I varmenetværk bruges pakningskasse, U-formet og bælge (bølget) ekspansionsfuger i vid udstrækning. Ekspansionsfugerne skal have tilstrækkelig kompenserende kapacitet til at absorbere den termiske forlængelse af rørledningssektionen mellem de faste understøtninger, mens de maksimale spændinger i de radiale ekspansionsfuger ikke bør overstige de tilladte (normalt 110 MPa).

Termisk forlængelse af den beregnede sektion af rørledningen
, mm, bestemmes af formlen

(81)

hvor
- den gennemsnitlige koefficient for lineær ekspansion af stål

(for typiske beregninger kan du tage
),

- den beregnede temperaturforskel, bestemt af formlen

(82)

hvor - designtemperatur for kølevæsken, о С;

- designtemperatur for udeluften til opvarmning, о С;

L er afstanden mellem faste understøtninger, m (se bilag nr. 17).

Udligningskapaciteten af ​​pakdåseudvidelsesfugerne reduceres med en margen på 50 mm.

Fyldboksrespons- friktionskraft i pakningskasseemballage bestemmes af formlen

hvor - driftstryk kølevæske, MPa;

- pakkelagets længde langs pakningskassens ekspansionsleds akse, mm;

- udpakningsboksens udvendige diameter, m;

- pakningens friktionskoefficient mod metallet tages lig med 0,15.

Ved valg af kompensatorer kan deres kompenserende kapacitet og tekniske parametre bestemmes i henhold til applikationen.

Aksial reaktion af bælge ekspansionsfugerbestår af to udtryk:

(84)

hvor - aksial reaktion forårsaget af bølgedeformation, bestemt af formlen

(85)

her --l - termisk forlængelse rørledningssnit, m;

 - bølgestivhed, N / m, taget i henhold til kompensatorens pas;

n er antallet af bølger (linser).

- aksial reaktion fra indre tryk, bestemt af formlen

(86)

her - koefficient afhængigt af de geometriske dimensioner og tykkelsen af ​​bølgevæggen, svarende til i gennemsnit 0,5 - 0,6;

D og d - henholdsvis den ydre og indre diameter af bølgerne, m;

- overtryk af kølevæsken, Pa.

Ved beregning af egenkompensation hovedopgaven er at bestemme den maksimale spænding ved bunden af ​​den korte arm i rute -rotationsvinklen, som bestemmes for 90 ° rotationsvinklerne langs formel

(87)

for vinkler mere end 90 °, dvs. 90 + , med formlen

(88)

hvor l er den korte arms forlængelse, m;

l er længden af ​​den korte arm, m;

E er modulet for længdeelasticitet, i gennemsnit lig med stål 2,105 MPa;

d er rørets ydre diameter, m;

- forholdet mellem længden af ​​den lange arm og længden af ​​den korte.

Ved beregning af vinklerne til selvkompensation bør værdien af ​​den maksimale spænding  ikke overstige [] = 80 MPa.

Når man placerer faste understøtninger i de svinghjørner, der bruges til selvkompensation, skal man huske på, at summen af ​​længderne af armene i vinklen mellem understøtningerne ikke må være mere end 60% af den maksimale afstand for lige sektioner . Det skal også huskes på, at den maksimale rotationsvinkel, der bruges til selvkompensation, ikke må overstige 130 °.

Ph.d. S. B. Gorunovich, hænder. designteam Ust-Ilimsk kraftvarme

For at kompensere for termiske udvidelser er U-formede ekspansionsfuger mest almindelige i varme netværk og kraftværker. På trods af sine mange ulemper, blandt hvilke man kan skille sig ud: relativt store dimensioner (behovet for at installere kompenserende nicher i varmesystemer med kanaludlægning), betydelige hydrauliske tab (i sammenligning med pakdåse og bælge); U-formede ekspansionsfuger har også en række fordele.

De største fordele er enkelhed og pålidelighed. Desuden er denne type kompensatorer den mest velstuderede og beskrevne i uddannelses-, metodologi- og referencelitteratur. På trods af dette er det ofte svært for unge ingeniører, der ikke har specialiserede programmer, at beregne ekspansionsfuger. Dette skyldes primært en temmelig kompleks teori med tilstedeværelsen af ​​et stort antal korrektionsfaktorer og desværre med tilstedeværelsen af ​​stavefejl og unøjagtigheder i nogle kilder.

Nedenfor udføres detaljeret analyse beregningsprocedurer U-formet ekspansionsled ifølge to hovedkilder, hvis formål var at identificere mulige stavefejl og unøjagtigheder samt sammenligne resultaterne.

En typisk beregning af kompensatorer (fig. 1, a)), foreslået af de fleste forfattere ÷, forudsætter en procedure baseret på brugen af ​​Castilianos sætning:

hvor: U- potentiel deformationsenergi af kompensatoren E- elasticitetsmodul for rørmaterialet J- aksialt inertimoment for ekspansionsleddet (rør) sektion,

;

hvor: s- bøjningens vægtykkelse

D n- bøjningens ydre diameter;

M- bøjningsmoment i ekspansionsleddet. Her (fra ligevægtstilstanden, fig. 1 a)):

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

L- kompensatorens fulde længde J x- kompensatorens aksiale inertimoment J xy- centrifugal inertimoment for kompensatoren S x- kompensatorens statiske øjeblik.

For at forenkle løsningen overføres koordinatakser til det elastiske tyngdepunkt (nye akser Xs, Ys), derefter:

S x = 0, J xy = 0.

Fra (1) opnår vi den elastiske reboundkraft P x:

Bevægelsen kan tolkes som kompensatorens kompenserende kapacitet:

; (4)

hvor: α t- koefficient for lineær termisk ekspansion, (1,2x10 -5 1 / deg for kulstofstål);

t n - starttemperatur(gennemsnitstemperatur for den koldeste fem-dages uge i løbet af de sidste 20 år);

t til- endelig temperatur ( Maksimal temperatur kølevæske);

L uch- længden af ​​den kompenserede sektion.

Ved at analysere formel (3) kan vi komme til den konklusion, at den største vanskelighed skyldes bestemmelsen af ​​inertimomentet J xs, især da det først er nødvendigt at bestemme kompensatorens tyngdepunkt (med y s). Forfatteren foreslår rimeligt at bruge en omtrentlig, grafisk metode til bestemmelse J xs, under hensyntagen til stivhedskoefficienten (Karman) k:

Det første integral bestemmes i forhold til aksen y, den anden i forhold til aksen y s(fig. 1). Kompensatorens akse tegnes i målestok på millimeterpapir. Hele kurvens akse af kompensatoren L deler sig i mange segmenter Δs i... Afstand fra midten af ​​linjen til aksen y jeg målt med en lineal.

Stivhedskoefficienten (Karmana) er beregnet til at afspejle den eksperimentelt dokumenterede effekt af lokal udfladning tværsnit bøjninger ved bøjning, hvilket øger deres kompensationsevne. V normativt dokument Karman -koefficienten bestemmes af empiriske formler, der er forskellige fra dem, der er givet i ,.

Stivhedskoefficient k bruges til at bestemme den reducerede længde L prD lysbueelement, som altid er større end dets faktiske længde l g... I kilden er Karman -koefficienten for bøjede bøjninger:

; (6)

hvor: - bøjningskarakteristik.

Her: R- bøjningsradius.

; (7)

hvor: α - bøjningsvinkel (i grader).

For svejsede og kortbøjede stemplede albuer foreslår kilden at bruge andre afhængigheder til at bestemme k:

hvor: - bøjningskarakteristik for svejsede og stemplede bøjninger.

Her: - ækvivalent radius af den svejsede bøjning.

For vandhaner fra tre og fire sektorer, α = 15 grader, for en rektangulær tosektorbøjning, foreslås det at tage α = 11 grader.

Det skal bemærkes, at i, koefficienten k ≤ 1.

Forskriftsdokument RD 10-400-01 indeholder følgende procedure til bestemmelse af fleksibilitetskoefficienten K p *:

hvor K s- fleksibilitetskoefficient uden at tage højde for begrænsningen af ​​deformation af enderne på rørets bøjede sektion;

I dette tilfælde, hvis, så er fleksibilitetskoefficienten taget lig med 1,0.

Mængden K s bestemt af formlen:

, (10)

hvor .

Her P- for stort indre tryk, MPa; E t er elasticitetsmodulet for materialet ved Driftstemperatur, MPa.

, (11)

Det kan påvises, at fleksibilitetsfaktoren K p * vil være mere end en, derfor er det ved beregning af den reducerede længde af bøjningen ifølge (7) nødvendigt at tage dens inverse værdi.

Til sammenligning, lad os bestemme fleksibiliteten for nogle standardbøjninger i henhold til OST 34-42-699-85, ved overtryk R= 2,2 MPa og modul E t= 2x10 5 MPa. Resultaterne er opsummeret i nedenstående tabel (tabel. Nr. 1).

Ved at analysere de opnåede resultater kan det konkluderes, at proceduren til bestemmelse af fleksibilitetskoefficienten i henhold til RD 10-400-01 giver et mere "strengt" resultat (mindre bøjnings fleksibilitet), samtidig med at der tages højde for overtrykket i rørledning og materialets elastiske modul.

Inertimomentet for den U-formede kompensator (fig. 1 b)) i forhold til den nye akse y s J xs defineret som følger:

hvor: L pr- reduceret længde af kompensatorens akse

; (13)

y s- koordinat for kompensatorens tyngdepunkt:

Maksimalt bøjningsmoment M maks(virker øverst på ekspansionsleddet):

; (15)

hvor H- ekspansionsled udhæng, ifølge fig. 1 b):

H = (m + 2) R.

Den maksimale spænding i sektionen af ​​rørvæggen bestemmes af formlen:

; (16)

hvor: m 1- korrektionsfaktor (sikkerhedsfaktor) under hensyntagen til stigningen i spændinger i de bøjede sektioner.

Kompensatorer eller kompensationsanordninger bruges ved installation af rørledninger med højt tryk eller høj temperatur bærestof. Under driften af ​​rørledningen opstår der en række faktorer, der skal tages i betragtning for at undgå ødelæggelse bærende konstruktioner... Disse faktorer omfatter temperaturdeformationer af rør, vibrationer, der opstår under driften af ​​rørledningen, samt nedsynkning af fundamenterne af betonunderstøtninger.

Kompensatorer er designet til at sikre mobiliteten af ​​dele af systemet i forhold til hinanden. Hvis der ikke er sådan mobilitet, øges belastningerne på forbindelseselementerne, rørledningssektioner, svejsninger. Disse belastninger overstiger tilladte normer og føre til ødelæggelse af systemet.

Der er flere typer ekspansionsfuger, der har forskellige principper... Ideen om at udvikle et U-formet ekspansionsled optrådte som et resultat af fænomenet selvkompensation af rørledninger med bøjninger og bøjninger. Under driften af ​​varmeanlægget er rørene på grund af disse drejninger i stand til at vise modstand mod vridnings- og trækdeformationer.

Det er imidlertid ikke nødvendigt at stole på selvkompensation, da forskydningens absolutte værdi afhænger af antallet af roterende elementer. For at sikre muligheden for at kompensere for deformationer, er et U-formet knæ udstyret på den lige sektion af linjen, som spiller rollen som en kompensator.

Funktionsprincippet for det U-formede ekspansionsled

Ved sit design betragtes den U-formede kompensator som den enkleste, da den består af minimumssæt elementer. Denne minimalisme har gjort det muligt at levere bred vifte tekniske egenskaber(temperatur, tryk). Kompensatoren er lavet på en af ​​to måder.

1. Rør i ét stykke bøjer på de rigtige steder med en bestemt bøjningsradius og danner en U-formet struktur.
2. Ekspansionsleddet omfatter 7 elementer, herunder tre retlinede grene og 4 drejelige hjørner, som er svejset til en enkelt struktur.

På grund af at denne ekspansionsfuge ofte skal serviceres, fordi sedimenter i form af snavs eller andre tætte strukturer ofte ophobes i den U-formede bøjning, er dens forbindelsesrør udstyret med flanger eller gevindkoblinger. Dette giver dig mulighed for at montere og demontere enheden uden brug af specialværktøj.

U-formede ekspansionsfuger er tilvejebragt til begge dele stålrør og for polyethylenrør... Designet er ikke fejlfrit. Så for eksempel kræver installation af et U-formet ekspansionsled i varmesystemet udgifter yderligere materiale i form af rør, hjørner, nal. For opvarmningsnetværk er alt kompliceret af installationen af ​​ekstra understøtninger.

Installationskrav og installationsomkostninger for U-formede enheder

På trods af enhedens relative enkelhed er installationen af ​​et U-formet ekspansionsled ikke altid lavere i omkostninger sammenlignet med f.eks. Prisen på en bælgeudvidelsesled. Nu taler vi om rørledninger stor diameter... I dette tilfælde er omkostningerne ved yderligere elementer og deres installation overstiger omkostningerne ved en bælgenhed, og hvis vi tager hensyn til behovet for at bygge understøtninger, vil prisforskellen være meget mærkbar.

Hvis ekspansionsleddet udføres ved at bøje et lige rør, skal man huske på, at radien for denne bøjning skal være lig med otte radier af selve røret. Hvis der er sømme, er strukturen lavet, så disse sømme falder på lige sektioner. Med dannelsen af ​​stejlt bøjede bøjninger skal du naturligvis afvige fra disse regler.

Fordele og ulemper ved det U-formede design

Det er tilrådeligt at ansøge given type ekspansionsfuger ved installation af rørledninger med små diametre. Det skal her bemærkes, at størrelsesudvalget af bælgeudvidelsesfuger er noget bredere. Den U-formede albue klarer godt vibrationer, men der kræves en stor mængde materiale til fremstillingen, hvilket øger enhedens omkostninger betydeligt.

Sammenligning af egenskaberne ved bælge og U-formede ekspansionsfuger afslører de vigtigste fordele og ulemper ved hver type enhed. For eksempel skal et U-formet ekspansionsled periodisk repareres og rengøres for aflejringer. Bælgeudvidelsesledd lider ikke af sådanne ulemper.

Et andet punkt, jeg gerne vil bemærke, vedrører kompenserende evne for de to typer enheder. Hvis vi kun overvejer absolutte værdier, så er der i denne henseende ikke en klar fordel fra begge sider. For at øge den maksimale forskydning i det U-formede ekspansionsled skal du dog øge knestørrelsen. For en bælgeudvidelsesled er det nok at bruge en to-sektions korrugering, som praktisk talt ikke påvirker dimensionerne.

Jeg vil gerne tilføje til sparegrisen positive egenskaber kvalitet som mangel på kontrol under drift. Men i et tætbefolket område er der ikke altid ledig plads til at arrangere en rørledning med en U-formet ekspansionsfuge. Albuen kan kun installeres i vandrette sektioner, mens bælgeudvidelsesleddet kan installeres i enhver lige sektion.

Endelig er en anden fordel ved bælgeudvidelsesleddet, at det ikke øger modstanden mod strømmen af ​​væske og gas. Den U-formede albue reducerer strømningshastigheden kraftigt. Når du bruger denne type enhed i hjemmesystem varme skal installeres cirkulationspumpe, da væsken på grund af naturlig konvektion muligvis ikke cirkulerer og støder på en forhindring undervejs.

Beregninger for ekspansionsfuger

Mangel på GOST -standarder for U-formede enheder nogle gange komplicerer de betydeligt opgaven med at planlægge et projekt, derfor er en foreløbig beregning af det U-formede ekspansionsled nødvendig. Først og fremmest skal du bygge videre på projektets behov. Rørledningens dimensioner, dens diameter, maksimale tryk og størrelsen af ​​den forventede forskydning tages i betragtning.

Det betyder, at det næppe vil være muligt at købe et færdigt ekspansionsled. For hvert enkelt tilfælde skal det laves personligt. Dette er en anden ulempe i forhold til bælgenheder.

Ved beregning af parametrene skal følgende restriktioner og betingelser tages i betragtning:

• stål bruges som materiale til rørledningen;
• ekspansionsfuger er designet til både vand og gasformige medier;
• det maksimale bærtryk ikke overstiger 1,6 atmosfærer
• kompensatoren skal have den korrekte form i form af bogstavet "P";
• kun monteret på vandrette sektioner;
• vindens virkning er udelukket.

Det skal forstås, at disse parametre betragtes som ideelle. Under reelle forhold er det kun muligt at observere et par punkter. Når det kommer til temperaturen på mediet, er det nødvendigt at tage dets værdi til det maksimale, og temperaturen i den omgivende luft for at tage et minimum.

Kompensator installation

Når du bygger en motorvej, skal du bruge visse regler, som også vedrører arrangementet af U-formede ekspansionsfuger. Det installeres, så udhænget rettes til højre side. Siderne bestemmer, når man ser på rørledningen fra kilden til vasken. Hvis der ikke kræves plads til kompensatoren til højre, foretages flyvningen til venstre, men returlinjen skal ledes fra højre side, og dette fører til ændringer i projektet.

Inden direkte idriftsættelse af varmeanlægget kræves en obligatorisk foreløbig strækning af ekspansionsleddet. Fyldte rør er under for stort tryk, så hvis denne procedure ikke udføres, begynder metallet snart at falde sammen.

Spændingen laves med specielle stik, og efter start er de fjernet, og knæet indtager sin tidligere position. Mængden af ​​spænding angives af pasdataene for hver enhed. Ved installation af understøtninger er det nødvendigt at beregne deres placering, de skal være placeret, så deformationer kun fører til aksial forskydning af røret på understøtningen.

Beregning af ekspansionsfuger

Fast fastgørelse af rørledninger udføres for at forhindre spontan forskydning under forlængelse. Men i fravær af enheder, der opfatter rørledningernes forlængelser mellem de faste armaturer, opstår der store spændinger, der kan deformere og ødelægge rørene. Der ydes kompensation for rørforlængelser forskellige enheder hvis funktionsprincip kan opdeles i to grupper: 1) radiale eller fleksible anordninger, der opfatter forlængelsen af ​​varmeledere ved bøjning (flad) eller torsion (rumlige) buede rørsektioner eller bøjning af specielle elastiske skær af forskellige former; 2) aksiale anordninger af glidende og elastiske typer, hvor forlængelserne opfattes ved teleskopisk bevægelse af rør eller kompression af fjederindsatser.

Fleksible kompensationsanordninger er de mest almindelige. Den enkleste kompensation opnås ved den naturlige fleksibilitet i selve rørledningens svingninger, bøjet i en vinkel på ikke mere end 150 °.

Stigninger og fald af rør kan bruges til naturlig kompensation, men naturlig kompensation kan ikke altid ydes. Enheden til kunstige kompensatorer bør kun behandles efter brug af alle mulighederne for naturlig kompensation.

I lige sektioner løses kompensation for rørforlængelser ved hjælp af specielle fleksible ekspansionsfuger i forskellige konfigurationer. Lyre ekspansionsfuger, især med læg, af alle fleksible ekspansionsfuger har den største elasticitet, men på grund af øget korrosion af metallet i folderne og øget hydraulisk modstand, bruges de sjældent. U-formede ekspansionsfuger med svejsede og glatte bøjninger er mere almindelige; U-formede kompensatorer med folder, som lireformede, bruges sjældnere af ovenstående årsager.

Fordelen ved fleksible ekspansionsfuger er, at de ikke kræver vedligeholdelse, og at der ikke kræves kamre til deres installation i nicher. Desuden overfører fleksible ekspansionsfuger kun ekspansionsreaktioner til faste understøtninger. Ulemperne ved fleksible ekspansionsfuger inkluderer: øget hydraulisk modstand, øget rørforbrug, store dimensioner, som gør det svært at bruge dem i bypakninger, når ruten er mættet med byens underjordiske kommunikation.

Objektivkompensatorer tilhører aksiale ekspansionsled elastisk type. Kompensatoren samles ved svejsning fra halvlinser lavet af stempling fra tynde plader med høj styrke. Kompenseringskapaciteten for et halvlinser er 5-6 mm. Det er tilladt at kombinere 3-4 linser i kompensatordesignet, mere uønsket på grund af tab af elasticitet og lukning af linserne. Hver linse muliggør vinkelbevægelse af rør op til 2-3 °, så linsens ekspansionsfuger kan bruges, når der lægges netværk på ophængte understøtninger, der skaber store forvrængninger af rør.

Glidende aksial kompensation skabes ved ekspansionsbokse ekspansionsfuger. Hidtil er forældede støbejernsflangekonstruktioner blevet bredt fortrængt af den lette, stærke og let at fremstille stålsvejset struktur vist i figur 5.2.

Figur 5.2. Wafer-type ensidig svejset pakdåse ekspansionsled: 1- trykflange; 2 - grub aksel; 3 - pakning af pakningskasse; 4- modaksel; 5 - glas; 6 - krop; 7 - overgang af diametre

Kompensation for temperaturudvidelser af rørledninger tildeles når gennemsnitstemperatur kølevæske mere end + 50 ° С. Termiske bevægelser af varmeledninger er forårsaget af lineær forlængelse af rør ved opvarmning.

For problemfri drift af varmeanlæg er det nødvendigt, at kompenseringsanordningerne er designet til maksimal forlængelse af rørledningerne. Baseret på dette, ved beregning af forlængelser, antages kølevæsketemperaturen at være maksimal, og temperaturen miljø- minimum og lig: 1) design temperatur udeluft ved design af varme - til overliggende lægning netværk på udendørs; 2) den beregnede lufttemperatur i kanalen - for kanallægning netværk; 3) jordens temperatur i dybden af ​​de kanalløse varmeledninger ved designtemperaturen af ​​udeluften til design af opvarmning.

Lad os beregne den U-formede kompensator, der er placeret mellem to faste understøtninger, på sektion 2 af varmeanlægget med en længde på 62,5 m og rørdiametre: 194x5 mm.

Figur 5.3 U-formet kompensatordiagram

Vi definerer termisk forlængelse rørledning i henhold til formlen:

hvor b - koefficienten for lineær forlængelse af stålrør tages afhængigt af temperaturen, i gennemsnit b = 1,2? 10 -5 m /? C; t er temperaturen af ​​kølevæsken ,? С; t 0 = -28? С - omgivelsestemperatur.

Under hensyntagen til den foreløbige strækning for den samlede forlængelse på 50%:

Ved at kende den termiske forlængelse grafisk, bestemmes rørdiameteren ud fra nomogrammet for længden af ​​den U-formede ekspansionsled, som er 2,4 m.