Компенсационный шов или подвижный шов — это узел, предназначенный для удержания деталей вместе, при этом безопасно поглощая температурное расширение и сжатие строительных материалов. Они обычно встречаются между секциями зданий , мостов , тротуаров , железнодорожных путей , трубопроводных систем , кораблей и других конструкций.
Фасады зданий, бетонные плиты и трубопроводы расширяются и сжимаются из-за потепления и охлаждения из-за сезонных колебаний или из-за других источников тепла. До того, как в этих конструкциях были предусмотрены зазоры для компенсационных швов, они трескались под действием вызванного напряжения.
Мостовые деформационные швы предназначены для обеспечения непрерывного движения между конструкциями, при этом принимая во внимание перемещение, усадку и температурные колебания на армированных и предварительно напряженных бетонных, композитных и стальных конструкциях. Они не дают мосту сгибаться в экстремальных условиях, а также допускают достаточное вертикальное перемещение, чтобы обеспечить замену подшипника [1] без необходимости демонтажа мостового деформационного шва. Существуют различные типы, которые могут выдерживать перемещение от 30 до 1000 миллиметров (от 1,2 до 39,4 дюйма), включая соединения для небольшого перемещения (EMSEAL BEJS, XJS, JEP, WR, WOSd и Granor AC-AR), среднего перемещения (ETIC EJ, Wd) и большого перемещения (WP, ETIC EJF/Granor SFEJ).
Модульные компенсаторы используются, когда перемещения моста превышают возможности однощелевого соединения или пальчикового соединения. Модульные многощелевые компенсаторы могут компенсировать перемещения во всех направлениях и вращения вокруг каждой оси. Их можно использовать для продольных перемещений всего на 160 мм или для очень больших перемещений более 3000 мм. Общее перемещение мостового настила делится между несколькими отдельными зазорами, которые создаются горизонтальными поверхностными балками. Отдельные зазоры герметизируются водонепроницаемыми эластомерными профилями, а перемещения поверхностных балок регулируются эластичной системой управления. Дренаж соединения осуществляется через дренажную систему мостового настила. Некоторые соединения имеют на своей поверхности так называемые «пазушные пластины», которые снижают шум от проходящего транспорта до 80% [2] .
Иногда в мостовых плитах также используются деформационные швы кладки.
Глиняные кирпичи расширяются, поглощая тепло и влагу. Это создает компрессионное напряжение на кирпичах и растворе, способствуя вздутию или шелушению. [3] Замена раствора эластомерным герметиком поглотит сжимающие силы без повреждений. [4] Бетонный настил (чаще всего на тротуарах ) может страдать от аналогичных горизонтальных проблем, которые обычно устраняются добавлением деревянной прокладки между плитами. Деревянный компенсационный шов сжимается по мере расширения бетона. Обычно используется сухой, устойчивый к гниению кедр с рядом выступающих гвоздей, которые будут встраиваться в бетон и удерживать прокладку на месте. [5]
Контрольные швы, или усадочные швы, иногда путают с деформационными швами, но у них другое назначение и функция. Бетон и асфальт имеют относительно слабую прочность на растяжение и, как правило, образуют случайные трещины по мере старения, усадки и воздействия окружающей среды (включая напряжения теплового расширения и сжатия). Контрольные швы пытаются ослабить растрескивание, обозначая линии для снятия напряжения. Они прорезаются в дорожном покрытии через равные промежутки. Трещины имеют тенденцию образовываться вдоль разрезов, а не случайным образом в другом месте. Это в первую очередь эстетическая проблема; вид ровных, регулярных трещин, которые могут быть скрыты в щели шва, часто предпочтительнее случайных трещин. [6]
Таким образом, деформационные швы уменьшают трещины , в том числе и в общей конструкции, в то время как контрольные швы управляют трещинами, в первую очередь вдоль визуальной поверхности.
Деформационные швы дорожного полотна можно герметизировать горячей смолой, холодным герметиком (например, силиконом) или компрессионным герметиком (например, резиновыми или полимерными сшитыми пенами). [7] Для заполнения некоторых деформационных швов можно использовать раствор с разрывной связью.
Контрольные швы должны иметь достаточную глубину и не превышать максимальное расстояние, чтобы быть эффективными. Типичные характеристики для плиты толщиной в четыре дюйма: [8]
Деформационные швы предназначены для поглощения движения основания пола и самих плиток из-за термического расширения и сжатия, изменений влажности и структурных сдвигов. Эти швы по сути являются зазорами, обычно заполненными гибким материалом, таким как силикон или резина, которые разделяют плитки и допускают движение, не вызывая трещин, коробления или разъединения плиток. [9] [10]
Если железнодорожный путь проходит по мосту, который имеет деформационные швы, которые перемещаются более чем на несколько миллиметров, путь должен быть в состоянии компенсировать это более длительное расширение или сжатие. С другой стороны, путь должен всегда обеспечивать непрерывную поверхность для колес, проезжающих по нему. Эти противоречивые требования удовлетворяются специальными деформационными швами, где два рельса скользят друг по другу под очень острым углом во время расширения или сжатия. Обычно их можно увидеть около одного или обоих концов больших стальных мостов. Такой деформационный шов выглядит как язык железнодорожного стрелочного перевода , но с другим назначением и работой.
Компенсаторы требуются в больших воздуховодных системах, чтобы фиксированные части трубопровода были в значительной степени свободны от напряжения при тепловом расширении. Изгибы в коленах также могут это компенсировать. Компенсаторы также изолируют части оборудования, такие как вентиляторы, от жесткого воздуховода, тем самым уменьшая вибрацию воздуховода, а также позволяя вентилятору «расти» по мере того, как он достигает рабочей температуры системы воздуха, не создавая напряжения на вентиляторе или фиксированных частях воздуховода.
Компенсатор предназначен для обеспечения прогиба в осевом (сжатие), боковом (сдвиг) или угловом (изгиб) прогибах. Компенсаторы могут быть неметаллическими или металлическими (часто называемыми сильфонного типа). Неметаллический может быть одним слоем прорезиненного материала или композитом, изготовленным из нескольких слоев термо- и эрозионностойкого гибкого материала. Типичные слои: внешнее покрытие, действующее как газовое уплотнение, коррозионно-стойкий материал, такой как тефлон, слой стекловолокна, действующий как изолятор и добавляющий долговечности, несколько слоев изоляции, гарантирующих, что теплопередача от дымового газа снижается до требуемой температуры, и внутренний слой.
Сильфон состоит из ряда из одного или нескольких витков металла, обеспечивающих осевое, боковое или угловое отклонение.
.jpg/1280px-Kompensator_(Rohr).jpg)
Компенсаторы труб необходимы в системах, которые транспортируют высокотемпературные вещества, такие как пар или выхлопные газы, или для поглощения движения и вибрации. Типичное соединение представляет собой сильфон из металла (чаще всего из нержавеющей стали ), пластика (например, ПТФЭ ), ткани (например, стекловолокна) или эластомера , такого как резина . Сильфон состоит из ряда витков, при этом форма витка рассчитана на то, чтобы выдерживать внутреннее давление трубы, но достаточно гибкая, чтобы принимать осевые, боковые и угловые отклонения. Компенсаторы также проектируются по другим критериям, таким как поглощение шума, антивибрация, сейсмическое движение и осадка здания. Металлические компенсаторы должны проектироваться в соответствии с правилами, изложенными EJMA, для тканевых компенсаторов существуют руководящие принципы и современное описание Ассоциации качества для тканевых компенсаторов. Трубные компенсаторы также известны как «компенсаторы», поскольку они компенсируют тепловое движение.
Компенсаторы часто включаются в промышленные трубопроводные системы для компенсации перемещений, вызванных термическими и механическими изменениями в системе. Когда процесс требует больших изменений температуры, металлические компоненты изменяют размер. Компенсаторы с металлическими сильфонами предназначены для компенсации определенных перемещений, при этом сводя к минимуму передачу усилий к чувствительным компонентам в системе.
Давление, создаваемое насосами или гравитацией, используется для перемещения жидкостей по системе трубопроводов. Жидкости под давлением занимают объем своего контейнера. Уникальная концепция компенсаторов с компенсацией давления заключается в том, что они предназначены для поддержания постоянного объема за счет того, что балансировочные сильфоны компенсируют изменения объема в сильфонах (линейных сильфонах), которые перемещаются трубой. Раннее название этих устройств было «компенсатор давления-объема». [11]
Резиновые компенсаторы в основном изготавливаются путем ручного обертывания резиновых листов и армированных тканью резиновых листов вокруг оправки в форме сильфона. Помимо резины и ткани, для дополнительного усиления добавляются армированная резина и/или стальная проволока или металлические кольца. [12] После того, как все изделие собрано на оправке, оно покрывается обмоткой из (нейлоновой) корковой ткани для сжатия всех слоев вместе. Из-за трудоемкого процесса производства большая часть производства переместилась в Восточную Европу и страны Азии.
Некоторые типы резиновых компенсаторов изготавливаются методом формования. Типичные формованные соединения — это компенсаторы среднего размера с бортовыми кольцами, которые производятся в больших количествах. Эти резиновые компенсаторы изготавливаются на цилиндрической оправке, которая обернута диагонально нарезанным тканевым слоем. В конце устанавливаются бортовые кольца, а концевые секции загибаются внутрь над бортовыми кольцами. Эта часть, наконец, помещается в форму, формуется в нужную форму и вулканизируется. Это высокоавтоматизированное решение для больших количеств одного типа соединения.
Была разработана новая технология для автоматической намотки резиновых и армирующих слоев на (цилиндрическую или сильфонную) оправку с использованием промышленных роботов вместо ручной обмотки. Это быстро и точно и обеспечивает повторяемое высокое качество. Другим аспектом использования промышленных роботов для производства резиновых компенсаторов является возможность наложения индивидуального армирующего слоя вместо использования предварительно сотканной ткани. Армирующая ткань предварительно соткана и разрезана под предпочтительным углом наклона. С помощью индивидуальной арматуры можно добавлять больше или меньше волокнистого материала на разных участках изделия, изменяя углы волокон по длине изделия. [13]
Внутренние вкладыши могут использоваться для защиты металлических сильфонов от эрозии или снижения турбулентности через сильфоны. Они должны использоваться, когда в конструкцию включены продувочные соединения. Чтобы обеспечить достаточный зазор в конструкции вкладыша, проектировщик должен указать соответствующие боковые и угловые перемещения. При проектировании компенсатора с комбинированными концами также необходимо указать направление потока. [14]
Внешние крышки или кожухи должны использоваться для защиты внутренних сильфонов от повреждения. Они также служат в качестве изоляции сильфонов. Крышки могут быть спроектированы как съемные или постоянные принадлежности. [15]
В системах, в которых среда содержит значительное количество частиц (например, флэш или катализатор), барьер из керамического волокна может быть использован для предотвращения коррозии и ограниченной гибкости сильфона, возникающей из-за накопления частиц. Соединители для продувки также могут использоваться для выполнения этой же функции. Внутренние вкладыши также должны быть включены в конструкцию, если компенсатор включает соединители для продувки или барьеры для частиц. [16]
Ограничительные стержни могут использоваться в конструкции компенсатора для ограничения осевого сжатия или расширения. Они позволяют компенсатору перемещаться в диапазоне, соответствующем расположению гаечных упоров вдоль стержней. Ограничительные стержни используются для предотвращения чрезмерного растяжения сильфонов, ограничивая при этом полную тягу давления системы.
Разрушение компенсатора может произойти по разным причинам, но опыт показывает, что разрушения делятся на несколько отдельных категорий. Этот список включает, но не ограничивается: повреждение при транспортировке и обработке, неправильная установка/недостаточная защита, во время/после установки, неправильное крепление, направление и поддержка системы, отказ анкера в эксплуатации, коррозия, избыточное давление в системе, чрезмерный прогиб сильфона, кручение, эрозия сильфона и твердые частицы в витках сильфона, ограничивающие правильное движение. [17]
Существуют различные действия, которые можно предпринять для предотвращения и минимизации отказа компенсатора. Во время установки не допускайте повреждения сильфона, тщательно следуя инструкциям производителя. [18] После установки внимательно осмотрите всю систему трубопроводов, чтобы убедиться, что во время установки не произошло никаких повреждений, находится ли компенсатор в правильном месте, и правильно ли направление потока и позиционирование компенсатора. [19] Кроме того, периодически осматривайте компенсатор в течение всего срока службы системы, чтобы проверить внешнюю коррозию, ослабление резьбовых креплений и износ анкеров, направляющих и других крепежных деталей. [20]
Другие типы компенсаторов могут включать: тканевый компенсатор, металлический компенсатор (компенсаторы с компенсацией давления являются разновидностью металлических компенсаторов), тороидальный компенсатор , карданный компенсатор, универсальный компенсатор, линейный компенсатор, компенсатор с огнеупорной футеровкой , шарнирный компенсатор , армированный компенсатор и многое другое.
Медные компенсаторы являются отличными материалами, предназначенными для перемещения строительных компонентов из-за температуры, нагрузок и усадки. Медь легко формуется и служит долго. Доступны подробные сведения о состоянии крыши, краях крыши, полах. [21]