U toplotnim mrežama široko se koriste punila, u obliku slova U i mijehasti (valoviti) dilatacijski spojevi. Dilatacijski zglobovi moraju imati dovoljan kompenzacijski kapacitet da apsorbiraju toplinsko izduženje dijela cjevovoda između fiksnih nosača, dok maksimalni naponi u radijalnim dilatacijskim zglobovima ne smiju premašiti dopuštene (obično 110 MPa).

Termičko istezanje izračunatog dijela cjevovoda
, mm, određuje se formulom

(81)

Gde
- prosječni koeficijent linearnog širenja čelika,

(za tipične proračune možete uzeti
),

- izračunata temperaturna razlika, određena formulom

(82)

Gde - projektna temperatura rashladne tečnosti, o S;

- projektna temperatura vanjskog zraka za dizajn grijanja, o S;

L je udaljenost između fiksni nosači, m (vidi Dodatak br. 17).

Kompenzacijski kapacitet dilatacionih zglobova naduvavanja smanjen je za 50 mm.

Odgovor na punjenje- sila trenja u ambalaži punila određuje se formulom

Gde - radni pritisak rashladna tečnost, MPa;

- dužina sloja za pakovanje duž osi dilatacionog zgloba sa punilom, mm;

- vanjski promjer dilatacionog zgloba nadjevnice, m;

- koeficijent trenja ambalaže o metal uzima se jednak 0,15.

Pri odabiru kompenzatora, njihova kompenzacijska sposobnost i tehnički parametri mogu se odrediti prema aplikaciji.

Aksijalna reakcija miješnih dilatacionih zglobovasastoji se od dva pojma:

(84)

Gde - aksijalna reakcija uzrokovana deformacijom valova, određena formulom

(85)

ovdje l - termičko izduženje dionica cjevovoda, m;

 - krutost vala, N / m, uzeta prema pasošu kompenzatora;

n je broj valova (sočiva).

- aksijalna reakcija od unutrašnjeg pritiska, određena formulom

(86)

ovdje - koeficijent ovisno o geometrijskim dimenzijama i debljini valovitog zida, jednak u prosjeku 0,5 - 0,6;

D i d - respektivno, vanjski i unutarnji promjer valova, m;

- višak pritiska rashladne tečnosti, Pa.

Prilikom izračunavanja samokompenzacije glavni zadatak je odrediti maksimalno naprezanje u osnovi kratkog kraka kuta rotacije staze, koje je određeno za 90 ° formula

(87)

za kutove veće od 90 °, tj. 90 + , po formuli

(88)

gdje je isl produženje kratkog kraka, m;

l je dužina kratkog kraka, m;

E je modul uzdužne elastičnosti, prosječno jednak za čelik 2 · 10 5 MPa;

d je vanjski promjer cijevi, m;

- odnos dužine duge ruke i dužine kratke.

Pri izračunavanju kutova za samokompenzaciju, vrijednost maksimalnog naprezanja  ne smije prelaziti [] = 80 MPa.

Pri postavljanju fiksnih nosača na uglovima zavoja koji se koriste za samokompenzaciju, mora se imati na umu da zbroj dužina krakova ugla između nosača ne smije biti veći od 60% maksimalne udaljenosti ravnih presjeka . Takođe treba imati na umu da maksimalni kut rotacije koji se koristi za samokompenzaciju ne smije prelaziti 130 °.

Ph.D. S. B. Gorunovich, ruke. dizajnerski tim Ust-Ilimsk CHP

Da bi se nadoknadila toplotna širenja, dilatacijski zglobovi u obliku slova U najčešći su u toplotnim mrežama i elektranama. Uprkos brojnim nedostacima, među kojima se mogu izdvojiti: relativno velike dimenzije (potreba za ugradnjom kompenzacijskih niša u sisteme grijanja s polaganjem kanala), značajni hidraulički gubici (u usporedbi s punilom i mijehom); Kompenzatori u obliku slova U također imaju brojne prednosti.

Glavne prednosti su jednostavnost i pouzdanost. Pored toga, ova vrsta kompenzatora je najbolje proučena i opisana u obrazovnoj, metodološkoj i referentnoj literaturi. Uprkos tome, mladim inženjerima koji nemaju specijalizirane programe za izračunavanje dilatacijskih spojeva često je teško. To je prije svega zbog prilično složene teorije, uz prisustvo velikog broja faktora korekcije i, nažalost, zbog prisustva grešaka u tisku i netočnosti u nekim izvorima.

Ispod se provodi detaljna analiza postupci proračuna Ekspanzioni zglob u obliku slova U prema dva glavna izvora, čija je svrha bila identificirati moguće greške u kucanju i netačnosti, kao i usporediti rezultate.

Tipični proračun kompenzatora (slika 1, a)), koji predlaže većina autora ÷, pretpostavlja postupak zasnovan na upotrebi Castilianove teoreme:

Gdje: U- potencijalna energija deformacije kompenzatora, E- modul elastičnosti materijala cijevi, J- aksijalni moment inercije dijela dilatacionog zgloba (cijevi),

;

Gdje: s- debljina stijenke zavoja,

D n- vanjski promjer zavoja;

M- moment savijanja u dijelu dilatacionog zgloba. Ovdje (iz stanja ravnoteže, slika 1 a)):

M = P y x - P x y + M 0 ; (2)

L- puna dužina kompenzatora, J x- aksijalni moment inercije kompenzatora, J xy- centrifugalni moment inercije kompenzatora, S x- statički moment kompenzatora.

Radi pojednostavljenja rješenja, koordinatne osi se prenose u elastično težište (nove osi Xs, Ys), zatim:

S x = 0, J xy = 0.

Iz (1) dobivamo elastičnu povratnu silu P x:

Pokret se može protumačiti kao kompenzacijski kapacitet kompenzatora:

; (4)

Gdje: α t- koeficijent linearnog toplotnog širenja, (1,2x10 -5 1 / deg za ugljenične čelike);

t n - početna temperatura(prosječna temperatura najhladnijeg petodnevnog tjedna u posljednjih 20 godina);

t to- konačna temperatura ( Maksimalna temperatura rashladna tečnost);

Luch- dužina kompenziranog dijela.

Analizirajući formulu (3), možemo doći do zaključka da najveću poteškoću izaziva određivanje momenta inercije J xs, tim pre što je prvo potrebno odrediti težište kompenzatora (sa y s). Autor opravdano predlaže upotrebu približne, grafičke metode za određivanje J xs, uzimajući u obzir koeficijent krutosti (Karmana) k:

Prvi se integral određuje s obzirom na osu g, drugi u odnosu na osu y s(slika 1). Os kompenzatora crta se u skali na milimetarskom papiru. Osa cijele krive kompenzatora L dijeli se na mnoge segmente Δs i... Udaljenost od središta linije do osi y i mjereno lenjirom.

Koeficijent krutosti (Karmana) treba da odražava eksperimentalno dokazani efekat lokalnog izravnavanja presjek savija se pri savijanju, što povećava njihov kompenzacijski kapacitet. IN normativni dokument Karmanov koeficijent određen je empirijskim formulama koje se razlikuju od onih danih u ,.

Koeficijent krutosti k koristi se za određivanje smanjene dužine L prD lučni element, koji je uvijek veći od stvarne dužine l g... U izvoru, Karmanov koeficijent za savijene zavoje:

; (6)

gdje: - karakteristika savijanja.

Ovdje: R- radijus savijanja.

; (7)

Gdje: α - kut savijanja (u stupnjevima).

Za zavarena koljena i žigosana koljena s kratkim savijanjem izvor predlaže korištenje drugih ovisnosti za određivanje k:

gdje: - karakteristika savijanja za zavarene i žigosane zavoje.

Ovdje: - ekvivalentni radijus zavarenog zavoja.

Za slavine iz tri i četiri sektora, α = 15 °, za pravokutni dvosektorski zavoj predlaže se uzeti α = 11 °.

Treba napomenuti da je u, koeficijent k ≤ 1.

Regulatorni dokument RD 10-400-01 predviđa sljedeći postupak za određivanje koeficijenta fleksibilnosti K p *:

Gde K str- koeficijent fleksibilnosti bez uzimanja u obzir ograničenja deformacije krajeva savijenog dijela cjevovoda;

U ovom slučaju, ako, tada se koeficijent fleksibilnosti uzima jednak 1,0.

Količina K str određuje se formulom:

, (10)

Gde .

Evo Str- prekomerni unutrašnji pritisak, MPa; E t je modul elastičnosti materijala pri Radna temperatura, MPa.

, (11)

Može se pokazati da je faktor fleksibilnosti K p * bit će više od jednog, stoga je pri određivanju smanjene dužine zavoja prema (7) potrebno uzeti njegovu obrnutu vrijednost.

Za usporedbu, odredimo fleksibilnost nekih standardnih slavina prema OST 34-42-699-85, pri prekomjernom tlaku R= 2,2 MPa i modul E t= 2x10 5 MPa. Rezultati su sažeti u donjoj tabeli (tabela br. 1).

Analizirajući dobivene rezultate, može se zaključiti da postupak određivanja koeficijenta fleksibilnosti prema RD 10-400-01 daje "strožiji" rezultat (manja fleksibilnost zavoja), uz dodatno uzimanje u obzir viška pritiska u cjevovoda i modula elastičnosti materijala.

Moment inercije U-oblika kompenzatora (slika 1 b)) u odnosu na novu os y s J xs definirano kako slijedi:

Gdje: L pr- smanjena dužina osi kompenzatora,

; (13)

y s- koordinata težišta kompenzatora:

Maksimalni moment savijanja M max(djeluje na vrhu dilatacionog zgloba):

; (15)

Gde H- prevjes dilatacijskog zgloba, prema slici 1 b):

H = (m + 2) R.

Maksimalno naprezanje u presjeku zida cijevi određuje se formulom:

; (16)

Gdje: m 1- korekcijski faktor (faktor sigurnosti), uzimajući u obzir povećanje naprezanja u savijenim dijelovima.

Kompenzatori ili kompenzacijski uređaji koriste se prilikom ugradnje cjevovoda sa visoki pritisak ili visoke temperature supstanca nosač. Tijekom rada cjevovoda javljaju se brojni faktori koji se moraju uzeti u obzir kako bi se izbjeglo uništavanje nosive konstrukcije... Ovi faktori uključuju temperaturne deformacije cijevi, vibracije koje nastaju tijekom rada cjevovoda, kao i slijeganje temelja betonskih nosača.

Kompenzatori su dizajnirani da osiguraju pokretljivost dijelova sistema jedni prema drugima. Ako nema takve pokretljivosti, tada će se povećati opterećenja na spojnim elementima, dijelovima cjevovoda, zavarenim spojevima. Ova opterećenja prelaze dozvoljene norme i dovesti do uništenja sistema.

Postoji nekoliko vrsta dilatacionih spojeva koji se razlikuju glavni uređaji... Ideja o razvoju dilatacionog zgloba u obliku slova U pojavila se kao rezultat fenomena samokompenzacije cjevovoda sa zavojima i zavojima. Tijekom rada toplovoda, cijevi, zbog ovih zavoja, mogu pokazati otpornost na torzijske i vlačne deformacije.

Međutim, nije potrebno oslanjati se na samokompenzaciju, jer apsolutna vrijednost pomaka ovisi o broju rotacijskih elemenata. Da bi se osigurala mogućnost kompenzacije deformacija, na ravnom dijelu linije opremljeno je koljeno u obliku slova U, koje igra ulogu kompenzatora.

Princip rada dilatacionog zgloba u obliku slova U

Po svom dizajnu, kompenzator u obliku slova U smatra se najjednostavnijim, jer se sastoji od minimalni set elementi. Ovaj minimalizam omogućio je pružanje širok asortiman tehničke karakteristike(temperatura, pritisak). Kompenzator je napravljen na jedan od dva načina.

1. Jednodijelna cijev se savija na pravim mjestima s određenim radijusom savijanja, čineći strukturu u obliku slova U.
2. Dilatacijski spoj uključuje 7 elemenata, uključujući tri pravocrtne grane i 4 okretna ugla, koji su zavareni u jednu strukturu.

Zbog činjenice da se ovaj kompenzator često mora servisirati, jer se sedimenti u obliku nečistoće ili drugih gustih struktura često nakupljaju u zavoju u obliku slova U, njegove spojne cijevi opremljene su prirubnicama ili navojnim spojnicama. To vam omogućava da montirate i demontirate uređaj bez upotrebe posebnih alata.

Za oba su predviđena dilatacijska zgloba u obliku slova U. čelične cijevi i za polietilenske cijevi... Dizajn nije bez nedostataka. Tako, na primjer, ugradnja dilatacionog zgloba u obliku slova U u sistem grijanja zahtijeva potrošnju dodatni materijal u obliku cijevi, uglova, brisača. Za grejne mreže sve je komplicirano ugradnjom dodatnih nosača.

Zahtjevi za ugradnju i troškovi ugradnje uređaja u obliku slova U

Uprkos relativnoj jednostavnosti uređaja, ugradnja dilatacijskog zgloba u obliku slova U nije uvijek niža po cijeni, u usporedbi, na primjer, s cijenom dilatacijskog zgloba s mijehom. Sada govorimo o cjevovodima veliki promjer... U ovom slučaju, troškovi dodatni elementi a njihova ugradnja premašuje cijenu miješnog uređaja, a ako uzmemo u obzir potrebu za izradom nosača, tada će razlika u cijeni biti vrlo primjetna.

Ako je dilatacijski spoj izveden savijanjem ravne cijevi, mora se imati na umu da radijus ovog zavoja treba biti jednak osam radijusa same cijevi. Ako postoje šavovi, konstrukcija je napravljena tako da ti šavovi padaju na ravne dijelove. Formiranjem strmo savijenih zavoja, naravno, morate odstupiti od ovih pravila.

Prednosti i nedostaci dizajna u obliku slova U

Preporučljivo je prijaviti se dati tip dilatacionih spojeva pri ugradnji cjevovoda malih promjera. Ovdje treba napomenuti da je raspon veličina mehaničkih dilatacijskih spojeva nešto širi. Lakat u obliku slova U dobro se nosi s vibracijama, ali za njegovu izradu potrebna je velika količina materijala, što značajno povećava cijenu uređaja.

Usporedba karakteristika mijeha i dilatacionih zglobova u obliku slova U otkriva glavne prednosti i nedostatke svake vrste uređaja. Na primjer, dilatacijski spoj u obliku slova U mora se povremeno servisirati i očistiti od naslaga. Mehanski dilatacijski zglobovi ne trpe zbog takvih nedostataka.

Još jedna tačka koju bih želio napomenuti odnosi se na kompenzacijsku sposobnost dvije vrste uređaja. Ako uzmemo u obzir samo apsolutne vrijednosti, tada se u tom pogledu ne uočava očita prednost ni s jedne strane. Međutim, da biste povećali maksimalni pomak u dilatacijskom zglobu u obliku slova U, morat ćete povećati veličinu koljena. Za mijehni dilatacijski zglob dovoljno je upotrijebiti valjak od dva dijela koji praktično ne utječe na dimenzije.

Želio bih dodati kasicu kasicu pozitivna svojstva takav kvalitet kao što je nedostatak kontrole tokom rada. Ali u gusto naseljenom području nema uvijek slobodnog prostora za uređenje cjevovoda s dilatacijskim zglobom u obliku slova U. Lakat se može ugraditi samo u vodoravne dijelove, dok se mijehni dilatacijski spoj može ugraditi u bilo koji ravni dio.

Konačno, još jedna prednost dilatacionog zgloba mijeha je u tome što ne povećava otpor protoku tečnosti i plina. Lakat u obliku slova U znatno će smanjiti brzinu protoka. Kada koristite ovu vrstu uređaja u kućni sistem moraće se instalirati grijanje cirkulacijska pumpa, jer zbog prirodne konvekcije tečnost možda neće cirkulirati nailazeći na prepreku na putu.

Proračuni za dilatacijske spojeve

Nedostatak GOST standarda za Uređaji u obliku slova U ponekad značajno kompliciraju zadatak planiranja projekta, stoga je neophodan preliminarni proračun dilatacijskog spoja u obliku slova U. Prije svega, morate nadograditi potrebe projekta. U obzir se uzimaju dimenzije cjevovoda, njegov promjer, maksimalni pritisak i veličina očekivanog pomaka.

To znači da će teško biti moguće kupiti gotov kompenzator. Za svaki konkretan slučaj mora se izraditi lično. To je još jedan nedostatak u odnosu na uređaje sa mijehom.

Prilikom izračunavanja parametara treba uzeti u obzir sljedeća ograničenja i uvjete:

• čelik se koristi kao materijal za cjevovod;
• kompenzatori su dizajnirani i za vodu i za plinovite medije;
• maksimalni pritisak nosača ne prelazi 1,6 atmosfere;
• kompenzator mora imati ispravan oblik u obliku slova "P";
• montiran samo na vodoravne dijelove;
• utjecaj vjetra je isključen.

Treba shvatiti da se ovi parametri smatraju idealnim. U stvarnim uslovima moguće je uočiti samo nekoliko tačaka. Kada je riječ o temperaturi okoline, potrebno je njezinu vrijednost uzeti na maksimum, a temperaturu okolišnog zraka na minimum.

Instalacija kompenzatora

Kada gradite autoput, trebalo bi da koristite određena pravila, koji se također tiču ​​uređenja dilatacijskih zglobova u obliku slova U. Instalira se tako da je prevjes usmjeren na desnu stranu. Bočne stranice određuju gledajući cjevovod od izvora do sudopera. Ako za kompenzator nije potreban prostor s desne strane, tada se let obavlja lijevo, međutim, povratna linija morat će se voditi s desna strana, a to dovodi do promjena u projektu.

Prije direktnog puštanja u rad toplovoda potrebno je obavezno prethodno istezanje dilatacionog zgloba. Punjene cijevi su pod pretjeranim pritiskom, pa ako se ovaj postupak ne obavi, metal će se uskoro početi rušiti.

Napetost se vrši posebnim dizalicama, a nakon pokretanja uklanjaju se i koljeno zauzima prethodni položaj. Količina zatezanja naznačena je podacima o pasošu za svaki uređaj. Prilikom ugradnje nosača potrebno je izračunati njihovo mjesto, oni moraju biti smješteni tako da deformacije dovode samo do aksijalnog pomicanja cijevi na nosaču.

Proračun dilatacionih spojeva

Fiksno pričvršćivanje cjevovoda izvodi se kako bi se spriječilo njegovo spontano pomicanje tokom produženja. Ali u nedostatku uređaja koji uočavaju produljenja cjevovoda između fiksnih učvršćenja, nastaju velika naprezanja koja mogu deformirati i uništiti cijevi. Izvršena je kompenzacija za produžetke cijevi razni uređajičiji se princip rada može podijeliti u dvije skupine: 1) radijalni ili fleksibilni uređaji koji percipiraju produljenje toplotnih provodnika savijanjem (ravni) ili torzijskim (prostorno) zakrivljenim dijelovima cijevi ili savijanjem posebnih elastičnih umetaka raznih oblika; 2) aksijalni uređaji kliznih i elastičnih tipova, kod kojih se produžeci percipiraju teleskopskim pomicanjem cijevi ili kompresijom opružnih umetaka.

Fleksibilni kompenzacijski uređaji su najčešći. Najjednostavnija kompenzacija postiže se prirodnom fleksibilnošću zavoja samog cjevovoda, savijenih pod uglom ne većim od 150 °.

Usponi i padovi cijevi mogu se koristiti za prirodnu kompenzaciju, ali prirodna kompenzacija ne mora uvijek biti predviđena. Uređaju umjetnih dilatacionih zglobova treba se pozabaviti tek nakon korištenja svih mogućnosti prirodne kompenzacije.

U pravim dijelovima kompenzacija izduživanja cijevi rješava se posebnim fleksibilnim dilatacijskim zglobovima različitih konfiguracija. Kompenzatori za liru, posebno sa naborima fleksibilni dilatacijski zglobovi imaju najveću elastičnost, ali zbog povećane korozije metala u naborima i povećanog hidrauličkog otpora, rijetko se koriste. Češći su dilatacijski zglobovi u obliku slova U sa zavarenim i glatkim koljenima; Kompenzatori u obliku slova U sa naborima, poput onih u obliku lire, koriste se rjeđe iz gore navedenih razloga.

Prednost fleksibilnih dilatacijskih spojnica je u tome što im nije potrebno održavanje i nisu potrebne komore za ugradnju u niše. Uz to, fleksibilni dilatacijski zglobovi prenose samo reakcije širenja na fiksne nosače. Nedostaci fleksibilnih dilatacijskih spojnica uključuju: povećani hidraulički otpor, povećanu potrošnju cijevi, velike dimenzije zbog kojih ih je teško koristiti u urbanim brtvama kada je trasa zasićena gradskim podzemnim komunikacijama.

Kompenzatori leće pripadaju aksijalni dilatacijski zglobovi elastični tip. Kompenzator se sastavlja zavarivanjem od poluleća izrađenih od štancanja od tankih limova čelika visoke čvrstoće. Kapacitet kompenzacije jednog poluobjektiva je 5-6 mm. Dozvoljeno je kombinirati 3-4 leće u dizajnu kompenzatora, više nepoželjno zbog gubitka elastičnosti i izvijanja leća. Svaka leća omogućava kutno kretanje cijevi do 2-3 °, stoga se dilatacijski zglobovi sočiva mogu koristiti prilikom polaganja mreža na ovješene nosače koji stvaraju velika iskrivljenja cijevi.

Aksijalna kompenzacija kliznog tipa stvara se dilatacijskim zglobovima punila. Do sada su zastarjele prirubničke konstrukcije od lijevanog željeza široko zamijenjene laganom, čvrstom i jednostavnom za proizvodnju zavarenom čeličnom konstrukcijom prikazanom na slici 5.2.

Slika 5.2. Oblatno jednostrano zavareno dilatacijski zglob punila: 1- prirubnica pod pritiskom; 2 - osovina sakupljača; 3 - pakiranje punjenja; 4- kontra osovina; 5 - staklo; 6 - kućište; 7 - prijelaz promjera

Naknada za produženje temperature cjevovoda dodjeljuje se kada prosječna temperatura rashladno sredstvo više od + 50 ° S. Termička kretanja toplotnih cijevi uzrokovana su linearnim izduživanjem cijevi kada se zagrijavaju.

Za nesmetan rad toplotnih mreža potrebno je da kompenzacijski uređaji budu projektovani za maksimalno izduživanje cjevovoda. Na osnovu toga, pri izračunavanju istezanja, temperatura rashladne tečnosti pretpostavlja se maksimalna i temperatura okoliš- minimalno i jednako: 1) projektna temperatura vanjski zrak pri projektiranju grijanja - za polaganje iznad glave mreže uključene na otvorenom; 2) izračunata temperatura zraka u kanalu - za polaganje kanala mreže; 3) temperatura tla na dubini bez kanalnih toplotnih cjevovoda pri projektnoj temperaturi vanjskog zraka za dizajn grijanja.

Izračunajmo ekspanzioni spoj u obliku slova U, koji se nalazi između dva fiksna nosača, na dijelu 2 grejne mreže dužine 62,5 m i prečnika cevi: 194x5 mm.

Slika 5.3 Dijagram kompenzatora u obliku slova U

Mi definiramo termičko izduženje cjevovod prema formuli:

gdje je b - koeficijent linearnog izduženja čeličnih cijevi uzima se u zavisnosti od temperature, u prosjeku b = 1,2? 10 -5 m /? C; t je temperatura rashladne tečnosti,? S; t 0 = -28? S - temperatura okoline.

Uzimajući u obzir preliminarno istezanje za ukupno izduženje od 50%:

Grafički poznavajući termičko izduženje, promjer cijevi određuje se iz nomograma dužine kraka dilatacijskog zgloba u obliku slova U, koja iznosi 2,4 m.