Beregning af den n-formede kompensator af termiske netværk. Fordele og ulemper ved det U-formede design

Send dit gode arbejde i videnbasen er enkel. Brug formularen nedenfor

Studerende, kandidatstuderende, unge forskere, der bruger videnbasen i deres studier og arbejde, vil være dig meget taknemmelig.

opslået på http://www.allbest.ru/

Beregning af U-formede kompensatorer

Ph.D. S.B. Gorunovich,

hænder design team Ust-Ilimskaya CHPP

For at kompensere for termiske udvidelser er U-formede dilatationsfuger mest udbredt i varmenet og kraftværker. På trods af dets mange mangler, herunder: relativt store dimensioner (behovet for kompenserende nicher i varmenetværk med kanal pakning), betydelige hydrauliske tab (sammenlignet med pakdåse og bælg); U-formede ekspansionsfuger har en række fordele.

Af fordele kan man først og fremmest fremhæve enkelhed og pålidelighed. Derudover er denne type kompensatorer den mest velundersøgte og beskrevet i undervisnings- og metodologisk og referencelitteratur. På trods af dette er det ofte svært for unge ingeniører, der ikke har specialiserede programmer, at beregne kompensatorer. Dette skyldes primært en ret kompleks teori, tilstedeværelsen af et stort antal korrektionsfaktorer og desværre tilstedeværelsen af stavefejl og unøjagtigheder i nogle kilder.

Nedenfor er en detaljeret analyse beregningsprocedurer for en U-formet kompensator ved brug af to hovedkilder, , hvis formål var at identificere mulige tastefejl og unøjagtigheder, samt at sammenligne resultaterne.

Den typiske beregning af kompensatorer (fig. 1, a)), foreslået af de fleste forfattere, foreslår en procedure baseret på brugen af Castiliano-sætningen:

hvor: U- potentiel deformationsenergi af kompensatoren, E- elasticitetsmodul af rørmaterialet, J- aksialt inertimoment af sektionen af kompensatoren (røret),

hvor: s- udløbsvægtykkelse,

D n- ydre diameter af udløbet;

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

M=P yx-P xy+M 0 ; (2)

L- kompensatorens fulde længde, J x- kompensatorens aksiale inertimoment, J xy- kompensatorens centrifugale inertimoment, S x- kompensatorens statiske moment.

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

S x= 0, J xy = 0.

Fra (1) får vi den elastiske frastødningskraft P x:

Forskydningen kan tolkes som kompensatorens kompenserende evne:

hvor: b t- koefficient for lineær termisk udvidelse, (1,2x10 -5 1 / grader for kulstofstål);

t n - begyndelsestemperatur (gennemsnitstemperatur den koldeste femdages periode i de sidste 20 år);

t Til- sluttemperatur ( Maksimal temperatur kølevæske);

L uch- længden af den kompenserede sektion.

Ved at analysere formel (3) kan vi konkludere, at den største vanskelighed er bestemmelsen af inertimomentet J xs, især da det først er nødvendigt at bestemme kompensatorens tyngdepunkt (med y s). Forfatteren foreslår med rimelighed at bruge en omtrentlig, grafisk metode til at bestemme J xs, mens der tages hensyn til stivhedskoefficienten (Karman) k:

Det første integral bestemmes i forhold til aksen y, anden i forhold til aksen y s(Fig. 1). Kompensatorens akse er tegnet på millimeterpapir i skala. Kompensator med al buet aksel L opdelt i mange sektioner Ds jeg. Afstand fra midten af segmentet til aksen y jeg målt med en lineal.

Stivhedskoefficienten (Karman) er designet til at afspejle den eksperimentelt beviste effekt af lokal udfladning af bøjningers tværsnit under bøjning, hvilket øger deres kompensationsevne. V normativt dokument Karman-koefficienten bestemmes af empiriske formler, der er forskellige fra dem, der er givet i , . Stivhedsfaktor k bruges til at bestemme den reducerede længde L prd bueelement, som altid er større end dets faktiske længde l G. I kilden er Karman-koefficienten for bøjede bøjninger:

hvor: l - bøjningskarakteristik.

Her: R- bøjningsradius.

hvor: b- tilbagetrækningsvinkel (i grader).

For svejsede og kortbuede stemplede bøjninger foreslår kilden at bruge andre afhængigheder til at bestemme k:

hvor: h- bøjningens karakteristika for svejsede og prægede bøjninger.

Her: R e er den ækvivalente radius af den svejste albue.

For grene fra tre og fire sektorer b = 15 grader, for en rektangulær to-sektorgren foreslås det at tage b = 11 grader.

Det skal bemærkes, at i , koefficient k ? 1.

Forskriftsdokument RD 10-400-01 indeholder følgende procedure til bestemmelse af fleksibilitetskoefficienten TIL R* :

hvor TIL R- fleksibilitetskoefficient uden at tage hensyn til begrænsningen af deformation af enderne af den bøjede sektion af rørledningen; o - koefficient under hensyntagen til begrænsningen af deformation ved enderne af den buede sektion.

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

Værdi TIL s bestemmes af formlen:

Her P- overskydende indre tryk, MPa; E t- materialets elasticitetsmodul ved Driftstemperatur, MPa.

Det kan bevises, at fleksibilitetskoefficienten TIL R* vil være større end én, derfor er det, når man bestemmer den reducerede længde af hanen ifølge (7), nødvendigt at tage dens gensidige værdi.

Til sammenligning, lad os bestemme fleksibiliteten af nogle standardhaner i henhold til OST 34-42-699-85, ved overtryk R=2,2 MPa og modul E t\u003d 2x 10 5 MPa. Resultaterne er opsummeret i nedenstående tabel (tabel nr. 1).

Ved at analysere de opnåede resultater kan vi konkludere, at proceduren til bestemmelse af fleksibilitetskoefficienten i henhold til RD 10-400-01 giver et mere "strengt" resultat (mindre bøjningsfleksibilitet), mens der desuden tages hensyn til overtrykket i rørledningen og materialets elasticitetsmodul.

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

hvor: L etc- reduceret længde af kompensatorens akse,

y s- koordinat for kompensatorens tyngdepunkt:

Maksimalt bøjningsmoment M Maks(gælder øverst på kompensatoren):

hvor H- forskydning af kompensatoren ifølge fig. 1 b):

H=(m + 2)R.

Max spænding i sektionen af rørvæggen bestemmes af formlen:

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

Til bøjede bøjninger, (17)

Til svejsede bøjninger. (atten)

W- modstandsmoment for grendelen:

Tilladt spænding (160 MPa for kompensatorer lavet af stål 10G 2S, St 3sp; 120 MPa for stål 10, 20, St 2sp).

Jeg vil straks bemærke, at sikkerhedsfaktoren (korrektion) er ret høj og vokser med en stigning i rørledningens diameter. For eksempel for en 90° albue - 159x6 OST 34-42-699-85 m 1 ? 2,6; til bøjning 90° - 630x12 OST 34-42-699-85 m 1 = 4,125.

Fig.2. Designskema kompensator i henhold til RD 10-400-01.

I det styrende dokument udføres beregningen af sektionen med en U-formet kompensator, se fig. 2, efter den iterative procedure:

Her indstilles afstandene fra kompensatorens akse til de faste understøtninger. L 1 og L 2 tilbage V og afgangen er bestemt N. I processen med iterationer i begge ligninger bør man opnå, at det bliver lige; fra et værdipar tages den største = l 2. Derefter bestemmes den ønskede offset af kompensatoren H:

Ligningerne repræsenterer geometriske komponenter, se fig. 2:

Komponenter af elastiske frastødningskræfter, 1/m2:

Inertimomenter omkring midterakserne x, y.

Styrkeparameter A, m:

[y sk ] - tilladt kompensationsspænding,

Tilladt kompensationsspænding [y sk ] for rørledninger placeret i vandret plan bestemmes af formlen:

for rørledninger placeret i et lodret plan i henhold til formlen:

hvor: - nominel tilladt spænding ved driftstemperatur (for stål 10G 2S - 165 MPa ved 100 °? t? 200 °, for stål 20 - 140 MPa ved 100 °? t? 200 °).

D- indre diameter,

Det skal bemærkes, at forfatterne ikke kunne undgå stavefejl og unøjagtigheder. Hvis vi bruger fleksibilitetsfaktoren TIL R* (9) i formlerne til bestemmelse af den reducerede længde l etc(25), koordinater for de centrale akser og inertimomenter (26), (27), (29), (30), så vil et undervurderet (forkert) resultat opnås, da fleksibilitetskoefficienten TIL R* ifølge (9) er større end én og skal ganges med længden af de bøjede bøjninger. Den givne længde af bøjede bøjninger er altid større end deres faktiske længde (ifølge (7)), først da vil de opnå yderligere fleksibilitet og kompenserende evne.

For at korrigere proceduren til bestemmelse af de geometriske karakteristika i henhold til (25) og (30), er det derfor nødvendigt at bruge den gensidige værdi TIL R*:

TIL R*=1/K R*.

I designskemaet i fig. 2 er kompensatorstøtterne faste ("kryds" betegner normalt faste understøtninger (GOST 21.205-93)). Dette kan flytte "beregneren" for at tælle afstandene L 1 , L 2 fra faste understøtninger, det vil sige tag højde for længden af hele ekspansionssektionen. I praksis er de laterale bevægelser af de glidende, (bevægelige) understøtninger af en tilstødende rørledningssektion ofte begrænset; fra disse bevægelige, men begrænset i tværgående bevægelse af understøtninger, og afstande skal tælles L 1 , L 2 . Hvis du ikke begrænser rørledningens tværgående bevægelse langs hele længden fra stationær til fast støtte der er fare for nedstigning fra understøtningerne af de sektioner af rørledningen, der er tættest på kompensatoren. For at illustrere dette faktum viser fig. 3 resultaterne af beregningen for temperaturkompensation sektion af hovedrørledningen Du 800 lavet af stål 17G 2S, 200 m lang, temperaturforskel fra - 46 ° C til 180 ° C i MSC Nastran-programmet. Den maksimale tværgående bevægelse af kompensatorens centrale punkt er 1.645 m. En yderligere risiko for at falde af rørledningsstøtterne er også mulig vandhammer. Altså beslutningen om længderne L 1 , L 2 bør tages med forsigtighed.

Fig.3. Kompensationsspændingsberegningsresultater for sektionen af rørledningen DN 800 med en U-formet kompensator ved hjælp af MSC/Nastran-softwarepakken (MPa).

Oprindelsen af den første ligning i (20) er ikke helt klar. Desuden er det dimensionsmæssigt ikke korrekt. Når alt kommer til alt, i parentes under tegnet for modulet, er værdierne tilføjet R x og P y(l 4 +…) .

Rigtigheden af den anden ligning i (20) kan bevises som følger:

for at det er nødvendigt, at:

Dette er sandt, hvis vi siger

For et særligt tilfælde L 1 =L 2 , R y=0 , ved hjælp af (3), (4), (15), (19), kan man nå frem til (36). Det er vigtigt at bemærke, at i notationen i y=y s.

Til praktiske beregninger ville jeg bruge den anden ligning i (20) i en mere velkendt og bekvem form:

hvor A 1 \u003d A [y ck].

I det særlige tilfælde hvornår L 1 =L 2 , R y=0 (symmetrisk kompensator):

De åbenlyse fordele ved teknikken i forhold til er dens store alsidighed. Kompensatoren i fig. 2 kan være asymmetrisk; normativitet gør det muligt at udføre beregninger af kompensatorer ikke kun for varmenetværk, men også for kritiske rørledninger højt tryk, som er i RosTechNadzors register.

Lad os bruge sammenlignende analyse resultater af beregning af U-formede kompensatorer efter metoder, . Lad os indstille følgende indledende data:

a) for alle kompensatorer: materiale - Stål 20; P=2,0 MPa; E t\u003d 2x 10 5 MPa; t=200°; belastning - foreløbig strækning; bøjede bøjninger i henhold til OST 34-42-699-85; kompensatorer er placeret vandret, fra rør med pels. forarbejdning;

b) beregningsskema med geometriske betegnelser ifølge fig. 4;

Fig.4. Beregningsskema til komparativ analyse.

c) vi vil opsummere standardstørrelserne af kompensatorer i tabel nr. 2 sammen med resultaterne af beregninger.

Kompensatorens albuer og rør, D n H s, mm	Størrelse, se fig.4	Forstræk, m	Maksimal stress, MPa	Tilladt stress, MPa
					ifølge	ifølge	ifølge	ifølge

konklusioner

kompensator varmerørspænding

Ved at analysere resultaterne af beregninger ved hjælp af to forskellige metoder: reference - og normativ - kan vi konkludere, at på trods af at begge metoder er baseret på samme teori, er forskellen i resultaterne meget betydelig. De udvalgte standardstørrelser af kompensatorer "består med margin", hvis de er beregnet efter og passerer ikke efter de tilladte spændinger, hvis de er beregnet efter . Den væsentligste indflydelse på resultatet frembringes af korrektionsfaktoren m 1 , hvilket øger spændingen beregnet ved formlen med 2 eller flere gange. For eksempel, for en kompensator i den sidste linje i tabel nr. 2 (fra rør 530Ch12) koefficienten m 1 ? 4,2.

Resultatet er også påvirket af værdien af den tilladte spænding, som er væsentligt lavere for stål 20.

Generelt, på trods af den større enkelhed, som er forbundet med tilstedeværelsen af et mindre antal koefficienter og formler, viser metoden sig at være meget mere stringent, især med hensyn til rørledninger med stor diameter.

Af praktiske årsager vil jeg ved beregning af U-formede dilatationsfuger til varmenet anbefale en "blandet" taktik. Fleksibilitetskoefficienten (Karman) og den tilladte spænding skal bestemmes i henhold til standarden, dvs. k=1/TIL R* og yderligere ifølge formlerne (9) h (11); [y sk ] - ifølge formlerne (34), (35) under hensyntagen til RD 10-249-88. Metodens "legeme" skal bruges i henhold til , men uden at tage højde for korrektionsfaktoren m 1 , dvs.:

hvor M Maks bestemt af (15) h (12).

Den mulige asymmetri af kompensatoren, som tages i betragtning i, kan negligeres, fordi i praksis, når der lægges varmenetværk, installeres bevægelige understøtninger ganske ofte, asymmetrien er tilfældig og væsentlig indflydelse påvirker ikke resultatet.

Afstand b det er muligt at tælle ikke fra de nærmeste tilstødende glidestøtter, men at træffe en beslutning om at begrænse sidebevægelser allerede på den anden eller tredje glidende støtte, hvis målt fra kompensatorens akse.

Ved at bruge denne "taktik" slår lommeregneren "to fluer med ét smæk": a) følger nøje normativ dokumentation, da teknikkens "krop" er et særligt tilfælde af . Beviset er givet ovenfor; b) forenkler beregningen.

Hertil kan vi tilføje en vigtig besparelsesfaktor: når alt kommer til alt, for at vælge en kompensator fra et 530Ch12 rør, se tabel. nr. 2, ifølge opslagsbogen, skal lommeregneren øge sine dimensioner med mindst 2 gange, ifølge samme nuværende standard en reel kompensator kan også reduceres med halvanden gang.

Litteratur

1. Elizarov D.P. Termiske kraftværker af kraftværker. - M.: Energoizdat, 1982.

2. Vand varmenet: Hjælpevejledning til design / I.V. Belyaikina, V.P. Vitaliev, N.K. Gromov et al., red. N.K. Gromova, E.P. Shubin. - M.: Energoatomizdat, 1988.

3. Sokolov E.Ya. Varmeforsyning og varmenet. - M.: Energoizdat, 1982.

4. Normer til beregning af styrken af rørledninger af varmenetværk (RD 10-400-01).

5. Normer til beregning af styrken af stationære kedler og rørledninger af damp og varmt vand(RD 10-249-98).

Hostet på Allbest.ru

...

Lignende dokumenter

Beregning af varmeomkostninger til opvarmning, ventilation og varmtvandsforsyning. Bestemmelse af rørledningens diameter, antallet af kompensatorer, tryktab i lokale modstande, tryktab langs rørledningens længde. Valget af tykkelsen af varmeisoleringen af varmerøret.

kontrolarbejde, tilføjet 25/01/2013

Bestemmelse af områdets varmebelastninger og årlig udgift varme. Valg af termisk effekt af kilden. Hydraulisk beregning af varmenettet, valg af netværk og efterfyldningspumper. Beregning af varmetab, dampnetværk, kompensatorer og kræfter på understøtninger.

semesteropgave, tilføjet 07/11/2012

Kompensationsmetoder reaktiv effekt v elektriske netværk. Anvendelse af batterier af statiske kondensatorer. Automatiske regulatorer vekslende excitation af synkrone kompensatorer med en tværgående vikling af rotoren. SC interface programmering.

afhandling, tilføjet 03/09/2012

Grundlæggende principper for reaktiv effektkompensation. Vurdering af konverterinstallationers indflydelse på industrielle strømforsyningsnet. Udvikling af den fungerende algoritme, strukturel og kredsløbsdiagrammer tyristor reaktiv effektkompensatorer.

afhandling, tilføjet 24.11.2010

Bestemmelse af varmestrømme til opvarmning, ventilation og varmtvandsforsyning. Bygning temperatur graf regulering af varmebelastningen på opvarmning. Beregning af kompensatorer og termisk isolering, hovedvarmeledninger i et to-rørs vandnetværk.

semesteropgave, tilføjet 22.10.2013

Beregning af en simpel rørledning, en teknik til at anvende Bernoulli-ligningen. Bestemmelse af rørledningens diameter. Kavitationsberegning af sugeledningen. Definition maksimal højde løft og maksimal væskestrøm. Skema af en centrifugalpumpe.

præsentation, tilføjet 29/01/2014

Designberegning af det lodrette varmelegeme lavt tryk med et bundt U-formede messingrør med en diameter på d=160,75 mm. Bestemmelse af varmevekslingsoverfladen og geometriske parametre for strålen. Hydraulisk modstand af intrapipe-banen.

kontrolarbejde, tilføjet 18/08/2013

Max Flow gennem hydraulikslangen. Værdier for kinematisk viskositet, tilsvarende ruhed og rørboringsareal. Foreløbig vurdering af væskebevægelsesmåden ved rørledningens indløbssektion. Beregning af friktionskoefficienter.

semesteropgave, tilføjet 26.08.2012

Anvendelse i strømforsyningssystemer til automationsenheder til kraftsystemer: synkrone kompensatorer og elektriske motorer, hastighedsregulatorer. Beregning af kortslutningsstrømme; beskyttelse af elledninger, transformere og motorer.

semesteropgave, tilføjet 23.11.2012

Bestemmelse af yderdiameteren af stålrørledningsisoleringen med indstillet temperatur ydre overflade, temperaturen af den lineære varmeoverførselskoefficient fra vand til luft; varmetab fra 1 m af rørledningen. Isoleringsegnethedsanalyse.

Kompensatorer af termiske netværk. I denne artikel vil vi fokusere på udvælgelse og beregning af kompensatorer til termiske netværk.

Hvad er kompensatorer til? Lad os starte med det faktum, at ethvert materiale udvides, når det opvarmes, hvilket betyder, at rørledningerne til varmenetværk forlænges med en stigning i temperaturen på kølevæsken, der passerer gennem dem. For problemfri drift af varmenettet anvendes kompensatorer, der kompenserer for forlængelsen af rørledninger under deres kompression og spænding, for at undgå klemning af rørledninger og deres efterfølgende trykaflastning.

Det skal bemærkes, at for muligheden for udvidelse og sammentrækning af rørledninger er ikke kun kompensatorer designet, men også et system af understøtninger, som igen kan være både "glidende" og "døde". Hvordan styre i Rusland kvalitetskontrol af varmebelastningen - altså når temperaturen ændrer sig miljø, ændres temperaturen ved udgangen af varmeforsyningskilden. På grund kvalitetsregulering varmeforsyning - antallet af ekspansions-kompressionscyklusser af rørledninger stiger. Rørledningernes ressource er reduceret, risikoen for klemning er stigende. Kvantitativ belastningsregulering er som følger - temperaturen ved udgangen af varmeforsyningskilden er konstant. Hvis det er nødvendigt at ændre varmebelastningen, ændres kølevæskens flowhastighed. I dette tilfælde fungerer metallet i varmenetværksrørledningerne under lettere forhold, det mindste antal, hvorved ressourcen til varmenetværksrørledningerne øges. Derfor, før du vælger dilatationsfuger, skal deres egenskaber og mængde bestemmes med mængden af udvidelse af rørledningen.

Formel 1:

δL=L1*a*(T2-T1)hvor

δL - rørledningsforlængelse,

mL1 - længden af den lige sektion af rørledningen (afstand mellem faste understøtninger),

ma - lineær udvidelseskoefficient (for jern er det lig med 0,000012), m/grad.

T1 - maksimal temperatur på rørledningen (kølevæskens maksimale temperatur tages),

T2 - minimumstemperatur rørledning (du kan tage den mindste omgivende temperatur), ° С

Overvej for eksempel løsningen af et elementært problem med at bestemme størrelsen af rørledningens forlængelse.

Opgave 1. Bestem, hvor meget længden af en lige sektion af en rørledning, der er 150 meter lang, vil stige, forudsat at kølevæsketemperaturen er 150 °C, og den omgivende temperatur er opvarmningsperiode-40 °С.

δL=L1*a*(T2-T1)=150*0,000012*(150-(-40))=150*0,000012*190=150*0,00228=0,342 meter

Svar: længden af rørledningen vil øges med 0,342 meter.

Efter at have bestemt mængden af forlængelse, skal det klart forstås, hvornår en kompensator er nødvendig, og hvornår den ikke er nødvendig. For et klart svar på dette spørgsmål du skal have et klart rørledningsdiagram med dets lineære dimensioner og understøtninger anvendt på det. Det skal klart forstås, at en ændring i rørledningens retning er i stand til at kompensere for forlængelser, med andre ord rotation med overordnede dimensioner ikke mindre end dimensionerne af kompensatoren, med korrekt arrangement af understøtninger, er i stand til at kompensere for den samme forlængelse som kompensatoren.

Og så, efter at vi har bestemt mængden af forlængelse af rørledningen, kan vi fortsætte til udvælgelsen af kompensatorer, du skal vide, at hver kompensator har en hovedkarakteristik - dette er størrelsen af kompensation. Faktisk kommer valget af antallet af kompensatorer ned til valget af type og designfunktioner kompensatorer For at vælge typen af kompensator er det nødvendigt at bestemme diameteren af varmenetværksrøret ud fra båndbredde trompet påkrævet strøm varmeforbruger.

Tabel 1. Forholdet mellem U-formede kompensatorer lavet af bøjninger.

Tabel 2. Valg af antal U-formede kompensatorer baseret på deres kompenserende kapacitet.

Opgave 2 Bestemmelse af antal og størrelse af kompensatorer.

For en rørledning med en diameter på DN 100 med en længde på en lige sektion på 150 meter, forudsat at bæretemperaturen er 150 ° C, og omgivelsestemperaturen i opvarmningsperioden er -40 ° C, skal du bestemme antallet af kompensatorer. bL = 0,342 m (se opgave 1) I henhold til tabel 1 og tabel 2 bestemmer vi dimensionerne af n-formede dilatationsfuger (med dimensioner på 2x2 m kan det kompensere for 0,134 meter rørledningsforlængelse), vi skal kompensere for 0,342 meter, derfor Ncomp \u003d bL / ∂x \u003d 0,342 / 0,134 \u003d 2,55, rundet op til nærmeste hele tal i stigningsretningen, og at - 3 kompensatorer med dimensioner på 2x4 meter er påkrævet.

I øjeblikket er linsekompensatorer ved at blive mere udbredte, de er meget mere kompakte end U-formede, dog tillader en række begrænsninger ikke altid deres brug. Ressourcen af den U-formede kompensator er meget højere end den for linsen en, pga dårlig kvalitet kølevæske. Nederste del linsekompensator er normalt "tilstoppet" med slam, hvilket bidrager til udviklingen af parkeringskorrosion af kompensatormetallet.

Beregning af den U-formede kompensator er at definere minimumsmål kompensator tilstrækkelig til at kompensere for temperaturdeformationer af rørledningen. Ved at udfylde ovenstående formular kan du beregne kompensationskapaciteten af en U-formet kompensator af givne dimensioner.

Algoritmen for dette online program er baseret på metoden til beregning af en U-formet kompensator givet i Designer's Handbook "Heat Network Design" redigeret af A. A. Nikolaev.

Den maksimale belastning på bagsiden af kompensatoren anbefales at blive taget i området fra 80 til 110 MPa.

Det anbefales at tage det optimale forhold mellem kompensatorforlængelsen og rørets ydre diameter i området H / Dн = (10 - 40), mens ekspansionsfugeforlængelsen på 10DN svarer til DN350-rørledningen og forlængelsen på 40DN svarer til DN15-rørledningen.

Det optimale forhold mellem bredden af kompensatoren og dens rækkevidde anbefales at tage i området L / H = (1 - 1,5), selvom andre værdier er accepteret.

Hvis der også kræves en kompensator for at kompensere for de beregnede termiske forlængelser store størrelser, kan den erstattes af to mindre kompensatorer.

Ved beregning af rørledningens termiske forlængelse skal kølevæskens temperatur tages som maksimum og temperaturen i miljøet omkring rørledningen som minimum.

Følgende begrænsninger blev taget i betragtning:

Rørledningen er fyldt med vand eller damp
Rørledningen er lavet af stålrør
Maksimal temperatur Arbejdsmiljø ikke overstiger 200 °С
Det maksimale tryk i rørledningen overstiger ikke 1,6 MPa (16 bar)
Kompensatoren er installeret på en vandret rørledning
Kompensatoren er symmetrisk, og dens arme er af samme længde
Faste understøtninger betragtes som absolut stive.
Rørledningen oplever ikke vindtryk og andre belastninger
Modstanden af friktionskræfterne fra de bevægelige understøtninger under termisk forlængelse tages ikke i betragtning
Albuerne er glatte

Det anbefales ikke at placere faste understøtninger i en afstand på mindre end 10DN fra den U-formede kompensator, da overførslen af understøtningens klemmoment til den reducerer fleksibiliteten.

Rørledningssektioner fra faste understøtninger til den U-formede kompensator anbefales at have samme længde. Hvis kompensatoren ikke placeres i midten af sektionen, men forskydes mod en af de faste understøtninger, øges de elastiske deformationskræfter og spændinger med ca. 20-40% i forhold til de opnåede værdier for kompensatoren placeret i midten.

For at øge kompensationskapaciteten anvendes forstrækning af kompensatoren. Under installationen oplever kompensatoren en bøjningsbelastning, når den opvarmes, antager den en ubelastet tilstand, og ved maksimal temperatur kommer den i spænding. Foreløbig strækning af kompensatoren med en værdi svarende til halvdelen af rørledningens termiske forlængelse gør det muligt at fordoble dens kompensationskapacitet.

Anvendelsesområde

U-formede kompensatorer bruges til at kompensere temperaturforlængelser rør i lange lige sektioner, hvis der ikke er mulighed for selvkompensation af rørledningen på grund af varmenettets vindinger. Fraværet af kompensatorer på stift fastgjorte rørledninger med en variabel temperatur på arbejdsmediet vil føre til en stigning i spændinger, der kan deformere og ødelægge rørledningen.

Der anvendes fleksible ekspansionsfuger

På overliggende lægning for alle rørdiametre, uanset kølevæskens parametre.
Ved udlægning i kanaler, tunneler og fælles solfangere på rørledninger fra DN25 til DN200 ved et kølemiddeltryk på op til 16 bar.
På kanalløs lægning til rør med diametre fra DN25 til DN100.
Hvis den maksimale medietemperatur overstiger 50°C

Fordele

Høj kompensationskapacitet
Vedligeholdelsesfri
Let at fremstille
Ubetydelige kræfter overføres til faste understøtninger

Fejl

Højt rørforbrug
Stort fodaftryk
Høj hydraulisk modstand

Til dato er brugen af U-type ekspansionsfuger eller enhver anden udført, hvis stoffet, der passerer gennem rørledningen, er kendetegnet ved en temperatur på 200 grader Celsius eller højere samt højt tryk.

Generel beskrivelse af kompensatorer

Metalekspansionsfuger er enheder, der er designet til at kompensere eller afbalancere indflydelsen fra forskellige faktorer på driften af rørledningssystemer. Med andre ord er hovedformålet med dette produkt at sikre, at røret ikke bliver beskadiget, når stoffer transporteres igennem det. Sådanne netværk, som sørger for transport af arbejdsmiljøet, er næsten konstant udsat for sådanne negative påvirkninger, som termisk udvidelse og tryk, vibrationer og nedsynkning af fundamentet.

Det er for at eliminere disse defekter, at det er nødvendigt at installere fleksible elementer, som er blevet kaldt kompensatorer. Den U-formede type er blot en af mange typer, der bruges til dette formål.

Hvad er U-formede elementer

Det skal straks bemærkes, at den U-formede type dele er den enkleste mulighed, der hjælper med at løse kompensationsproblemet. Denne kategori af enheder har mest bredt udvalg temperatur- og trykapplikationer. Til fremstilling af U-formede ekspansionsfuger bruges enten ét langt rør, som bøjes de rigtige steder, eller man tyer til svejsning af flere bøjede, skarpt bøjede eller svejsede bøjninger. Det er værd at bemærke her, at nogle af rørledningerne periodisk skal adskilles for rengøring. I sådanne tilfælde fremstilles ekspansionsfuger af denne type med forbindelsesender på flanger.

Da U-type kompensatoren er det enkleste design, har den en række visse ulemper. Disse kan tilskrives højt flow rør til at skabe et element, store dimensioner, behovet for at installere yderligere understøtninger samt tilstedeværelsen af svejsede samlinger.

Kompensatorkrav og omkostninger

Hvis vi overvejer installation af U-type dilatationsfuger med hensyn til materialeressourcer, så deres installation i systemer med stor diameter. Forbruget af rør og materielle ressourcer til oprettelse af en kompensator vil være for højt. Her kan du sammenligne dette udstyr c Virkningen og parametrene for disse elementer er omtrent de samme, men installationsomkostningerne for den U-formede er cirka dobbelt så meget. Hovedårsagen til denne omkostning Penge i, at du har brug for en masse materialer til byggeri, samt installation af yderligere understøtninger.

For at U-formet kompensator var i stand til fuldstændig at neutralisere trykket på rørledningen, uanset hvor det kom fra, er det nødvendigt at montere sådanne enheder på et tidspunkt med en forskel på 15-30 grader. Disse parametre er kun egnede, hvis temperaturen af arbejdsstoffet inde i netværket ikke overstiger 180 grader Celsius og ikke falder under 0. Kun i dette tilfælde og med denne installation vil enheden være i stand til at kompensere for belastningen på rørledningen fra jordbevægelser fra ethvert punkt.

Installationsberegninger

Beregningen af den U-formede kompensator er at finde ud af, hvilke minimumsdimensioner af enheden er nok til at kompensere for trykket på rørledningen. For at udføre beregningen bruges visse programmer, men denne operation kan udføres selv gennem onlineapplikationer. Det vigtigste her er at følge visse anbefalinger.

Den maksimale belastning, der anbefales for bagsiden af kompensatoren, er i området fra 80 til 110 MPa.
Der er også en sådan indikator som kompensatorens afgang til den ydre diameter. Denne parameter det anbefales at tage inden for H/Dn=(10 - 40). Med sådanne værdier skal det tages i betragtning, at 10Dn svarer til en pipeline med en indikator på 350DN og 40Dn - en pipeline med parametre på 15DN.
Også ved beregning af den U-formede kompensator er det nødvendigt at tage højde for enhedens bredde til dens rækkevidde. Optimale værdier L/H=(1 - 1,5) tages i betragtning. Indførelse af andre numeriske parametre er dog også tilladt her.
Hvis det under beregningen viser sig, at det for en given rørledning er nødvendigt at skabe en ekspansionsfuge af denne type, der er for stor, så anbefales det at vælge en anden type enhed.

Begrænsninger for beregninger

Hvis beregningerne udføres af en uerfaren specialist, er det bedre at gøre dig bekendt med nogle begrænsninger, der ikke kan overskrides, når du beregner eller indtaster data i programmet. For en U-formet rørkompensator gælder følgende begrænsninger:

Arbejdsmediet kan enten være vand eller damp.
Selve rørledningen må kun være lavet af stålrør.
Maksimum temperaturindikator for arbejdsmiljøet - 200 grader celsius.
Det maksimale tryk i netværket må ikke overstige 1,6 MPa (16 bar).
Installation af kompensatoren kan kun udføres på en vandret type rørledning.
Dimensionerne af den U-formede kompensator skal være symmetriske, og dens skuldre skal være de samme.
Rørledningsnettet bør ikke opleve yderligere belastninger (vind eller andre).

Installation af enheder

For det første anbefales det ikke at placere faste understøtninger længere end 10DN fra selve kompensatoren. Dette skyldes det faktum, at transmissionen af klemmemomentet af støtten i høj grad vil reducere strukturens fleksibilitet.

For det andet anbefales det stærkt at opdele sektionerne fra den faste støtte til den U-formede kompensator af samme længde i hele netværket. Det er også vigtigt at bemærke her, at forskydningen af armaturets installationssted fra midten af rørledningen til en af dens kanter vil øge den elastiske deformationskraft såvel som spændingen med omkring 20-40% af de værdier, der kan fås, hvis strukturen monteres i midten.

For det tredje, for yderligere at øge kompensationsevnen, strækkes U-formede ekspansionsfuger. På monteringstidspunktet vil konstruktionen opleve en bøjningsbelastning, og ved opvarmning vil den antage en ubelastet tilstand. Når temperaturen når maksimal værdi, så vil enheden blive tændt igen. Ud fra dette blev der foreslået en strækmetode. forarbejde er at strække kompensatoren med en mængde, der vil være lig med halvdelen af rørledningens termiske forlængelse.

Design fordele og ulemper

Når vi taler generelt om dette design, kan det siges med sikkerhed, at det har sådanne positive egenskaber som let produktion, høj kompensationskapacitet, intet behov for vedligeholdelse, og de kræfter, der overføres til understøtningerne, er ubetydelige. Men blandt de åbenlyse ulemper skiller følgende sig ud: et stort forbrug af materiale og en stor mængde plads optaget af strukturen, en høj grad af hydraulisk modstand.

Ph.D. S. B. Gorunovich, leder. designgruppe af Ust-Ilimskaya CHPP

For at kompensere for termiske udvidelser er U-formede dilatationsfuger mest udbredt i varmenet og kraftværker. På trods af sine mange mangler, blandt hvilke er: relativt store dimensioner (behovet for kompenserende nicher i varmenetværk med en kanalpakning), betydelige hydrauliske tab (sammenlignet med pakdåse og bælg); U-formede ekspansionsfuger har en række fordele.

Nedenfor er en detaljeret analyse af proceduren for beregning af den U-formede kompensator for to hovedkilder, hvis formål var at identificere mulige tastefejl og unøjagtigheder, samt at sammenligne resultaterne.

Den typiske beregning af kompensatorer (fig. 1, a)), foreslået af de fleste forfattere ÷, involverer en procedure baseret på brugen af Castiliano-sætningen:

hvor: U- potentiel deformationsenergi af kompensatoren, E- elasticitetsmodul af rørmaterialet, J- aksialt inertimoment af sektionen af kompensatoren (røret),

;

hvor: s- udløbsvægtykkelse,

D n- ydre diameter af udløbet;

M- bøjningsmoment i kompensatordelen. 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, Jxy- kompensatorens centrifugale inertimoment, S x- kompensatorens statiske moment.

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

S x = 0, J xy = 0.

Fra (1) får vi den elastiske frastødningskraft P x:

Forskydningen kan tolkes som kompensatorens kompenserende evne:

; (4)

hvor: en t- koefficient for lineær termisk udvidelse, (1,2x10 -5 1 / grader for kulstofstål);

t n- begyndelsestemperatur (gennemsnitstemperatur for den koldeste femdages periode over de seneste 20 år);

t til- sluttemperatur (maksimal varmebærertemperatur);

L konto- længden af den kompenserede sektion.

Ved at analysere formel (3) kan vi konkludere, at den største vanskelighed er bestemmelsen af inertimomentet Jxs, især da det først er nødvendigt at bestemme kompensatorens tyngdepunkt (med y s). Forfatteren foreslår med rimelighed at bruge en omtrentlig, grafisk metode til at bestemme Jxs, mens der tages hensyn til stivhedskoefficienten (Karman) k:

Det første integral bestemmes i forhold til aksen y, anden i forhold til aksen y s(Fig. 1). Kompensatorens akse er tegnet på millimeterpapir i skala. Kompensator med al buet aksel L opdelt i mange sektioner ∆s i. Afstand fra midten af segmentet til aksen y i målt med en lineal.

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

; (6)

hvor: - karakteristisk for bøjningen.

Her: R- bøjningsradius.

; (7)

hvor: α - tilbagetrækningsvinkel (i grader).

For svejsede og kortbuede stemplede bøjninger foreslår kilden at bruge andre afhængigheder til at bestemme k:

hvor: - bøjningskarakteristisk for svejste og prægede bøjninger.

Her: - ækvivalent radius af den svejste bøjning.

For grene fra tre og fire sektorer α=15 grader, for en rektangulær to-sektorgren foreslås det at tage α = 11 grader.

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

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

hvor K r- fleksibilitetskoefficient uden at tage hensyn til begrænsningen af deformation af enderne af den bøjede sektion af rørledningen;

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

Værdi K p bestemmes af formlen:

, (10)

hvor .

Her P- overskydende indre tryk, MPa; E t- materialets elasticitetsmodul ved driftstemperatur, MPa.

, (11)

Det kan bevises, at fleksibilitetskoefficienten K r * vil være større end én, derfor er det, når man bestemmer den reducerede længde af hanen ifølge (7), nødvendigt at tage dens gensidige værdi.

Til sammenligning, lad os bestemme fleksibiliteten af nogle standardhaner i henhold til OST 34-42-699-85, ved overtryk R=2,2 MPa og modul E t\u003d 2x10 5 MPa. Resultaterne er opsummeret i nedenstående tabel (tabel nr. 1).

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

hvor: L pr- reduceret længde af kompensatorens akse,

; (13)

y s- koordinat for kompensatorens tyngdepunkt:

Maksimalt bøjningsmoment M max(gælder øverst på kompensatoren):

; (15)

hvor H- forskydning af kompensatoren 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 på de bøjede sektioner.