary. Przewody rurowe transportujące media o wysokiej lub niskiej temperaturze albo wystawiane na silne oddziaływanie źródeł ciepła (np. nasłonecznienie itp.) bądź chłodu (np. mróz) rozszerzają się bądź kurczą w zależności od zastosowanego materiału. W przypadku instalacji sanitarnych i grzewczych niekorzystne jest przede wszystkim wydłużanie lub skracanie przewodów pod wpływem zmian temperatury czynnika przesyłanego tymi przewodami.

Rozszerzalność liniowa a kompensacja instalacji rurowej

Z naszego punktu widzenia najważniejsza jest rozszerzalność liniowa odcinków rur, którą możemy, a raczej musimy kompensować na kilka sposobów. Rozszerzalność liniową materiałów charakteryzuje współczynnik rozszerzalności liniowej, definiowany jako zmiana długości jednostkowego odcinka przy zmianie temperatury o 1 [K], przy stałym ciśnieniu. Opisuje to zależność i przedstawia rys. 1:

Kompensacja_instalacji_rurowej_rozszerzalnosc_liniowa
Rys. 1. Rozszerzalność liniowa – kompensacja instalacji rurowej

a = Dl/(lo * DT)

Jako maksymalną różnicę temperatur dla rurociągów należy przyjmować:

DT = tmax – tmin [oC]

Rozszerzalność instalacji – przykład

I tak np. dla rurki miedzianej pracującej w przedziale temperatur 0-100oC można przyjąć wartość współczynnika rozszerzalności liniowej α = 17 * 10-6 [K-1], tzn. 0,017 mm na jeden metr rury, przy zmianie temperatury o 1oC.

Zatem 5-metrowy odcinek rury miedzianej przy zmianie temperatury o 60oC wydłuży się (lub skróci) o ok. 5 mm (Dl = 0,017 * 5 * 60). Nieznacznie różne wartości uzyskamy dla rur stalowych i nierdzewnych. Jednak współczynniki rozszerzalności liniowej przewodów z tworzyw sztucznych będą do kilkunastu razy większe!

Naprężenia i kompensacja instalacji rurowej

Jeżeli zmiana długości instalacji, uwarunkowana rozszerzalnością termiczną materiału, zostanie w jakiś sposób uniemożliwiona lub utrudniona, wówczas powstałe naprężenia mechaniczne wewnątrz materiału mogą przekroczyć dopuszczalną granicę, co z kolei może doprowadzić do powstania uszkodzeń (najczęściej w formie pęknięć zmęczeniowych).

Aby uniknąć tego typu awarii, należy pozostawić wolną przestrzeń umożliwiającą swobodne rozszerzanie się instalacji. Należy zdać sobie sprawę z faktu, iż nieskompensowane wydłużenia powodują tak mocne naprężenia w instalacji, że mogą one doprowadzić nawet do rozszczelnienia połączeń lutowanych!

Kompensacja instalacji rurowej – rozwiązania

Aby uniknąć powstawania w instalacjach zbyt dużych naprężeń związanych z rozszerzalnością cieplną, najczęściej stosowanymi rozwiązaniami są:

  • zaplanowanie kompensacji naturalnej;
  • przemyślane rozmieszczenie punktów stałych i podpór przesuwnych;
  • zamontowanie kompensatorów mieszkowych.

Naturalna kompensacja wydłużeń

Naturalną kompensację wydłużeń uzyskuje się, wykorzystując ułożenie rurociągu wewnątrz budynku, np. na załamaniach przewodów w narożnikach pomieszczeń czy też podczas omijania konstrukcji budynku.

Kompensacja instalacji rurowej – elastyczność rur

Do kompensacji zmian długości rur można często wykorzystać elastyczność samych rur. W tym celu konieczne jest stworzenie ruchomego ramienia o odpowiednich wymiarach poprzez prawidłowe rozmieszczenie punktów stałych. Niezbędne jest w tym wypadku pozostawienie odpowiedniej odległości przewodu od ścian i uchwytów przesuwnych od załamania.

W uchwytach przesuwnych rura musi mieć możliwość swobodnego przesuwania się. Dlatego należy pamiętać o pozostawieniu odpowiedniej długości odcinka swobodnego (rys. 2a i 2b). Długości odcinków swobodnych A w zależności od wydłużenia ∆l podaje producent rur.

Rysunek_2a_Kompensacja_instalacji_rurowej_
Rys. 2a. Kompensacja instalacji rurowej – schemat rozmieszczenia punktów przesuwnych w instalacji miedzianej
Rysunek_2b_Kompensacja_instalacji_rurowej_
Rys. 2 b. Kompensacja instalacji rurowej – odcinek swobodny –
schemat rozmieszczenia punktów przesuwnych w instalacji miedzianej
Kompensacja_instalacji_rurowej_Czaplinski_tabela1
Długości odcinków swobodnych A w zależności od średnicy przewodu miedzianego i jego wydłużenia

Kompensatory kształtowe

Jeżeli układ budynku nie pozwala na wykorzystanie ułożenia rurociągu do kompensacji naturalnej, możemy wbudować odpowiedni kompensator kształtowy w miejscu, gdzie jest to możliwe.

Taka sytuacja ma miejsce, kiedy mamy do ułożenia długie, proste odcinki przewodów. Wówczas, aby zapewnić im możliwość wydłużania się, należy wprowadzić dodatkowe ramię kompensacyjne, a więc wbudować kompensatory. Np. może to być kompensator typu U-kształtowego, który można wykonywać bezpośrednio na budowie, stosując rury i kolana 90o, lub w ostateczności wyginając odpowiednio rurę.

Kompensacja_instalacji_rurowej_wygiecie_rury

Wymiary kompensatorów giętych oraz wykonanych z rur i kolan oraz wielkości przenoszonych przez nie wydłużeń podane są w tabelach 2 i 3.

Wymiary_kompensatorow_ksztaltowych.
Tabela. Wymiary kompensatorów kształtowych.
Kompensacja_instalacji_rurowej_tabela
Tabela. Wymiary kompensatorów kształtowych

Kompensatory wykonane z rur i kolan powinny posiadać na wierzchołku odcinek prosty o długości:

  • dla rur o Dz ≤ 35 mm – min. 1,5 * Dz
  • dla rur o Dz > 35 mm – min. 2 * Dz.

Przykładowe wymiary kompensatorów U-kształtowych i możliwe do przejęcia wydłużenie liniowe podane są w tabeli 3.

Kompensatory U-kształtowe powinny być wbudowane w połowie odległości między punktami stałymi. Dodatkowo należy kompensator umocować punktem stałym w jego osi symetrii (patrz rys. 3).

Kompensacja_instalacji_rurowej_schemat
Schemat montażu kompensatora U-kształtowego

Podstawowa zasada brzmi: Między dwoma punktami stałymi musi istnieć wystarczająca możliwość kompensacji wydłużeń termicznych w instalacji.

Kompensatory mieszkowe

Jeżeli nie ma możliwości wbudowania kompensatora U-kształtowego, np. przy wykonywaniu instalacji w szachtach, można zastosować kompensatory mieszkowe, tzw. osiowe. Konstrukcja kompensatorów tego typu oparta jest na mieszkach sprężystych, których sztywność jest znacznie mniejsza od sztywności rurociągów kompensowanych. Posiadają one tyle samo zalet, co wymagań, jakie należy spełnić, aby mogły one w pełni spełniać swoją rolę w instalacji.

Kompensatory mieszkowe – zalety:

  • zajmują mało miejsca – można stosować np. pod listwami podłogowymi i w wąskich szachtach;
  • prosty montaż.


Kompensatory mieszkowe – wady

Natomiast utrudnienia, jakie napotkamy podczas montażu, to m.in.:

  • wymagany montaż wyłącznie na prostych odcinkach rurociągów unieruchomionych z dwóch stron podporami stałymi. Nie mogą być montowane na załamaniach i innych odcinkach samokompensujących się;
  • ograniczona zdolność kompensacji pojedynczego kompensatora;
  • konieczny łatwy dostęp w celu rewizji, dlatego nie wolno np. zabudować kompensatorów ani też zalewać betonem;
  • w czasie pracy instalacji na kompensator nie mogą działać siły skręcające, dlatego należy zawsze zapewnić osiową pracę kompensatora. Spełnienie tego warunku jest możliwe przez odpowiednie umieszczenie punktów stałych i przesuwnych na rurociągach;
  • podczas lutowania należy unikać przegrzania mieszka.

Kompensatory osiowe – zasady montażu

Ponadto należy przestrzegać ogólnych zasad dotyczących montażu kompensatorów osiowych:

  • między dwoma punktami stałymi może znajdować się tylko jeden kompensator;
  • odcinki przewodów kompensowanych powinny być ułożone współosiowo;
  • pomiędzy dwoma sąsiednimi kompensatorami powinien być zawsze jeden punkt stały;
  • nie dopuszczać do obciążeń skrętnych kompensatora;
  • przy pracach spawalniczych należy chronić mieszek przed końcówką spawalniczą;
  • mieszek, mocowania i przewody rurowe należy chronić przed zanieczyszczeniami i uszkodzeniem.

Dobór kompensatora – czynności wstępne

Podstawową czynnością wstępną właściwego doboru kompensatora jest określenie długości odcinka rurociągu, którego zmiany długości spowodowane maksymalnymi zmianami temperatury mają być skompensowane. Wiąże się to z prawidłowym podziałem rurociągu na odcinki kompensowane (zaprojektowaniem rozstawu podpór stałych), tak aby przy maksymalnych zmianach temperatury nie została przekroczona zdolność kompensacyjna elementów kompensujących.

Producenci tego typu elementów podają zwykle wartości maksymalnej zdolności kompensacyjnej swoich kompensatorów. Gwarantują tym samym ich trwałość zmęczeniową przez 1000 pełnych cykli pracy (katalogowa wartość rozciągnięcia + ściśnięcia) przy maksymalnym ciśnieniu roboczym i temperaturze ok. 20oC.

Podpory kierunkowe

Z uwagi na to, że sztywność kompensatorów jest wielokrotnie mniejsza od kompensowanych przez nie rurociągów, a ich konstrukcja wrażliwa na działania sił poprzecznych mogących wywoławać pod wpływem ciśnienia wewnętrznego wyboczenie kompensatora, konieczny jest ich montaż między ruchomymi podporami prowadzącymi w osi rurociągu (tzw. podporami kierunkowymi).

Zwykle stosuje się po dwie podpory kierunkowe z każdej strony kompensatora osiowego lub tylko po jednej stronie, gdy kompensator jest umiejscowiony. W bezpośrednim sąsiedztwie podpory stałej należy zamontować podporę przesuwną jak poniżej:

  • pierwsza w odległości ok. 4 * Dz od skrajnej fali mieszka,
  • druga w odległości ok. 14 * Dz od pierwszej podpory kierunkowej.


Kompensatory mieszkowe – łączenie

Kompensatory mieszkowe można łączyć z rurociągiem na kilka sposobów. Posiadają one końcówki kielichowe do lutowania, spawane, zaciskowe lub kołnierzowe, np. kompensator z miedzi posiada miedzianą obudowę i mieszek ze stali szlachetnej i może być stosowany w instalacjach grzewczych i sanitarnych do 110oC i pmax = 3 bary. Może przejmować zmiany długości maksymalnie do 7 mm (z instalatorską dokładnością można przyjąć, że montujemy jeden kompensator na 5 m rury miedzianej).

Temat niedoceniany!

Należy podkreślić, iż kompensacja wydłużeń jest tematem mocno niedocenianym i często wręcz pomijanym w obliczeniach. A powinna, obok obliczeń cieplnych i hydraulicznych, stanowić stały element projektu. Każdą instalację należy traktować indywidualnie i do takich potrzeb zaprojektować kompensacje. Należy wyliczyć wydłużenie, dobrać rozmieszczenie punktów stałych i podpór przesuwnych, określić ich wielkość oraz dobrać wielkość i ilość kompensatorów.

Obecnie szczególnie producenci rur oferują darmowe, łatwe w obsłudze kalkulatory wydłużeń i kompensacji. Można z nich skorzystać podczas projektowania. To samo dotyczy podpór – punktów stałych i podpór przesuwnych. Ich rodzaj i wielkość zależą od wielu istotnych parametrów. Dobrze jest skonsultować z producentem konkretne rozwiązanie, tak ze względów wytrzymałościowych, jak i ekonomicznych.

Jak widać zaplanowanie i wykonanie prawidłowej kompensacji nie jest proste. Dlatego proponuję przed wykonaniem instalacji dobrze się zastanowić, w którym miejscu niezbędna jest kompensacja wydłużeń i w jaki sposób ją zrealizować. Unikniemy w ten sposób nie tylko nieprzyjemnych odgłosów powstających podczas pracy instalacji, ale również odciążone zostaną uchwyty i spoiny, co zwiększy bezawaryjną pracę całej instalacji.

Jarosław Czapliński

Literatura:

  • 1. B. Kozłowski, J. Rokosz, „Instrukcja doboru i montażu osiowych kompensatorów mieszkowych”.
  • 2. „Zasady doboru i montażu osiowych kompensatorów mieszkowych”, Warszawa 2011, ZESIL sp. z o.o.
  • 3. Poradnik techniczny SANHA.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij