Berekening van de n-vormige compensator van verwarmingsnetwerken. Voor- en nadelen van het U-vormige ontwerp

Stuur uw goede werk in de kennisbank is eenvoudig. Gebruik het onderstaande formulier

Studenten, afstudeerders, jonge wetenschappers die de kennisbasis gebruiken in hun studie en werk zullen je zeer dankbaar zijn.

geplaatst op http://www.allbest.ru/

Berekening van U-vormige dilatatievoegen

doctoraat SB Gorunovich,

handen. ontwerpgroep Ust-Ilimsk WKK

Om thermische uitzettingen te compenseren, komen U-vormige dilatatievoegen het meest voor in verwarmingsnetwerken en elektriciteitscentrales. Ondanks de vele nadelen, waaronder men kan onderscheiden: relatief grote afmetingen (de noodzaak om compenserende nissen te installeren in verwarmingsnetwerken met kanaal leggen), aanzienlijke hydraulische verliezen (in vergelijking met pakkingbus en balg); U-vormige dilatatievoegen hebben ook een aantal voordelen.

De belangrijkste voordelen zijn eenvoud en betrouwbaarheid. Bovendien is dit type dilatatievoegen het best bestudeerd en beschreven in de educatieve, methodologische en referentieliteratuur. Desondanks is het voor jonge ingenieurs die geen gespecialiseerde programma's hebben vaak moeilijk om uitzettingsvoegen te berekenen. Dit komt voornamelijk door een nogal complexe theorie, met de aanwezigheid van een groot aantal correctiefactoren en, helaas, met de aanwezigheid van typefouten en onnauwkeurigheden in sommige bronnen.

Hieronder wordt uitgevoerd gedetailleerde analyse procedures voor het berekenen van een U-vormige compensator uit twee hoofdbronnen, die tot doel hadden mogelijke typefouten en onnauwkeurigheden te identificeren en de resultaten te vergelijken.

Een typische berekening van compensatoren (Fig. 1, a)), voorgesteld door de meeste auteurs, gaat uit van een procedure gebaseerd op het gebruik van de stelling van Castiliano:

waar: jij- potentiële vervormingsenergie van de compensator, E- elasticiteitsmodulus van het buismateriaal, J- axiaal traagheidsmoment van het gedeelte van de uitzettingsvoeg (buis),

waar: s- wanddikte van de bocht,

NS N- de buitendiameter van de bocht;

m- buigend moment in het dilatatievoeggedeelte. Hier (vanuit de evenwichtstoestand, Fig. 1 a)):

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

L- volledige lengte van de compensator, J x- axiaal traagheidsmoment van de compensator, J xy- centrifugaal traagheidsmoment van de compensator, S x- statisch moment van de compensator.

Om de oplossing te vereenvoudigen, worden de coördinaatassen overgebracht naar het elastische zwaartepunt (nieuwe assen Xs, ja), dan:

S x= 0, J xy = 0.

Uit (1) verkrijgen we de elastische rebound-kracht P x:

De beweging kan worden geïnterpreteerd als het compenserende vermogen van de compensator:

waar: B t- lineaire thermische uitzettingscoëfficiënt (1,2x10 -5 1 / deg voor koolstofstaal);

t N - begintemperatuur (Gemiddelde temperatuur de koudste periode van vijf dagen in de afgelopen 20 jaar);

t Tot- eindtemperatuur ( Maximale temperatuur koelmiddel);

L uch- de lengte van het gecompenseerde gedeelte.

Als we formule (3) analyseren, kunnen we tot de conclusie komen dat de grootste moeilijkheid wordt veroorzaakt door het bepalen van het traagheidsmoment J xs, vooral omdat eerst het zwaartepunt van de compensator moet worden bepaald (met ja s). De auteur stelt redelijkerwijs voor om een benaderende, grafische methode te gebruiken om te bepalen: J xs, rekening houdend met de stijfheidscoëfficiënt (Karmana) k:

De eerste integraal wordt bepaald ten opzichte van de as ja, de tweede ten opzichte van de as ja s(figuur 1). De as van de uitzettingsvoeg is op schaal getekend op millimeterpapier. De hele kromme-as van de compensator L splitst in vele segmenten DS l... Afstand van het midden van de lijn tot de as ja l gemeten met een liniaal.

De stijfheidscoëfficiënt (Karmana) is bedoeld om het experimenteel bewezen effect van lokale afvlakking van de doorsnede van bochten tijdens het buigen weer te geven, waardoor hun compenserend vermogen wordt vergroot. V normatief document de Karman-coëfficiënt wordt bepaald door empirische formules die verschillen van die in,. Stijfheidscoëfficiënt k gebruikt om de gereduceerde lengte te bepalen L prd boogelement, dat altijd groter is dan de werkelijke lengte ik G... In de bron, de Karman-coëfficiënt voor gebogen bochten:

waar: l - buigkarakteristiek.

Hier: R- buig radius.

waar: B- buighoek (in graden).

Voor gelaste en kort gebogen gestempelde ellebogen, stelt de bron voor om andere afhankelijkheden te gebruiken om te bepalen: k:

waar: H- buigkarakteristiek voor gelaste en gestanste bochten.

Hier: R e - de equivalente straal van de gelaste bocht.

Voor kranen uit drie en vier sectoren, b = 15 graden, voor een rechthoekig stopcontact met twee sectoren, wordt voorgesteld om b = 11 deg te nemen.

Opgemerkt moet worden dat in, de coëfficiënt k ? 1.

Reglementair document RD 10-400-01 voorziet in de volgende procedure voor het bepalen van de flexibiliteitscoëfficiënt TOT R* :

waar TOT R- flexibiliteitscoëfficiënt zonder rekening te houden met de vervormingsbeperking van de uiteinden van het gebogen gedeelte van de pijpleiding; o - coëfficiënt die rekening houdt met de vervormingsbeperking aan de uiteinden van de gebogen sectie.

In dit geval, als, dan wordt de flexibiliteitscoëfficiënt gelijk aan 1,0 genomen.

De magnitude TOT P bepaald door de formule:

Hier P- overmatige interne druk, MPa; E t is de elasticiteitsmodulus van het materiaal bij bedrijfstemperatuur, MPa.

Het kan worden aangetoond dat de flexibiliteitsfactor TOT R* zal meer dan één zijn, daarom is het bij het bepalen van de verkorte lengte van de bocht volgens (7) noodzakelijk om de inverse waarde ervan te nemen.

Laten we ter vergelijking de flexibiliteit van enkele standaardbochten bepalen volgens OST 34-42-699-85, bij overdruk R= 2,2 MPa en modulus E t= 2x 105 MPa. De resultaten zijn samengevat in de onderstaande tabel (tabel nr. 1).

Analyse van de verkregen resultaten, kan worden geconcludeerd dat de procedure voor het bepalen van de flexibiliteitscoëfficiënt volgens RD 10-400-01 een "strenger" resultaat geeft (minder buigzaamheid van de bocht), terwijl bovendien rekening wordt gehouden met de overdruk in de pijpleiding en de elasticiteitsmodulus van het materiaal.

Het traagheidsmoment van de U-vormige compensator (Fig. 1b)) ten opzichte van de nieuwe as ja sJ xs gedefinieerd als volgt:

waar: L NS- verminderde lengte van de as van de compensator,

ja s- coördinaat van het zwaartepunt van de compensator:

Maximaal buigend moment m Max(werkt aan de bovenkant van de dilatatievoeg):

waar N- overstek van de uitzettingsvoeg, volgens Fig. 1 b):

H = (m + 2) R.

Maximale spanning in het gedeelte van de buiswand wordt bepaald door de formule:

waar: m 1 - correctiefactor (veiligheidsfactor), rekening houdend met de toename van spanningen in de gebogen secties.

Voor gebogen bochten, (17)

Voor gelaste bochten. (achttien)

W- weerstandsmoment van de aftakking:

Toegestane spanning (160 MPa voor compensatoren gemaakt van staal 10G 2S, St 3sp; 120 MPa voor staal 10, 20, St 2sp).

Ik wil meteen opmerken dat de veiligheidsfactor (correctie) vrij hoog is en groeit met een toename van de diameter van de pijpleiding. Bijvoorbeeld voor een bocht van 90 ° - 159x6 OST 34-42-699-85 m 1 ? 2.6; voor 90° bocht - 630x12 OST 34-42-699-85 m 1 = 4,125.

Fig. 2. Rekenschema compensator volgens RD 10-400-01.

In het richtsnoer wordt de berekening van een profiel met een U-vormige uitzettingsvoeg, zie Fig. 2, uitgevoerd volgens een iteratieve procedure:

Hier worden de afstanden van de as van de dilatatievoeg tot de vaste steunen ingesteld. L 1 en L 2 rugleuning V en het vertrek staat vast N. In het proces van iteraties in beide vergelijkingen is het noodzakelijk om te bereiken dat het gelijk wordt; van een paar waarden, wordt de grootste genomen = ik 2. Vervolgens wordt de gewenste uitzettingsvoegoverhang bepaald H:

De vergelijkingen vertegenwoordigen de geometrische componenten, zie Fig. 2:

Componenten van veerkracht, 1 / m 2:

Traagheidsmomenten om de centrale assen x, y.

sterkte parameter: Ben:

[y sk] - toegestane compensatiespanning,

Toegestane compensatiespanning [at sk] voor pijpleidingen in horizontaal vliegtuig bepaald door de formule:

voor pijpleidingen in een verticaal vlak volgens de formule:

waarbij: is de nominale toelaatbare spanning bij bedrijfstemperatuur (voor staal 10G 2C - 165 MPa bij 100 °? t? 200 °, voor staal 20 - 140 MPa bij 100 °? t? 200 °).

NS- binnenste diameter,

Ik zou willen opmerken dat de auteurs typefouten en onnauwkeurigheden niet hebben kunnen vermijden. Als we de flexibiliteitsfactor gebruiken TOT R* (9) in de formules voor het bepalen van de gereduceerde lengte ik NS(25), coördinaten van centrale assen en traagheidsmomenten (26), (27), (29), (30), dan krijgen we een onderschat (onjuist) resultaat, aangezien de flexibiliteitscoëfficiënt TOT R* volgens (9) is groter dan één en moet worden vermenigvuldigd met de lengte van de gebogen bochten. De gegeven lengte van gebogen bochten is altijd groter dan hun werkelijke lengte (volgens (7)), alleen dan krijgen ze extra flexibiliteit en compenserend vermogen.

Om de procedure voor het bepalen van de geometrische kenmerken volgens (25) h (30) te corrigeren, is het daarom noodzakelijk om de inverse waarde te gebruiken TOT R*:

TOT R* = 1 / K R*.

In het ontwerpdiagram in Fig. 2 zijn de compensatorsteunen vast ("kruisen" worden meestal gebruikt om vaste steunen aan te duiden (GOST 21.205-93)). Dit kan de "rekenmachine" ertoe aanzetten om de afstanden te tellen. L 1 , L 2 van vaste steunen, dat wil zeggen, houd rekening met de lengte van het gehele compensatiegedeelte. In de praktijk zijn de zijwaartse bewegingen van de verschuifbare (beweegbare) steunen van het aangrenzende gedeelte van de pijpleiding vaak beperkt; van deze beweegbare, maar beperkte zijwaartse beweging van de steunen en de afstanden moeten worden geteld L 1 , L 2 ... Als u de transversale bewegingen van de pijpleiding niet over de gehele lengte van vast tot begrenst vaste ondersteuning het gevaar bestaat dat de leidingdelen die zich het dichtst bij de dilatatievoeg bevinden loskomen van de steunen. Om dit te illustreren, toont Fig. 3 de berekeningsresultaten voor: temperatuur compensatie gedeelte van de hoofdleiding DN 800 gemaakt van staal 17G 2C 200 m lang, temperatuurverschil van -46 C ° tot 180 C ° in het MSC Nastran-programma. De maximale zijwaartse beweging van het middelpunt van de compensator is 1.645 m. Een eventuele waterslag vormt ook een extra risico op ontsporing van de leidingsteunen. Daarom is de beslissing over de lengtes L 1 , L 2 voorzichtigheid moet worden genomen.

Afb. 3. Resultaten van het berekenen van compensatiespanningen in een gedeelte van de pijpleiding DN 800 met een U-vormige compensator met behulp van het MSC / Nastran-softwarepakket (MPa).

De oorsprong van de eerste vergelijking in (20) is niet helemaal duidelijk. Bovendien klopt het niet qua afmetingen. Inderdaad, tussen haakjes onder het modulusteken worden de waarden opgeteld R NS en P ja(ik 4 +…) .

De juistheid van de tweede vergelijking in (20) kan als volgt worden bewezen:

daarvoor is het noodzakelijk dat:

Dit is inderdaad het geval als we stellen

Voor een speciale gelegenheid L 1 = L 2 , R ja=0 met (3), (4), (15), (19) kan men uitkomen op (36). Het is belangrijk om er rekening mee te houden dat in het notatiesysteem y = y s.

Voor praktische berekeningen zou ik de tweede vergelijking in (20) gebruiken in een meer bekende en handige vorm:

waarbij A 1 = A [y ck].

In het specifieke geval wanneer: L 1 = L 2 , R ja=0 (symmetrische compensator):

De voor de hand liggende voordelen van de techniek in vergelijking met zijn grote veelzijdigheid. De compensator in figuur 2 kan asymmetrisch zijn; normativiteit maakt het mogelijk om compensatoren te berekenen, niet alleen voor verwarmingsnetwerken, maar ook voor kritieke pijpleidingen hoge druk, die in het register van RosTekhNadzor staan.

wij zullen uitvoeren vergelijkende analyse de resultaten van het berekenen van U-vormige dilatatievoegen volgens de methoden,. Laten we de volgende initiële gegevens instellen:

a) voor alle dilatatievoegen: materiaal - staal 20; P = 2,0 MPa; E t= 2x 105 MPa; t? 200 °; laden - voorbereidend uitrekken; gebogen bochten volgens OST 34-42-699-85; dilatatievoegen bevinden zich horizontaal, gemaakt van buizen met bont. verwerken;

b) een ontwerpdiagram met geometrische aanduidingen volgens figuur 4;

Afb. 4. Ontwerpschema voor vergelijkende analyse.

c) de standaardafmetingen van compensatoren zijn samengevat in tabel nr. 2 samen met de resultaten van berekeningen.

Bochten en leidingen van de compensator, D n H s, mm	Maat, zie afb. 4	Voorstrekken, m	Maximale spanning, MPa	Toegestane spanning, MPa
					volgens	volgens	volgens	volgens

conclusies

compensator warmte pijpleiding spanning

Door de resultaten van berekeningen te analyseren met behulp van twee verschillende methoden: referentie - en normatieve -, kan men tot de conclusie komen dat ondanks het feit dat beide methoden op dezelfde theorie zijn gebaseerd, het verschil in de resultaten zeer significant is. De geselecteerde standaardafmetingen van compensatoren "passen met een marge" als ze worden berekend door en gaan niet door de toegestane spanningen, als ze worden berekend door. Het meest significante effect op het resultaat wordt gemaakt door de correctiefactor m 1 , waardoor de met de formule berekende spanning 2 of meer keer wordt verhoogd. Bijvoorbeeld voor de compensator in de laatste regel van tabel nr. 2 (van pijp 530Ch12) de coëfficiënt m 1 ? 4,2.

Het beïnvloedt het resultaat en de waarde van de toelaatbare spanning, die aanzienlijk lager is voor staal 20.

In het algemeen blijkt de methode, ondanks de grotere eenvoud, die gepaard gaat met de aanwezigheid van een kleiner aantal coëfficiënten en formules, veel strenger te zijn, vooral in het deel van pijpleidingen met grote diameter.

Voor praktische doeleinden zou ik bij het berekenen van U-vormige dilatatievoegen voor verwarmingsnetwerken een "gemengde" tactiek aanbevelen. De flexibiliteitscoëfficiënt (Karmana) en de toelaatbare spanning moeten worden bepaald volgens de norm, d.w.z.: k = 1 /TOT R* en dan volgens de formules (9) h (11); [y ck] - volgens formules (34), (35) rekening houdend met KB 10-249-88. De "body" van de techniek moet worden gebruikt volgens, maar zonder rekening te houden met de correctiefactor m 1 , d.w.z.:

waar m Max bepaald door (15) uur (12).

De mogelijke asymmetrie van de compensator, waarmee rekening wordt gehouden, kan worden verwaarloosd, omdat in de praktijk bij het leggen van verwarmingsnetwerken vrij vaak verplaatsbare steunen worden geïnstalleerd, de asymmetrie willekeurig en significante invloed het heeft geen invloed op het resultaat.

Afstand B het is mogelijk om niet te tellen vanaf de dichtstbijzijnde aangrenzende glijdende steunen, maar om te beslissen over de beperking van zijwaartse verplaatsingen al op de tweede of op de derde glijlager, indien gemeten vanaf de as van de compensator.

Met behulp van deze "tactiek" slaat de rekenmachine "twee vliegen in één klap": a) volgt strikt regelgevende documenten, aangezien het "lichaam" van een techniek een speciaal geval is. Het bewijs is hierboven gegeven; b) vereenvoudigt de berekening.

Hieraan kan een belangrijke besparingsfactor worden toegevoegd: om immers een compensator te kiezen uit een 530Ch12 leiding, zie tabel. Nr. 2, volgens het naslagwerk moet de rekenmachine zijn afmetingen minstens 2 keer vergroten, volgens dezelfde huidige regelgeving een echte compensator kan ook met anderhalf keer worden verminderd.

Literatuur

1. Elizarov D.P. Thermische centrales van elektriciteitscentrales. - M.: Energoizdat, 1982.

2. Water verwarmingsnetwerk: Referentiehandleiding op ontwerp / I.V. Belyakin, V.P. Vitaliev, NK Gromov et al., Ed. NK Gromova, EP Shubin. - M.: Energoatomizdat, 1988.

3. Sokolov E.Ya. Verwarming en verwarmingsnetwerken. - M.: Energoizdat, 1982.

4. Normen voor het berekenen van de sterkte van leidingen van warmtenetten (RD 10-400-01).

5. Normen voor het berekenen van de sterkte van stationaire ketels en stoompijpleidingen en heet water(RD 10-249-98).

Geplaatst op Allbest.ru

...

Vergelijkbare documenten

Berekening van de warmtekosten voor verwarming, ventilatie en warmwatervoorziening. Bepaling van de diameter van de pijpleiding, het aantal compensatoren, drukverliezen in lokale weerstanden, drukverliezen over de lengte van de pijpleiding. De keuze van de dikte van de thermische isolatie van de warmtegeleider.

test, toegevoegd 25/01/2013

Bepaling van de waarden van de warmtebelastingen van de regio en jaarlijks verbruik warmte. Selectie van de warmtebron van de bron. Hydraulische berekening van het verwarmingsnet, selectie van netwerk en voedingspompen. Berekening van warmteverliezen, stoomnetwerk, dilatatievoegen en steunkrachten.

scriptie, toegevoegd 07/11/2012

Compensatiemethoden reactief vermogen v elektrische netwerken... Toepassing van statische condensatorbanken. Automatische regelaars afwisselende bekrachtiging van synchrone compensatoren met een dwarse rotorwikkeling. CK-interface programmeren.

proefschrift, toegevoegd 03/09/2012

Basisprincipes van blindvermogencompensatie. Beoordeling van de invloed van ombouwinstallaties op industriële stroomvoorzieningsnetwerken. Ontwikkeling van een werkend algoritme, structureel en schematische diagrammen thyristor reactieve vermogenscompensatoren.

proefschrift, toegevoegd 24-11-2010

Bepaling van warmtestromen voor verwarming, ventilatie en warmwatervoorziening. Gebouw temperatuur grafiek regeling van de warmtebelasting bij verwarming. Berekening van compensatoren en thermische isolatie, hoofdwarmteleidingen van een tweepijps waternetwerk.

scriptie, toegevoegd 22-10-2013

Berekening van een eenvoudige pijpleiding, een techniek om de Bernoulli-vergelijking toe te passen. Bepaling van de diameter van de pijpleiding. Cavitatieberekening van de zuigleiding. Definitie maximale hoogte stijging en maximale stroomsnelheid. Schema van een centrifugaalpomp.

presentatie toegevoegd 29/01/2014

Structurele berekening van een verticale verwarming lage druk met een bundel U-vormige messing buizen met een diameter van d = 160,75 mm. Bepaling van het warmtewisselingsoppervlak en geometrische parameters van de balk. Hydraulische weerstand van het in-line pad.

test, toegevoegd 18-08-2013

Maximale stroom door de hydraulische leiding. Waarden van kinematische viscositeit, equivalente ruwheid en stroomgebied van buizen. Voorlopige beoordeling van het vloeistofstroomregime bij het inlaatgedeelte van de pijpleiding. Berekening van de wrijvingscoëfficiënten.

scriptie toegevoegd op 26-08-2012

Toepassing in voedingssystemen van automatiseringsapparatuur voor stroomsystemen: synchrone compensatoren en elektromotoren, snelheidsregelaars. Berekening van kortsluitstromen; bescherming van hoogspanningslijnen, transformatoren en motoren.

scriptie, toegevoegd 23-11-2012

Bepaling van de buitendiameter van de isolatie van een stalen pijpleiding met stel temperatuur in buitenoppervlak, temperatuur van de lineaire warmteoverdrachtscoëfficiënt van water naar lucht; warmteverlies vanaf 1 m van de leiding. Isolatie geschiktheid analyse.

Compensatoren voor warmtenetten. Dit artikel zal zich richten op de selectie en berekening van dilatatievoegen voor warmtenetten.

Waar zijn compensatoren voor? Laten we beginnen met het feit dat bij verwarming elk materiaal uitzet, wat betekent dat de pijpleidingen van verwarmingsnetwerken langer worden wanneer de temperatuur van het koelmiddel dat er doorheen gaat, stijgt. Voor een probleemloze werking van het verwarmingsnetwerk worden dilatatievoegen gebruikt die de verlenging van pijpleidingen tijdens compressie en expansie compenseren, om beknelling van pijpleidingen en hun daaropvolgende drukverlaging te voorkomen.

Het is vermeldenswaard dat voor de mogelijkheid van uitzetting en samentrekking van pijpleidingen niet alleen uitzettingsvoegen zijn ontworpen, maar ook een systeem van steunen, dat op zijn beurt zowel "schuivend" als "dood" kan zijn. Hoe meestal in Rusland hoogwaardige regeling van warmtebelasting - dat wil zeggen, wanneer de temperatuur verandert omgeving, verandert de temperatuur aan de uitgang van de warmtetoevoerbron. Ten koste van kwaliteitsregelgeving warmtetoevoer - het aantal expansie-krimpcycli van pijpleidingen neemt toe. De levensduur van leidingen neemt af, het risico op beknelling neemt toe. De kwantitatieve belastingsregeling is als volgt - de temperatuur aan de uitlaat van de warmtetoevoerbron is constant. Als het nodig is om de warmtebelasting te wijzigen, verandert het debiet van de koelvloeistof. In dit geval werkt het metaal van de pijpleidingen van het verwarmingsnetwerk in lichtere omstandigheden, de expansie-compressiecycli zijn minimaal, waardoor de hulpbron van de pijpleidingen van het verwarmingsnetwerk toeneemt. Daarom moeten, voordat dilatatievoegen worden gekozen, hun kenmerken en hoeveelheid worden bepaald met de hoeveelheid uitzetting van de pijpleiding.

Formule 1:

δL = L1 * a * (T2-T1) waarbij

δL - de lengte van de pijplijnverlenging,

ml1 - lengte van het rechte gedeelte van de pijpleiding (afstand tussen vaste steunen),

ma - lineaire uitzettingscoëfficiënt (voor ijzer is dit 0.000012), m / deg.

T1 is de maximale temperatuur van de pijpleiding (de maximale temperatuur van het koelmiddel wordt genomen),

T2 - minimum temperatuur pijpleiding (u kunt de minimale omgevingstemperatuur nemen), ° С

Laten we als voorbeeld de oplossing van een elementair probleem beschouwen om de grootte van de pijplijnverlenging te bepalen.

Taak 1. Bepaal hoeveel de lengte van een recht stuk pijpleiding van 150 meter lang zal toenemen, op voorwaarde dat de temperatuur van het koelmiddel 150 ° C is en de omgevingstemperatuur verwarmingsperiode-40 °C.

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

Antwoord: de lengte van de leiding neemt toe met 0,342 meter.

Nadat u de hoeveelheid rek hebt bepaald, moet u duidelijk begrijpen wanneer u wel en geen compensator nodig heeft. Voor een definitief antwoord op deze vraag u moet een duidelijk pijplijndiagram hebben, met de lineaire afmetingen en ondersteuningen erop. Het moet duidelijk zijn dat een verandering in de richting van de pijpleiding in staat is om verlengingen te compenseren, met andere woorden, een bocht met totale afmetingen niet minder dan de grootte van de compensator, met juist het plaatsen van steunen, kan dezelfde rek compenseren als de dilatatievoeg.

En dus, nadat we de lengte van de pijplijnverlenging hebben bepaald, kunnen we overgaan tot de selectie van uitzettingsvoegen, u moet weten dat elke uitzettingsvoeg een basiskenmerk heeft - dit is de hoeveelheid compensatie. In feite wordt de keuze van het aantal dilatatievoegen teruggebracht tot de keuze van het type en ontwerpkenmerken uitzettingsvoegen. Om het type uitzettingsvoeg te selecteren, is het noodzakelijk om de diameter van de leiding van het verwarmingsnetwerk te bepalen op basis van: bandbreedte trompetten vereist vermogen warmte verbruiker.

Tabel 1. Verhouding U-vormige dilatatievoegen gemaakt van bochten.

Tabel 2. Selectie van het aantal U-vormige dilatatievoegen op basis van hun compenserend vermogen.

Opdracht 2 Bepaling van het aantal en de grootte van dilatatievoegen.

Voor een pijpleiding met een diameter van DN 100 met een rechte doorsnede van 150 meter, op voorwaarde dat de temperatuur van de drager 150 ° C is, en de omgevingstemperatuur tijdens het stookseizoen -40 ° C is, bepaalt u het aantal uitzettingsvoegen BL = 0,342 m (zie Taak 1) 1 en Tabel 2 worden bepaald met de afmetingen van n-vormige dilatatievoegen (met afmetingen van 2x2 m kan 0,134 meter pijplijnverlenging worden gecompenseerd), we moeten 0,342 meter compenseren, daarom Ncomp = bL / ∂x = 0,342 / 0,134 = 2,55, rond af op het dichtstbijzijnde gehele getal in de richting van de toename en dat - 3 compensatoren met afmetingen van 2x4 meter zijn vereist.

Momenteel worden lenscompensators steeds meer wijdverbreid, ze zijn veel compacter dan U-vormige, maar een aantal beperkingen staat het gebruik ervan niet altijd toe. De hulpbron van de U-vormige compensator is veel hoger dan die van de lens, vanwege: slechte kwaliteit koelmiddel. Onderste gedeelte de lenscompensator is meestal "verstopt" met slib, wat bijdraagt aan de ontwikkeling van parkeercorrosie van het metaal van de compensator.

Berekening van de U-vormige uitzettingsvoeg is om te definiëren minimale maten compensator voldoende om thermische vervormingen van de pijpleiding te compenseren. Door bovenstaand formulier in te vullen, kunt u het compenserende vermogen van de U-vormige dilatatievoeg van de opgegeven afmetingen berekenen.

Het algoritme van dit online programma is gebaseerd op de methodologie voor het berekenen van de U-vormige compensator die wordt gegeven in de Designer's Guide "Ontwerp van verwarmingsnetwerken", uitgegeven door A. A. Nikolaev.

De maximale spanning in de achterkant van de compensator wordt aanbevolen in het bereik van 80 tot 110 MPa.

De optimale verhouding van de overhang van de uitzettingsvoeg tot de buitendiameter van de buis wordt aanbevolen in het bereik H / Dн = (10 - 40), terwijl de overhang van de uitzettingsvoeg in 10DN overeenkomt met de pijpleiding DN350, en de verlenging in 40DN komt overeen met de DN15-leiding.

Het wordt aanbevolen om de optimale verhouding van de breedte van de uitzettingsvoeg tot de overhang te nemen in het bereik L / H = (1 - 1,5), hoewel andere waarden ook kunnen worden genomen.

Als een uitzettingsvoeg te veel nodig is om de berekende thermische rek te compenseren grote maten kan worden vervangen door twee kleinere dilatatievoegen.

Bij het berekenen van de thermische verlengingen van de pijpleiding, moet de temperatuur van het koelmiddel als maximum worden genomen en de temperatuur van de omringende pijpleiding als minimum.

De volgende beperkingen worden geaccepteerd in de berekening:

De pijpleiding is gevuld met water of stoom
De pijpleiding is gemaakt van stalen pijp
Maximale temperatuur werkomgeving niet hoger is dan 200 ° С
De maximale druk in de leiding is niet hoger dan 1,6 MPa (16 bar)
De compensator is geïnstalleerd in een horizontale pijpleiding
De compensator is symmetrisch en de schouders zijn even lang
Vaste steunen worden als absoluut stijf beschouwd
De pijpleiding is niet onderhevig aan winddruk en andere belastingen
Er wordt geen rekening gehouden met de weerstand van de wrijvingskrachten van de beweegbare steunen tijdens thermische rek
Gladde bochten

Het wordt niet aanbevolen om vaste steunen op een afstand van minder dan 10DN van de U-vormige uitzettingsvoeg te plaatsen, omdat de overdracht van het knijpmoment van de steun daarop de flexibiliteit vermindert.

Het wordt aanbevolen om de secties van de pijpleiding van vaste steunen naar de U-vormige compensator van dezelfde lengte te brengen. Als de compensator niet in het midden van de sectie wordt geplaatst en naar een van de vaste steunen wordt verschoven, nemen de krachten van elastische vervorming en spanningen toe met ongeveer 20-40%, in verhouding tot de waarden die zijn verkregen voor de gelokaliseerde compensator middenin.

Om het compenserende vermogen te vergroten, wordt vooraf strekken van de compensator gebruikt. Tijdens de installatie ondervindt de compensator een buigbelasting, bij verwarming neemt het een onbelaste toestand aan en bij maximale temperatuur komt het onder spanning. Voorafgaande uitzetting van de uitzettingsvoeg met een hoeveelheid gelijk aan de helft van de thermische verlenging van de pijpleiding maakt het mogelijk om zijn compenserende capaciteit te verdubbelen.

Toepassingsgebied

Ter compensatie worden U-vormige dilatatievoegen gebruikt temperatuur verlengingen pijpen op lange rechte secties, als er geen mogelijkheid is tot zelfcompensatie van de pijpleiding vanwege bochten in het verwarmingsnetwerk. De afwezigheid van dilatatievoegen op star gefixeerde pijpleidingen met een variabele temperatuur van het werkmedium zal leiden tot een toename van spanningen die de pijpleiding kunnen vervormen en vernietigen.

Er worden flexibele dilatatievoegen gebruikt

Bij boven het hoofd leggen voor alle leidingdiameters, ongeacht de parameters van het koelmiddel.
Bij plaatsing in kanalen, tunnels en gemeenschappelijke collectoren op leidingen van DN25 tot DN200 bij een verwarmingsmediumdruk tot 16 bar.
Bij kanaalloos leggen voor buizen met een diameter van DN25 tot DN100.
Als de maximale temperatuur van het medium hoger is dan 50 ° C

Waardigheid

Hoog compenserend vermogen
Onderhoudsvrij
Eenvoudig te vervaardigen
Lage krachten overgebracht op vaste lagers

nadelen

Groot leidingverbruik
Grote voetafdruk
Hoge hydraulische weerstand

Tegenwoordig wordt het gebruik van U-vormige dilatatievoegen of andere uitgevoerd als de stof die door de pijpleiding gaat, wordt gekenmerkt door een temperatuur van 200 graden Celsius of hoger, evenals hoge druk.

Algemene beschrijving van dilatatievoegen

Metalen compensatoren zijn apparaten die zijn ontworpen om de invloed van verschillende factoren op de werking van pijpleidingsystemen te compenseren of in evenwicht te brengen. Met andere woorden, het belangrijkste doel van dit product is ervoor te zorgen dat er geen schade aan de buis ontstaat bij het transporteren van stoffen erlangs. Dergelijke netwerken, die zorgen voor het transport van de werkomgeving, worden bijna constant blootgesteld aan dergelijke negatieve invloeden zoals thermische uitzetting en druk, trillingen en bodemdaling.

Om deze gebreken te elimineren, is het noodzakelijk om flexibele elementen te installeren, die compensatoren zijn gaan heten. Het U-vormige type is slechts een van de vele typen die voor dit doel worden gebruikt.

Wat zijn U-vormige elementen?

Er moet meteen worden opgemerkt dat het U-vormige type onderdelen de eenvoudigste optie is die helpt om het compensatieprobleem op te lossen. Deze categorie apparaten heeft de meeste wijde selectie toepassingen in termen van temperatuurindicatoren, evenals drukindicatoren. Voor de vervaardiging van U-vormige dilatatievoegen wordt ofwel één lange buis gebruikt, die op de juiste plaatsen wordt gebogen, of ze nemen hun toevlucht tot het lassen van meerdere gebogen, steil gebogen of gelaste bochten. Het is vermeldenswaard hier dat sommige pijpleidingen periodiek moeten worden gedemonteerd voor reiniging. Voor dergelijke gevallen worden dergelijke dilatatievoegen vervaardigd met aansluiteinden op flenzen.

Aangezien de U-vormige uitzettingsvoeg het eenvoudigste ontwerp is, heeft deze een aantal bepaalde nadelen. Waaronder hoog verbruik buizen om een element te creëren, grote afmetingen, de noodzaak van de installatie van extra steunen, evenals de aanwezigheid van lasverbindingen.

Uitbreidingsvoeg eisen en kosten

Als we de installatie van U-type compensatoren beschouwen vanuit het oogpunt van materiële hulpbronnen, dan is hun installatie in systemen met grote diameter... Het verbruik van leidingen en materiaalbronnen voor het maken van de dilatatievoeg zal te hoog zijn. Hier kun je vergelijken deze apparatuur c De actie en parameters van deze elementen zijn ongeveer hetzelfde, maar de installatiekosten voor een U-vormige zijn ongeveer twee keer zo hoog. De belangrijkste reden voor deze uitgave: Geld in het feit dat er veel materialen nodig zijn voor de constructie, evenals de installatie van extra steunen.

Tot U-vormige uitzettingsvoeg Ik was in staat om de druk op de pijpleiding volledig te neutraliseren, waar het ook vandaan kwam, het is noodzakelijk om dergelijke apparaten op een punt te monteren met een verschil van 15-30 graden. Deze parameters zijn alleen geschikt als de temperatuur van de werksubstantie in het netwerk niet hoger is dan 180 graden Celsius en niet onder 0 komt. Alleen in dit geval, en met deze installatie, kan het apparaat de belasting van de pijpleiding van grondbewegingen vanaf elk punt.

Installatie berekeningen

De berekening van de U-vormige uitzettingsvoeg is om erachter te komen wat de minimale afmetingen van het apparaat voldoende zijn om de druk op de pijpleiding te compenseren. Om de berekening uit te voeren, worden bepaalde programma's gebruikt, maar deze bewerking kan zelfs via online applicaties worden uitgevoerd. Het belangrijkste hier is om je aan bepaalde aanbevelingen te houden.

De maximale spanning die wordt aanbevolen voor de achterkant van de compensator ligt in het bereik van 80 tot 110 MPa.
Er is ook zo'n indicator als de uitzettingsvoeg die uitsteekt naar de buitendiameter. Deze parameter het wordt aanbevolen om binnen H / Dn = (10 - 40) te nemen. Bij dergelijke waarden moet er rekening mee worden gehouden dat 10Dn overeenkomt met een pijplijn met een indicator van 350DN en 40Dn overeenkomt met een pijplijn met een parameter van 15DN.
Bij het berekenen van een U-vormige uitzettingsvoeg moet ook rekening worden gehouden met de breedte van het apparaat tot de overhang. Optimale waarden L / H = (1 - 1,5) worden beschouwd. Hier zijn echter andere numerieke parameters toegestaan.
Als tijdens de berekening blijkt dat het voor een bepaalde pijpleiding nodig is om een te grote compensator van dit type te maken, dan is het aan te raden een ander type apparaat te kiezen.

Berekeningsbeperkingen

Als de berekeningen worden uitgevoerd door een onervaren specialist, is het beter om vertrouwd te raken met enkele beperkingen die niet kunnen worden overschreden bij het berekenen of invoeren van gegevens in het programma. Voor een U-vormige compensator uit buizen gelden de volgende beperkingen:

De werkende substantie kan water of stoom zijn.
De pijpleiding zelf mag alleen van stalen buizen zijn gemaakt.
maximaal temperatuur indicator voor de werkomgeving - 200 graden Celsius.
De maximale druk die in het netwerk wordt waargenomen, mag niet hoger zijn dan 1,6 MPa (16 bar).
De compensator kan alleen worden geïnstalleerd op een horizontaal type pijpleiding.
De afmetingen van de U-vormige uitzettingsvoeg moeten symmetrisch zijn en de schouders moeten hetzelfde zijn.
Het leidingnetwerk mag geen extra belasting (wind of iets anders) ondervinden.

Apparaten installeren

Ten eerste wordt het niet aanbevolen om vaste steunen verder dan 10DN van de compensator zelf te plaatsen. Dit komt doordat de overdracht van het knijpmoment van de ondersteuning de flexibiliteit van de constructie sterk zal verminderen.

Ten tweede is het sterk aanbevolen om de secties van de vaste ondersteuning tot de U-vormige dilatatievoeg van dezelfde lengte over het hele netwerk te splitsen. Het is ook belangrijk om hier op te merken dat verplaatsing van de installatieplaats van het apparaat van het midden van de pijpleiding naar een van de randen de elastische vervormingskracht zal verhogen, evenals spanningen met ongeveer 20-40% van die waarden die kan worden verkregen als de structuur in het midden wordt gemonteerd.

Ten derde wordt, om het compenserend vermogen sterker te vergroten, gebruik gemaakt van het strekken van de U-vormige dilatatievoegen. Op het moment van installatie zal de constructie een buigbelasting ondergaan en bij verwarming zal deze een onbelaste toestand aannemen. Wanneer de temperatuur bereikt maximale waarde, dan wordt het apparaat weer ingeschakeld. Op basis hiervan werd een rekmethode voorgesteld. voorbereidend werk bestaat uit het uitrekken van de uitzettingsvoeg met een hoeveelheid die gelijk is aan de helft van de thermische uitzetting van de pijpleiding.

Voor- en nadelen van het ontwerp

Als we het in het algemeen over deze structuur hebben, kunnen we met vertrouwen zeggen dat het zulke positieve eigenschappen heeft als productiegemak, hoge compensatiemogelijkheden, geen onderhoud nodig en de inspanningen die worden overgedragen aan de steunen zijn onbeduidend. Van de voor de hand liggende nadelen vallen echter de volgende op: een groot materiaalverbruik en een grote hoeveelheid ruimte die door de constructie wordt ingenomen, een hoge mate van hydraulische weerstand.

doctoraat S. B. Gorunovich, handen. ontwerpgroep van Ust-Ilimskaya CHPP

Om thermische uitzettingen te compenseren, komen U-vormige dilatatievoegen het meest voor in verwarmingsnetwerken en elektriciteitscentrales. Ondanks de talrijke nadelen, waaronder men kan onderscheiden: relatief grote afmetingen (de noodzaak om compenserende nissen te installeren in verwarmingssystemen met kanaallegging), aanzienlijke hydraulische verliezen (in vergelijking met stopbus en balg); U-vormige dilatatievoegen hebben ook een aantal voordelen.

Hieronder volgt een gedetailleerde analyse van de procedure voor het berekenen van de U-vormige compensator uit twee hoofdbronnen, met als doel mogelijke typefouten en onnauwkeurigheden te identificeren en de resultaten te vergelijken.

Een typische berekening van compensatoren (Fig. 1, a)), voorgesteld door de meeste auteurs ÷, gaat uit van een procedure gebaseerd op het gebruik van de stelling van Castiliano:

waar: jij- potentiële vervormingsenergie van de compensator, E- elasticiteitsmodulus van het buismateriaal, J- axiaal traagheidsmoment van het gedeelte van de uitzettingsvoeg (buis),

;

waar: s- wanddikte van de bocht,

D n- de buitendiameter van de bocht;

m- buigend moment in het dilatatievoeggedeelte. Hier (vanuit de evenwichtstoestand, Fig. 1 a)):

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

L- volledige lengte van de compensator, J x- axiaal traagheidsmoment van de compensator, J xy- centrifugaal traagheidsmoment van de compensator, S x- statisch moment van de compensator.

Om de oplossing te vereenvoudigen, worden de coördinaatassen overgebracht naar het elastische zwaartepunt (nieuwe assen Xs, ja), dan:

S x = 0, J xy = 0.

Uit (1) verkrijgen we de elastische rebound-kracht P x:

De beweging kan worden geïnterpreteerd als het compenserende vermogen van de compensator:

; (4)

waar: t- lineaire thermische uitzettingscoëfficiënt (1,2x10 -5 1 / deg voor koolstofstaal);

t nee- begintemperatuur (gemiddelde temperatuur van de koudste vijfdaagse week in de afgelopen 20 jaar);

t naar- eindtemperatuur (maximale temperatuur van de koelvloeistof);

L uch- de lengte van het gecompenseerde gedeelte.

Als we formule (3) analyseren, kunnen we tot de conclusie komen dat de grootste moeilijkheid wordt veroorzaakt door het bepalen van het traagheidsmoment J xs, vooral omdat eerst het zwaartepunt van de compensator moet worden bepaald (met ja). De auteur stelt redelijkerwijs voor om een benaderende, grafische methode te gebruiken om te bepalen: J xs, rekening houdend met de stijfheidscoëfficiënt (Karmana) k:

De eerste integraal wordt bepaald ten opzichte van de as ja, de tweede ten opzichte van de as ja(figuur 1). De as van de uitzettingsvoeg is op schaal getekend op millimeterpapier. De hele kromme-as van de compensator L splitst in vele segmenten is ik... Afstand van het midden van de lijn tot de as ja ik gemeten met een liniaal.

Stijfheidscoëfficiënt k gebruikt om de gereduceerde lengte te bepalen L prD boogelement, dat altijd groter is dan de werkelijke lengte ik ga... In de bron, de Karman-coëfficiënt voor gebogen bochten:

; (6)

waar: - buigkarakteristiek.

Hier: R- buig radius.

; (7)

waar: α - buighoek (in graden).

Voor gelaste en kort gebogen gestempelde ellebogen, stelt de bron voor om andere afhankelijkheden te gebruiken om te bepalen: k:

waarbij: - buigkarakteristiek voor gelaste en gestanste bochten.

Hier: - equivalente straal van de gelaste bocht.

Voor aftakkingen van drie en vier sectoren, α = 15 deg, voor een rechthoekige bocht met twee sectoren, wordt voorgesteld om α = 11 deg te nemen.

Opgemerkt moet worden dat in, de coëfficiënt k ≤ 1.

Reglementair document RD 10-400-01 voorziet in de volgende procedure voor het bepalen van de flexibiliteitscoëfficiënt Kp *:

waar K p- flexibiliteitscoëfficiënt zonder rekening te houden met de vervormingsbeperking van de uiteinden van het gebogen gedeelte van de pijpleiding;

In dit geval, als, dan wordt de flexibiliteitscoëfficiënt gelijk aan 1,0 genomen.

De magnitude K p bepaald door de formule:

, (10)

waar .

Hier P- overmatige interne druk, MPa; E t is de elasticiteitsmodulus van het materiaal bij bedrijfstemperatuur, MPa.

, (11)

Het kan worden aangetoond dat de flexibiliteitsfactor Kp * zal meer dan één zijn, daarom is het bij het bepalen van de verkorte lengte van de bocht volgens (7) noodzakelijk om de inverse waarde ervan te nemen.

Laten we ter vergelijking de flexibiliteit van enkele standaardbochten bepalen volgens OST 34-42-699-85, bij overdruk R= 2,2 MPa en modulus E t= 2x105 MPa. De resultaten zijn samengevat in de onderstaande tabel (tabel nr. 1).

Analyse van de verkregen resultaten, kan worden geconcludeerd dat de procedure voor het bepalen van de flexibiliteitscoëfficiënt volgens KB 10-400-01 een "strenger" resultaat geeft (minder flexibiliteit van de branche), terwijl bovendien rekening wordt gehouden met de overdruk in de pijpleiding en de elasticiteitsmodulus van het materiaal.

Het traagheidsmoment van de U-vormige compensator (Fig. 1b)) ten opzichte van de nieuwe as y s J xs gedefinieerd als volgt:

waar: L pr- verminderde lengte van de as van de compensator,

; (13)

ja- coördinaat van het zwaartepunt van de compensator:

Maximaal buigend moment M max(werkt aan de bovenkant van de dilatatievoeg):

; (15)

waar N- overstek van de uitzettingsvoeg, volgens Fig. 1 b):

H = (m + 2) R.

De maximale spanning in het gedeelte van de buiswand wordt bepaald door de formule:

; (16)

waar: m 1- correctiefactor (veiligheidsfactor), rekening houdend met de toename van spanningen in de gebogen secties.