I oppvarmingsnettverk er stappekasse, U-formet og belg (bølgete) ekspansjonsfuger mye brukt. Ekspansjonsfuger må ha tilstrekkelig kompenserende kapasitet til å absorbere den termiske forlengelsen av rørledningen mellom de faste støttene, mens de maksimale spenningene i de radiale ekspansjonsfuger ikke bør overstige de tillatte (vanligvis 110 MPa).

Termisk forlengelse av den beregnede delen av rørledningen
, mm, bestemmes av formelen

(81)

Hvor
- den gjennomsnittlige koeffisienten for lineær ekspansjon av stål,

(for typiske beregninger kan du ta
),

- den beregnede temperaturforskjellen, bestemt av formelen

(82)

Hvor - designtemperatur for kjølevæsken, о С;

- designtemperatur for uteluften for oppvarmingsdesign, о С;

L er avstanden mellom faste støtter, m (se vedlegg nr. 17).

Kompensasjonskapasiteten til pakkboksenes ekspansjonsfuger reduseres med en margin på 50 mm.

Fyllingsboksrespons- friksjonskraft i pakking av pakkbokser bestemmes av formelen

Hvor - driftstrykk kjølevæske, MPa;

- lengden på pakkelaget langs aksen til pakkboksen ekspansjonsfuger, mm;

- ytre diameter på pakkboksen ekspansjonsfuger, m;

- friksjonskoeffisienten til pakningen mot metallet er lik 0,15.

Når du velger kompensatorer, kan kompensasjonskapasiteten og tekniske parametere bestemmes i henhold til applikasjonen.

Aksiell reaksjon av belgekspansjonsfugerbestår av to termer:

(84)

Hvor - aksial reaksjon forårsaket av bølgeformasjon, bestemt av formelen

(85)

her l - termisk forlengelse ledningsseksjon, m;

 - bølgestivhet, N / m, tatt i henhold til kompensatorens pass;

n er antall bølger (linser).

- aksial reaksjon fra indre trykk, bestemt av formelen

(86)

her - koeffisient avhengig av de geometriske dimensjonene og tykkelsen på bølgeveggen, i gjennomsnitt lik 0,5 - 0,6;

D og d - henholdsvis den ytre og indre diameteren til bølgene, m;

- overtrykk av kjølevæsken, Pa.

Ved beregning av egenkompensasjon Hovedoppgaven er å bestemme maksimal spenning ved bunnen av den korte armen til sporets rotasjonsvinkel, som er bestemt for 90 ° rotasjonsvinklene formel

(87)

for vinkler mer enn 90 °, dvs. 90 + , etter formelen

(88)

hvor l er forlengelsen av den korte armen, m;

l er lengden på den korte armen, m;

E er modulen for langsgående elastisitet, lik gjennomsnittet for stål 2 · 10 5 MPa;

d er rørets ytre diameter, m;

- forholdet mellom lengden på den lange armen og lengden på den korte.

Ved beregning av vinklene for selvkompensasjon, bør verdien av maksimal spenning  ikke overstige [] = 80 MPa.

Når du plasserer faste støtter i svinghjørnene som brukes til selvkompensering, må du huske at summen av lengdene på armene til vinkelen mellom støttene ikke skal være mer enn 60% av maksimal avstand for rette seksjoner . Det bør også tas i betraktning at den maksimale rotasjonsvinkelen som brukes for selvkompensasjon ikke skal overstige 130 °.

Ph.D. S. B. Gorunovich, hender. designteam Ust-Ilimsk CHP

For å kompensere for termiske utvidelser er U-formede ekspansjonsfuger vanligst i oppvarmingsnett og kraftverk. Til tross for sine mange mangler, blant hvilke man kan skille ut: relativt store dimensjoner (behovet for å installere kompenserende nisjer i varmesystemer med kanallegging), betydelige hydrauliske tap (sammenlignet med pakkboks og belg); U-formede ekspansjonsfuger har også en rekke fordeler.

De viktigste fordelene er enkelhet og pålitelighet. I tillegg er denne typen ekspansjonsfuger best studert og beskrevet i pedagogisk, metodisk og referanselitteratur. Til tross for dette er det ofte vanskelig for unge ingeniører som ikke har spesialiserte programmer å beregne ekspansjonsfuger. Dette skyldes først og fremst en ganske kompleks teori, med tilstedeværelsen av et stort antall korreksjonsfaktorer, og dessverre med tilstedeværelsen av skrivefeil og unøyaktigheter i noen kilder.

Nedenfor er utført detaljert analyse beregningsprosedyrer U-formet ekspansjonsfuge ifølge to hovedkilder, hvis formål var å identifisere mulige skrivefeil og unøyaktigheter, samt å sammenligne resultatene.

En typisk beregning av kompensatorer (fig. 1, a)), foreslått av de fleste forfattere ÷, forutsetter en prosedyre basert på bruk av Castilianos teorem:

Hvor: U- potensiell deformasjonsenergi til kompensatoren, E- elastisitetsmodulen til rørmaterialet, J- aksialt treghetsmoment for utvidelsesleddet (rør) seksjonen,

;

Hvor: s- tykkelsen på svingen,

D n- den ytre diameteren på svingen;

M- bøyemoment i utvidelsessamlingen. Her (fra likevektstilstanden, fig. 1 a)):

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

L- full lengde på kompensatoren, J x- aksial treghetsmoment for kompensatoren, J xy- kompensatorens sentrifugale treghetsmoment, S x- statisk moment av kompensatoren.

For å forenkle løsningen overføres koordinataksene til det elastiske tyngdepunktet (nye akser Xs, Ys), deretter:

S x = 0, J xy = 0.

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

Bevegelsen kan tolkes som kompensatorens kompenserende kapasitet:

; (4)

Hvor: α t- koeffisient for lineær termisk ekspansjon, (1,2x10 -5 1 / deg for karbonstål);

t n - utgangstemperatur(gjennomsnittstemperatur på den kaldeste femdagersuken de siste 20 årene);

t til- sluttemperatur ( Maksimal temperatur kjølevæske);

Lykke til- lengden på den kompenserte delen.

Når vi analyserer formel (3), kan vi komme til den konklusjonen at den største vanskeligheten skyldes bestemmelsen av treghetsmomentet J xs, spesielt siden det først er nødvendig å bestemme tyngdepunktet til kompensatoren (med y s). Forfatteren foreslår rimelig å bruke en omtrentlig, grafisk metode for å bestemme J xs, mens man tar i betraktning stivhetskoeffisienten (Karmana) k:

Den første integralen bestemmes med hensyn til aksen y, den andre i forhold til aksen y s(Figur 1). Ekspansjonsfugens akse er tegnet i skala på millimeterpapir. Hele kurveaksen til kompensatoren L deler seg i mange segmenter Δs i... Avstand fra sentrum av linjen til aksen y jeg målt med linjal.

Stivhetskoeffisienten (Karmana) er ment å gjenspeile den eksperimentelt påviste effekten av lokal flating tverrsnitt bøyer når de bøyes, noe som øker kompensasjonsevnen deres. I normativt dokument Karman-koeffisienten bestemmes av empiriske formler som er forskjellige fra de som er gitt i ,.

Stivhetskoeffisient k brukes til å bestemme den reduserte lengden L prD lysbueelement, som alltid er større enn den faktiske lengden l g... I kilden er Karman-koeffisienten for bøyde bøyninger:

; (6)

hvor: - bøyekarakteristikk.

Her: R- bøy radius.

; (7)

Hvor: α - bøyevinkel (i grader).

For sveisede og korte bøyede albuer, foreslår kilden at du bruker andre avhengigheter for å bestemme k:

hvor: - bøyekarakteristikk for sveisede og stemplede bøyninger.

Her: - tilsvarende radius av den sveisede bøyen.

For kraner fra tre og fire sektorer, α = 15 grader, for en rektangulær to-sektor bøyning, foreslås det å ta α = 11 grader.

Det skal bemerkes at i, koeffisienten k ≤ 1.

Reguleringsdokument RD 10-400-01 gir følgende fremgangsmåte for å bestemme fleksibilitetskoeffisienten K p *:

Hvor K s- fleksibilitetskoeffisient uten å ta hensyn til begrensningen av deformasjon av endene på den bøyde delen av rørledningen;

I dette tilfellet, hvis, så tas fleksibilitetskoeffisienten lik 1.0.

Kvantiteten K s bestemt av formelen:

, (10)

Hvor .

Her P- overdreven internt trykk, MPa; E t er elastisitetsmodulen til materialet ved Driftstemperatur, MPa.

, (11)

Det kan vises at fleksibilitetsfaktoren K p * vil være mer enn en, derfor, når man bestemmer den reduserte lengden på bøyningen i henhold til (7), er det nødvendig å ta dens omvendte verdi.

For sammenligning, la oss bestemme fleksibiliteten til noen standardkraner i henhold til OST 34-42-699-85, ved overtrykk R= 2,2 MPa og modul E t= 2x10 5 MPa. Resultatene er oppsummert i tabellen nedenfor (tabell nr. 1).

Når man analyserer de oppnådde resultatene, kan det konkluderes med at fremgangsmåten for å bestemme fleksibilitetskoeffisienten i henhold til RD 10-400-01 gir et mer "strengt" resultat (mindre fleksibilitet i bøyningen), mens man i tillegg tar hensyn til overtrykket i rørledning og materialets elastiske modul.

Treghetsmomentet til den U-formede kompensatoren (fig. 1 b)) i forhold til den nye aksen y s J xs definert som følger:

Hvor: L pr- redusert lengde på kompensatoraksen,

; (13)

y s- koordinat av kompensatorens tyngdepunkt:

Maksimum bøyemoment M maks(fungerer øverst på ekspansjonsfugen):

; (15)

Hvor H- ekspansjonsfugeoverheng, i henhold til fig. 1 b):

H = (m + 2) R.

Maksimal belastning i seksjonen av rørveggen bestemmes av formelen:

; (16)

Hvor: m 1- korreksjonsfaktor (sikkerhetsfaktor), med tanke på økningen i spenninger i de bøyde seksjonene.

Kompensatorer eller kompenserende enheter brukes når du installerer rørledninger med høytrykk eller høy temperatur bærerstoff. Under driften av rørledningen oppstår det en rekke faktorer som må tas i betraktning for å unngå ødeleggelse bærende konstruksjoner... Disse faktorene inkluderer temperaturdeformasjoner av rør, vibrasjoner som oppstår under drift av rørledningen, samt nedsenking av fundamentene til betongstøtter.

Kompensatorer er designet for å sikre mobiliteten til deler av systemet i forhold til hverandre. Hvis det ikke er slik mobilitet, vil belastningene på tilkoblingselementene, rørledningsseksjonene, sveisene øke. Disse belastningene overstiger tillatte normer og føre til ødeleggelse av systemet.

Det er flere typer ekspansjonsfuger som har forskjellige prinsipielle enheter... Ideen om å utvikle et U-formet ekspansjonsledd dukket opp som et resultat av fenomenet selvkompensasjon av rørledninger med bøyninger og bøyninger. Under driften av oppvarmingsledningen er rørene på grunn av disse svingene i stand til å vise motstand mot vridnings- og strekkdeformasjoner.

Imidlertid er det ikke nødvendig å stole på selvkompensasjon, siden den absolutte verdien av forskyvningen avhenger av antall roterende elementer. For å sikre muligheten for å kompensere for deformasjoner, er et U-formet kne utstyrt på den rette delen av linjen, som spiller rollen som en kompensator.

Prinsippet om drift av den U-formede ekspansjonsfugen

Ved sin design betraktes den U-formede kompensatoren som den enkleste, siden den består av minimumssett elementer. Denne minimalismen har gjort det mulig å gi bred rekkevidde tekniske egenskaper(temperatur, trykk). Kompensatoren er laget på en av to måter.

1. Røret i ett stykke bøyes på de riktige stedene med en viss bøyeradius og danner en U-formet struktur.
2. Ekspansjonsfugen inkluderer 7 elementer, inkludert tre rettlinjeformede grener og 4 svingbare hjørner, som er sveiset sammen i en enkelt struktur.

På grunn av det faktum at denne ekspansjonsfugen ofte må betjenes, fordi sedimenter i form av smuss eller andre tette strukturer ofte akkumuleres i den U-formede svingen, er forbindelsesrørene utstyrt med flenser eller gjengede koblinger. Dette lar deg montere og demontere enheten uten bruk av spesialverktøy.

U-formede ekspansjonsfuger er gitt for begge stålrør og for polyetylenrør... Designet er ikke uten feil. Så for eksempel krever installasjon av en U-formet ekspansjonsfuge i varmesystemet utgifter tilleggsmateriale i form av rør, hjørner, nal. For oppvarmingsnettverk er alt komplisert med installasjon av ekstra støtter.

Installasjonskrav og installasjonskostnader for U-formede enheter

Til tross for innretningens relative enkelhet er installasjonen av en U-formet ekspansjonsfuge ikke alltid lavere i kostnad sammenlignet med for eksempel kostnaden for en belgekspansjonsfuge. Nå snakker vi om rørledninger stor diameter... I dette tilfellet koster det tilleggselementer og installasjonen av dem overstiger kostnaden for en belgenhet, og hvis vi tar hensyn til behovet for å bygge støtter, vil prisforskjellen være veldig merkbar.

Hvis ekspansjonsfugen er laget ved å bøye et rett rør, må man huske på at radiusen til denne bøyningen skal være lik åtte radier av selve røret. Hvis det er sømmer, er strukturen laget slik at disse sømmene faller på rette seksjoner. Med dannelsen av bratt bøyde svinger, må du selvfølgelig avvike fra disse reglene.

Fordeler og ulemper med det U-formede designet

Det anbefales å søke gitt type ekspansjonsfuger når du installerer rørledninger med liten diameter. Det skal bemerkes her at størrelsesområdet for belgekspansjonsfuger er noe bredere. Den U-formede albuen takler vibrasjoner, men det kreves en stor mengde materiale for produksjonen, noe som øker kostnadene for enheten betydelig.

Sammenligning av egenskapene til belg og U-formede ekspansjonsfuger avslører de viktigste fordelene og ulempene ved hver type enhet. For eksempel må en U-formet ekspansjonsfuge regelmessig vedlikeholdes og rengjøres fra avleiringer. Ekspansjonsleddene til belgen lider ikke av slike ulemper.

Et annet poeng som jeg vil merke meg, gjelder kompensasjonsevnen til de to typene enheter. Hvis vi bare vurderer absolutte verdier, så observeres i denne forbindelse ikke en klar fordel fra begge sider. For å øke maksimal forskyvning i det U-formede ekspansjonsleddet, må du imidlertid øke knestørrelsen. For en belgekspansjonsfuge er det nok å bruke en to-seksjon korrugering, som praktisk talt ikke påvirker dimensjonene.

Jeg vil gjerne legge til sparegrisen positive egenskaper slik kvalitet som manglende kontroll under drift. Men i et tett befolket område er det ikke alltid ledig plass for å arrangere en rørledning med en U-formet ekspansjonsfuge. Albuen kan bare installeres i horisontale seksjoner, mens belgen ekspansjonsfugen kan installeres i hvilken som helst rett seksjon.

Til slutt er en annen fordel med belgeekspansjonsfugen at den ikke øker motstanden mot strømmen av væske og gass. Den U-formede albuen vil redusere strømningshastigheten sterkt. Når du bruker denne typen enhet i hjemmesystem varme må installeres sirkulasjonspumpe, siden på grunn av naturlig konveksjon, kan det hende at væsken ikke sirkulerer og møter et hinder på veien.

Beregninger for ekspansjonsfuger

Mangel på GOST-standarder for U-formede enheter noen ganger kompliserer de oppgaven med å planlegge et prosjekt betydelig, derfor er det nødvendig med en foreløpig beregning av den U-formede ekspansjonsfugen. Først og fremst må du bygge på prosjektets behov. Dimensjonene på rørledningen, dens diameter, maksimale trykk og størrelsen på den forventede forskyvningen tas i betraktning.

Dette betyr at det knapt vil være mulig å kjøpe en ferdig ekspansjonsfuge. For hvert enkelt tilfelle må det lages personlig. Dette er en annen ulempe sammenlignet med belgenheter.

Ved beregning av parametrene bør følgende begrensninger og betingelser tas i betraktning:

• stål brukes som materiale for rørledningen;
• ekspansjonsfuger er designet for både vann og gassformede medier;
• det maksimale bærertrykket ikke overstiger 1,6 atmosfærer;
• kompensatoren må ha riktig form i form av bokstaven "P";
• montert bare på horisontale seksjoner;
• effekten av vind er ekskludert.

Det skal forstås at disse parametrene anses som ideelle. Under reelle forhold kan bare et par poeng observeres. Når det gjelder temperaturen i miljøet, er det nødvendig å ta verdien til det maksimale, og temperaturen i den omgivende luften for å ta det minste.

Kompensatorinstallasjon

Når du bygger en motorvei, bør du bruke den visse regler, som også gjelder arrangementet av U-formede ekspansjonsfuger. Den er installert slik at overhenget rettes mot høyre side. Sidene bestemmer når man ser på rørledningen fra kilden til vasken. Hvis det ikke er behov for plass til kompensatoren til høyre, blir flyet gjort til venstre, men returlinjen må imidlertid ledes fra høyre side, og dette fører til endringer i prosjektet.

Før direkte igangkjøring av varmeledningen kreves en obligatorisk foreløpig strekking av ekspansjonsfugen. Fylte rør er under for høyt trykk, så hvis denne prosedyren ikke er ferdig, vil metallet snart begynne å kollapse.

Spenningen er laget med spesielle knekter, og etter å ha startet dem fjernes de, og kneet tar sin forrige posisjon. Mengden spenning indikeres av passdataene som er gitt for hver enhet. Når du installerer støtter, er det nødvendig å beregne deres plassering, de må være plassert slik at deformasjoner bare fører til aksial forskyvning av røret på støtten.

Beregning av ekspansjonsfuger

Fast feste av rørledninger utføres for å forhindre spontan forskyvning under forlengelse. Men i fravær av enheter som oppfatter rørledningens forlengelser mellom de faste armaturene, oppstår store påkjenninger som kan deformere og ødelegge rørene. Det kompenseres for rørforlengelser forskjellige enheter, hvis driftsprinsipp kan deles inn i to grupper: 1) radiale eller fleksible innretninger som oppfatter forlengelsen av varmeledere ved bøying (flat) eller vridning (romlig) buet rørdel eller bøying av spesielle elastiske innsatser av forskjellige former; 2) aksiale innretninger av glidende og elastiske typer, der forlengelsene oppfattes ved teleskopisk bevegelse av rør eller kompresjon av fjærinnsatser.

Fleksible kompenserende enheter er de vanligste. Den enkleste kompensasjonen oppnås ved den naturlige fleksibiliteten til selve rørledningen, bøyd i en vinkel på ikke mer enn 150 °.

Stigninger og dråper av rør kan brukes til naturlig kompensasjon, men det kan ikke alltid være naturlig kompensasjon. Enheten til kunstige kompensatorer bør adresseres først etter å ha brukt alle mulighetene for naturlig kompensasjon.

I rette seksjoner løses kompensasjon for rørforlengelser med spesielle fleksible ekspansjonsfuger i forskjellige konfigurasjoner. Lyre ekspansjonsfuger, spesielt med folder, av alle fleksible ekspansjonsfuger har størst elastisitet, men på grunn av økt korrosjon av metallet i brettene og økt hydraulisk motstand, blir de sjelden brukt. U-formede ekspansjonsfuger med sveisede og glatte albuer er vanligere; U-formede kompensatorer med bretter, som lyreformede, brukes sjeldnere av ovennevnte årsaker.

Fordelen med fleksible ekspansjonsfuger er at de ikke krever vedlikehold og at det ikke kreves kamre for montering i nisjer. I tillegg overfører fleksible ekspansjonsfuger bare ekspansjonsreaksjoner til faste støtter. Ulempene med fleksible ekspansjonsfuger inkluderer: økt hydraulisk motstand, økt rørforbruk, store dimensjoner som gjør det vanskelig å bruke dem i urbane pakninger når ruten er mettet med urban underjordisk kommunikasjon.

Objektivkompensatorer tilhører aksiale ekspansjonsfuger elastisk type. Kompensatoren er montert ved sveising fra halvlinser laget av stempling fra tynne ark med høy styrke. Kompensasjonskapasiteten til en halv linse er 5-6 mm. Det er tillatt å kombinere 3-4 linser i kompensatorutformingen, mer uønsket på grunn av tap av elastisitet og spenning av linsene. Hver linse tillater vinkelbevegelse av rør opp til 2-3 °, slik at linseekspansjonsfuger kan brukes når du legger nettverk på hengende støtter som gir store forvrengninger av rør.

Glidende type aksial kompensasjon er opprettet av pakkboksen ekspansjonsfuger. Foreløpig er foreldede støpejernsflensede strukturer blitt mye fortrengt av den lette, sterke og lett å produsere stålsveisede strukturen vist i figur 5.2.

Figur 5.2. Ensidig sveis av vafeltype strekkeske ekspansjonsfuge: 1 - trykkflens; 2 - grub aksel; 3 - pakking av pakkboks; 4- motaksel; 5 - glass; 6 - sak; 7 - overgang av diametre

Kompensasjon for temperaturforlengelse av rørledninger tildeles når gjennomsnittstemperatur kjølevæske mer enn + 50 ° С. Termiske bevegelser av varmerør er forårsaket av lineær forlengelse av rør når de varmes opp.

For problemfri drift av oppvarmingsnett er det nødvendig at kompensasjonsinnretningene er konstruert for maksimal forlengelse av rørledningen. Basert på dette antas kjølevæsketemperaturen å være maksimal, og temperaturen ved beregning av forlengelsene miljø- minimum og lik: 1) designtemperatur uteluft ved utforming av oppvarming - til overliggende legging nettverk på utendørs; 2) den beregnede lufttemperaturen i kanalen - for kanallegging nettverk; 3) jordens temperatur på dybden av de kanalløse varmeledningene ved designtemperaturen til uteluften for utforming av oppvarming.

La oss beregne den U-formede ekspansjonsfugen, som er plassert mellom to faste støtter, på seksjon 2 av oppvarmingsnettet med en lengde på 62,5 m og rørdiameter: 194x5 mm.

Figur 5.3 U-formet kompensatordiagram

Vi definerer termisk forlengelse rørledning i henhold til formelen:

hvor b - koeffisienten for lineær forlengelse av stålrør er avhengig av temperaturen, i gjennomsnitt b = 1,2? 10-5 m /? C; t er temperaturen på kjølevæsken ,? С; t 0 = -28? С - omgivelsestemperatur.

Med tanke på den foreløpige strekkingen for den totale forlengelsen på 50%:

Kjennende til termisk forlengelse grafisk, bestemmes rørdiameteren fra nomogrammet for lengden på den U-formede ekspansjonsfugerarmen, som er 2,4 m.