Kompensatorberegning online. Fordeler med belg fremfor U-formede ekspansjonsfuger

Kompensatorer eller kompensasjonsanordninger brukes ved installasjon av rørledninger med høyt trykk 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 driften av rørledningen, samt innsynkning av fundamentene til betongstøtter.

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

Det finnes flere typer ekspansjonsfuger som har forskjellige prinsipielle enheter... Ideen om å utvikle en U-formet ekspansjonsfuge dukket opp som et resultat av fenomenet med selvkompensasjon av rørledninger med bøyer og bøyer. Under driften av varmeledningen er rørene, på grunn av disse svingene, i stand til å vise motstand mot torsjons- og strekkdeformasjoner.

Det er imidlertid ikke nødvendig å stole på egenkompensasjon, 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 for drift av den U-formede ekspansjonsfugen

Ved sin design anses 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.

Rørbøyer i ett stykke på de riktige stedene med en viss bøyeradius, og danner en U-formet struktur.
Ekspansjonsfugen inkluderer 7 elementer, inkludert tre rettlinjede grener og 4 svingbare hjørner, som er sveiset til en enkelt struktur.

Fordi denne kompensatoren ofte må serviceres, fordi sedimenter i form av smuss eller andre tette strukturer ofte samler seg i den U-formede svingen, dens forbindelsesrør er utstyrt med flenser eller gjengede koblinger. Dette lar deg montere og demontere enheten uten bruk av spesialverktøy.

U-formede ekspansjonsfuger leveres for både stålrør og 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, naler. For varmenettverk er alt komplisert ved installasjon av ekstra støtter.

Installasjonskrav og installasjonskostnader for U-formede enheter

Til tross for den relative enkelheten til enheten, er installasjonen av en U-formet ekspansjonsfuge ikke alltid lavere i pris, sammenlignet med for eksempel kostnaden for en belg ekspansjonsfuge. Nå snakker vi om rørledninger stor diameter... I dette tilfellet vil kostnadene ved tilleggselementer og installasjonen deres overstiger kostnadene for en belgenhet, og hvis vi tar hensyn til behovet for å bygge støtter, vil forskjellen i pris være veldig merkbar.

Hvis ekspansjonsfugen er laget ved å bøye et rett rør, må det tas i betraktning 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 den U-formede designen

Det er tilrådelig å bruke denne typen ekspansjonsfuger når du installerer rørledninger med små diametre. Det skal her bemerkes at størrelsesutvalget for belgekspansjonsfuger er noe bredere. Den U-formede albuen takler vibrasjoner godt, men en stor mengde materiale er nødvendig for fremstillingen, 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 periodisk vedlikeholdes og renses for avleiringer. Belgekspansjonsfuger 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, er det i denne forbindelse ikke observert en klar fordel fra noen side. Men for å øke den maksimale forskyvningen i det U-formede ekspansjonsleddet, må du øke knestørrelsen. For en belgekspansjonsskjøt er det nok å bruke en todelt 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 kun monteres i horisontale seksjoner, mens belgekspansjonsfugen kan monteres i hvilken som helst rett seksjon.

Til slutt, en annen fordel med belgekspansjonsskjøten er at den ikke øker motstanden mot strømmen av væske og gass. U-bøyningen vil redusere strømningshastigheten betraktelig. Når du bruker denne typen enhet i hjemmesystem oppvarming må installeres sirkulasjonspumpe, siden på grunn av naturlig konveksjon, kan det hende at væsken ikke sirkulerer, og støter på en hindring 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 av alt må du bygge videre på prosjektets behov. Dimensjonene til rørledningen, dens diameter, maksimalt trykk og størrelsen på forventet forskyvning tas i betraktning.

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

Når du beregner parametrene, bør følgende begrensninger og betingelser tas i betraktning:

stål brukes som materiale for rørledningen;
ekspansjonsfuger er designet for både vann og gassformige medier;
det maksimale trykket til bæreren overstiger ikke 1,6 atmosfærer;
kompensatoren må ha riktig form i form av bokstaven "P";
montert kun på horisontale seksjoner;
virkningen av vind er utelukket.

Det skal forstås at disse parametrene anses som ideelle. Under reelle forhold kan bare et par punkter observeres. Når det gjelder omgivelsestemperaturen, er det nødvendig å ta dens verdi til maksimum, og temperaturen på omgivelsesluften for å ta minimum.

Installasjon av kompensator

Når du bygger en motorvei, bør du bruke visse regler som er knyttet til ordningen U-formede ekspansjonsfuger... Den monteres slik at overhenget rettes mot høyre side. Sidene bestemmer når man ser på rørledningen fra kilden til vasken. Dersom det ikke kreves plass til kompensatoren til høyre, så gjøres flygingen til venstre, men returlinjen vil måtte føres fra kl. høyre side, og dette fører til endringer i prosjektet.

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

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

For å kompensere for termiske utvidelser er U-formede ekspansjonsfuger mest vanlig i varmenett og kraftverk. Til tross for sine mange ulemper, blant annet kan man peke ut: relativt store dimensjoner (behovet for å installere kompenserende nisjer i varmenettverk 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 den best studerte og beskrevet i utdannings-, metode- og referanselitteraturen. 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 prosedyrer for å beregne en U-formet kompensator fra 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 av forfatterne, forutsetter en prosedyre basert på bruken av Castilianos teorem:

hvor: U- potensiell energi for deformasjon av kompensatoren, E- elastisitetsmodulen til rørmaterialet, J- aksialt treghetsmoment for ekspansjonsleddet (rørseksjonen),

hvor: s- veggtykkelsen på bøyningen,

D n- den ytre diameteren til bøyningen;

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

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

L- full lengde på kompensatoren, J x- aksialt treghetsmoment til kompensatoren, J xy- sentrifugalt treghetsmoment for kompensatoren, S x- statisk moment for 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 tilbakeslagskraften Px:

Bevegelsen kan tolkes som kompensatorens kompensasjonskapasitet:

hvor: b t- koeffisient for lineær termisk utvidelse, (1,2x10 -5 1 / grader for karbonstål);

t n - starttemperatur (gjennomsnittstemperatur den kaldeste femdagersperioden de siste 20 årene);

t Til- slutttemperatur ( Maksimal temperatur kjølevæske);

L uch- lengden på den kompenserte seksjonen.

Ved å analysere formel (3), kan vi komme til den konklusjon at den største vanskeligheten er forårsaket av å bestemme treghetsmomentet J xs, spesielt siden det først er nødvendig å bestemme tyngdepunktet til kompensatoren (med y s). Forfatteren foreslår med rimelighet å bruke en omtrentlig, grafisk metode for å bestemme J xs, mens man tar hensyn til stivhetskoeffisienten (Karmana) k:

Det første integralet bestemmes i forhold til aksen y, den andre i forhold til aksen y s(Figur 1). Aksen til ekspansjonsfugen er tegnet i målestokk på millimeterpapir. Hele kurveaksen til kompensatoren L deles inn i mange segmenter DS Jeg... Avstand fra sentrum av linjen til aksen y Jeg målt med linjal.

Stivhetskoeffisienten (Karmana) er ment å reflektere den eksperimentelt beviste effekten av lokal utflating tverrsnitt bøye albuer, noe som øker deres kompensasjonskapasitet. V normativt dokument Karman-koeffisienten bestemmes av empiriske formler som er forskjellige fra de gitt i,. Stivhetskoeffisient k brukes til å bestemme den reduserte lengden L prd bueelement, som alltid er større enn dens faktiske lengde l G... I kilden, Karman-koeffisienten for bøyde bøyninger:

hvor: l - bøyekarakteristikk.

Her: R- bøyeradius.

hvor: b- bøyevinkel (i grader).

For sveisede og kortbøyde stemplede albuer foreslår kilden å bruke andre avhengigheter for å bestemme k:

hvor: h- bøyekarakteristikk for sveisede og stansede bend.

Her: R e - ekvivalent radius til den sveisede bøyen.

For kraner fra tre og fire sektorer, b = 15 grader, for et rektangulært to-sektoruttak foreslås det å ta b = 11 grader.

Det skal bemerkes at i koeffisienten k ? 1.

Forskriftsdokument RD 10-400-01 gir følgende prosedyre for å bestemme fleksibilitetskoeffisienten TIL R * :

hvor TIL R- fleksibilitetskoeffisient uten å ta hensyn til begrensningen av deformasjon av endene av den bøyde delen av rørledningen; o - koeffisient som tar hensyn til begrensningen av deformasjon ved endene av den buede seksjonen.

I dette tilfellet, hvis, blir fleksibilitetskoeffisienten tatt lik 1,0.

Størrelsen TIL s bestemt av formelen:

Her P - overskytende internt trykk, MPa; Et er elastisitetsmodulen til materialet ved Driftstemperatur, MPa.

Det kan vises at fleksibilitetsfaktoren TIL R * vil være mer enn én, derfor, når du bestemmer den reduserte lengden på bøyningen i henhold til (7), er det nødvendig å ta dens inverse verdi.

For sammenligning, la oss bestemme fleksibiliteten til noen standardbend i henhold til OST 34-42-699-85, ved overtrykk R= 2,2 MPa og modul E t= 2x 10 5 MPa. Resultatene er oppsummert i tabellen nedenfor (tabell nr. 1).

Ved å analysere de oppnådde resultatene kan det konkluderes med at prosedyren for å bestemme fleksibilitetskoeffisienten i henhold til RD 10-400-01 gir et mer "strengt" resultat (mindre fleksibilitet av bøyningen), mens det i tillegg tas hensyn til overtrykket i rørledning og elastisitetsmodulen til materialet.

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

hvor: L NS- redusert lengde på kompensatorens akse,

y s- koordinat for tyngdepunktet til kompensatoren:

Maksimalt bøyemoment M Maks(fungerer på toppen av ekspansjonsfugen):

hvor N- ekspansjonsfugeoverheng, i henhold til fig. 1 b):

H = (m + 2) R.

Maksimal spenning i seksjonen av rørveggen bestemmes av formelen:

hvor: m1 - korreksjonsfaktor (sikkerhetsfaktor), tatt i betraktning økning i spenninger i bøyde seksjoner.

For bøyde bend, (17)

For sveisede bend. (atten)

W- motstandsmoment for grendelen:

Tillatt spenning (160 MPa for kompensatorer laget av stål 10G 2S, St 3sp; 120 MPa for stål 10, 20, St 2sp).

Jeg vil umiddelbart merke at sikkerhetsfaktoren (korreksjon) er ganske høy og vokser med en økning i diameteren på rørledningen. For eksempel, for en 90 ° bøyning - 159x6 OST 34-42-699-85 m 1 ? 2,6; for 90 ° bøyning - 630x12 OST 34-42-699-85 m 1 = 4,125.

Fig. 2.

I veiledningsdokumentet utføres beregningen av en seksjon med U-formet ekspansjonsfuge, se fig. 2, etter en iterativ prosedyre:

Her stiller du inn avstandene fra ekspansjonsfugeaksen til faste støtter L 1 og L 2 ryggstøtte V og avgangen er bestemt N. I prosessen med iterasjoner i begge ligningene er det nødvendig å oppnå at det blir likt; av et verdipar tas den største = l 2. Deretter bestemmes ønsket ekspansjonsfugeoverheng H:

Ligningene representerer de geometriske komponentene, se fig. 2:

Komponenter av elastiske krefter, 1 / m 2:

Treghetsmomenter om sentralaksene x, y.

Styrkeparameter A, m:

[y sk] - tillatt kompensasjonsspenning,

Tillatt kompensasjonsspenning [ved sk] for rørledninger plassert i horisontalt plan bestemt av formelen:

for rørledninger plassert i et vertikalt plan i henhold til formelen:

hvor: er den nominelle tillatte spenningen ved driftstemperatur (for stål 10G 2C - 165 MPa ved 100 °? t? 200 °, for stål 20 - 140 MPa ved 100 °? t? 200 °).

D- indre diameter,

Jeg vil merke meg at forfatterne ikke klarte å unngå skrivefeil og unøyaktigheter. Hvis vi bruker fleksibilitetsfaktoren TIL R * (9) i formlene for å bestemme den reduserte lengden l NS(25), koordinater til sentrale akser og treghetsmomenter (26), (27), (29), (30), så får vi et undervurdert (feil) resultat, siden fleksibilitetskoeffisienten TIL R * i henhold til (9) er større enn én og må multipliseres med lengden på de bøyde bøyningene. Den gitte lengden på bøyde bøyninger er alltid større enn deres faktiske lengde (i henhold til (7)), bare da vil de få ekstra fleksibilitet og kompensasjonsevne.

Derfor, for å korrigere prosedyren for å bestemme de geometriske egenskapene i henhold til (25) h (30), er det nødvendig å bruke den inverse verdien TIL R *:

TIL R * = 1 / K R *.

I designdiagrammet i fig. 2 er kompensatorstøttene faste ("kryss" brukes vanligvis for å betegne faste støtter (GOST 21.205-93)). Dette kan få "kalkulatoren" til å telle avstandene. L 1 , L 2 fra faste støtter, det vil si ta hensyn til lengden på hele kompensasjonsseksjonen. I praksis er sidebevegelsene til de glidende (bevegelige) støttene til den tilstøtende seksjonen av rørledningen ofte begrenset; fra disse bevegelige, men begrensede sidebevegelser av støttene og avstandene skal telles L 1 , L 2 ... Hvis du ikke begrenser rørledningens tverrbevegelser i hele lengden fra den faste til den faste støtten, er det fare for at rørseksjonene nærmest ekspansjonsfugen forlater støttene. For å illustrere dette faktum viser fig. 3 beregningsresultatene for temperaturkompensasjon seksjon av hovedrørledningen DN 800 laget av stål 17G 2C 200 m lang, temperaturforskjell fra -46 C ° til 180 C ° i MSC Nastran-programmet. Maksimal sidebevegelse av senterpunktet til ekspansjonsfugen er 1,645 m. Potensiell vannhammer utgjør også en ekstra risiko for avsporing fra rørledningsstøttene. Derfor avgjørelsen om lengdene L 1 , L 2 bør tas med forsiktighet.

Fig. 3.

Opprinnelsen til den første ligningen i (20) er ikke helt klar. Dessuten er den ikke dimensjonsmessig korrekt. Faktisk, i parentes under modultegnet, legges verdiene til R NS og P y (l 4 +…) .

Riktigheten til den andre ligningen i (20) kan bevises som følger:

for å kunne, er det nødvendig at:

Dette er faktisk tilfelle hvis vi sier

For en spesiell anledning L 1 = L 2 , R y =0 ved å bruke (3), (4), (15), (19), kan man komme frem til (36). Det er viktig å ta hensyn til at i notasjonssystemet i y = y s .

For praktiske beregninger vil jeg bruke den andre ligningen i (20) i en mer kjent og praktisk form:

hvor A 1 = A [y ck].

I det spesielle tilfellet når L 1 = L 2 , R y =0 (symmetrisk kompensator):

De åpenbare fordelene med teknikken sammenlignet med er dens store allsidighet. Kompensatoren i fig. 2 kan være asymmetrisk; normativitet gjør det mulig å beregne kompensatorer ikke bare for varmenettverk, men også for kritiske rørledninger høytrykk, som er i registeret til RosTekhNadzor.

Vi skal gjennomføre komparativ analyse resultatene av beregning av U-formede ekspansjonsfuger i henhold til metodene,. La oss angi følgende innledende data:

a) for alle ekspansjonsfuger: materiale - Stål 20; P = 2,0 MPa; E t= 2x105 MPa; t 200°; lasting - foreløpig strekking; bøyde bøyninger i henhold til OST 34-42-699-85; ekspansjonsfuger er plassert horisontalt, laget av rør med pels. behandling;
b) et designdiagram med geometriske betegnelser i henhold til fig. 4;

Fig. 4.

c) standardstørrelsene på kompensatorer er oppsummert i tabell nr. 2 sammen med resultatene av beregninger.

Bend og rør til kompensatoren, D n H s, mm	Størrelse, se fig. 4	Forstrekk, m	Maksimal stress, MPa	Tillatt stress, MPa
			i følge	i følge	i følge	i følge

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

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

Nedenfor er en detaljert analyse av fremgangsmåten for å beregne den U-formede kompensatoren fra 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 bruken av Castilianos teorem:

hvor: U- potensiell energi for deformasjon av kompensatoren, E- elastisitetsmodulen til rørmaterialet, J- aksialt treghetsmoment for ekspansjonsleddet (rørseksjonen),

;

hvor: s- veggtykkelsen på bøyningen,

D n- den ytre diameteren til bøyningen;

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

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

L- full lengde på kompensatoren, J x- aksialt treghetsmoment til kompensatoren, J xy- sentrifugalt treghetsmoment for kompensatoren, S x- statisk moment for 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 tilbakeslagskraften P x:

Bevegelsen kan tolkes som kompensatorens kompensasjonskapasitet:

; (4)

hvor: α t- koeffisient for lineær termisk utvidelse, (1,2x10 -5 1 / grader for karbonstål);

t n- starttemperatur (gjennomsnittstemperatur for den kaldeste femdagersuken de siste 20 årene);

t til- slutttemperatur (maksimal temperatur på kjølevæsken);

L uch- lengden på den kompenserte seksjonen.

Ved å analysere formel (3), kan vi komme til den konklusjon at den største vanskeligheten er forårsaket av å bestemme treghetsmomentet J xs, spesielt siden det først er nødvendig å bestemme tyngdepunktet til kompensatoren (med y s). Forfatteren foreslår med rimelighet å bruke en omtrentlig, grafisk metode for å bestemme J xs, mens man tar hensyn til stivhetskoeffisienten (Karmana) k:

Det første integralet bestemmes i forhold til aksen y, den andre i forhold til aksen y s(Figur 1). Aksen til ekspansjonsfugen er tegnet i målestokk på millimeterpapir. Hele kurveaksen til kompensatoren L deles inn 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 beviste effekten av lokal utflatning av tverrsnittet av bøyninger under bøyning, noe som øker deres kompensasjonsevne. I forskriftsdokumentet bestemmes Karman-koeffisienten ved å bruke empiriske formler som er forskjellige fra de gitt i,.

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

; (6)

hvor: - bøyekarakteristikk.

Her: R- bøyeradius.

; (7)

hvor: α - bøyevinkel (i grader).

For sveisede og kortbøyde stemplede albuer foreslår kilden å bruke andre avhengigheter for å bestemme k:

hvor: - bøyekarakteristikk for sveisede og stansede bend.

Her: - ekvivalent radius til den sveisede bøyen.

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

Det skal bemerkes at i koeffisienten k ≤ 1.

Forskriftsdokument RD 10-400-01 gir følgende prosedyre for å bestemme fleksibilitetskoeffisienten K p *:

hvor K p- fleksibilitetskoeffisient uten å ta hensyn til begrensningen av deformasjon av endene av den bøyde delen av rørledningen;

I dette tilfellet, hvis, blir fleksibilitetskoeffisienten tatt lik 1,0.

Størrelsen K p bestemt av formelen:

, (10)

hvor .

Her P- for høyt internt trykk, MPa; E t er elastisitetsmodulen til materialet ved driftstemperatur, MPa.

, (11)

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

For sammenligning, la oss bestemme fleksibiliteten til noen standardbend 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).

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 kompensatorens akse,

; (13)

y s- koordinat for tyngdepunktet til kompensatoren:

Maksimalt bøyemoment M maks(fungerer på toppen av ekspansjonsfugen):

; (15)

hvor N- ekspansjonsfugeoverheng, i henhold til fig. 1 b):

H = (m + 2) R.

Maksimal spenning i seksjonen av rørveggen bestemmes av formelen:

; (16)

hvor: m 1- korreksjonsfaktor (sikkerhetsfaktor), tatt i betraktning økningen i spenninger i bøyde seksjoner.

Hallo! Ved oppvarming har rørledningene til varmeforsyningssystemet en tendens til å forlenges. Og hvor mye de øker i lengde vil avhenge av deres opprinnelige dimensjoner, av materialet de er laget av, og temperaturen på stoffet som transporteres gjennom rørledningen. En endring i de lineære dimensjonene til rørledninger kan potensielt føre til ødeleggelse av gjenger, flenser, sveisede skjøter, skade på andre elementer. Selvfølgelig, når du designer rørledninger, tas det hensyn til at de forlenges når de varmes opp og forkortes når lave temperaturer oppstår.

Egenkompensering av varmenett og ekstra kompenserende elementer

Innen varmeforsyning er det et slikt fenomen som selvkompensasjon. Dette forstås som evnen til rørledningen uavhengig, uten hjelp av spesielle enheter og enheter, til å kompensere for endringene i størrelse som oppstår som et resultat av termiske effekter, på grunn av metallets elastisitet og den geometriske formen. Egenkompensasjon er kun mulig dersom det er bend eller bend i rørsystemet. Det er imidlertid ikke alltid mulig under design og installasjon å lage et stort antall slike "naturlige" kompensasjonsmekanismer. I slike tilfeller er det viktig å tenke på opprettelse og installasjon av ekstra ekspansjonsfuger. De er av følgende typer:

U-formet;

linse;

pakkboks;

bølgete.

Metoder for å lage U-formede ekspansjonsfuger

I denne artikkelen vil vi snakke i detalj om de U-formede ekspansjonsfugene, som er de vanligste i dag. Disse produktene, dekket med polyetylenhylser, kan brukes på alle typer teknologiske rørledninger. Faktisk er de en av metodene for selvkompensasjon - på en kort seksjon opprettes flere bøyer i form av bokstaven "P", og deretter fortsetter rørledningen å gå i en rett linje. Slike U-formede strukturer er laget av buede rør i ett stykke, fra rørseksjoner eller bend som er sveiset sammen. Det vil si at de er laget av samme materiale, av samme stålkvalitet som rørene.

Det er mest økonomisk å bøye ekspansjonsfuger fra ett solid rør. Men hvis den totale lengden på produktet er mer enn 9 meter, bør de være laget av to, tre eller syv deler.

I tilfelle kompensatoren må være laget av to komponent deler, så er sømmen plassert på det såkalte overhenget.

Den tredelte designen forutsetter at den bøyde "baksiden" av produktet vil bli laget av et enkelt stykke rør, og deretter vil to rette grener sveises til det.

Når det er syv deler, skal fire av dem være albuer, og de tre andre skal være rør.

Det er også viktig å huske at bøyeradiusen til bøyningene når du forbereder ekspansjonsfuger fra rette deler må være lik fire ytre diametre av røret. Dette kan uttrykkes med følgende enkle formel: R = 4D.

Uansett hvor mange deler den beskrevne ekspansjonsfugen er laget, er det alltid tilrådelig å plassere den sveisede sømmen på en rett grendel, som vil være lik rørdiameteren (men ikke mindre enn 10 centimeter). Imidlertid er det også bratt bøyde svinger, der det ikke er noen rette elementer i det hele tatt - i dette tilfellet kan du avvike fra regelen ovenfor.

Fordeler og ulemper med de aktuelle produktene

Kompensatorer av denne typen eksperter anbefaler å bruke den for rørledninger med liten diameter - opptil 600 millimeter. Seksjoner i form av store bokstaver "P" på disse rørledningene, i tilfelle vibrasjoner, slukker dem effektivt ved å endre deres posisjon langs lengdeaksen. Dette lar så å si ikke svingninger "gå fremover" langs varmeledningen. I rørledninger som krever demontering for å utføre rengjøring, leveres U-formede ekspansjonsfuger i tillegg med koblingsdeler på flensene.

U-formede produkter er gode ved at de ikke trenger kontroll under drift. Dette skiller dem fra kjertel-type produkter, for vedlikehold av hvilke spesielle grenkamre er nødvendig. For arrangement av U-formede ekspansjonsfuger er det imidlertid nødvendig med litt plass, og i en tettbygd by finnes det ikke alltid.

Ekspansjonsfugene som vurderes har selvfølgelig ikke bare fordeler, men også ulemper. Den mest åpenbare av dem er dette - rør forbrukes i tillegg for fremstilling av ekspansjonsfuger, og de koster penger. I tillegg fører installasjonen av disse ekspansjonsleddene til at den totale motstanden mot bevegelsen av varmeoverføringsvæsken øker. I tillegg er slike ekspansjonsfuger preget av deres betydelige størrelse og behovet for spesielle støtter.

Beregninger for U-formede ekspansjonsfuger

I Russland er parametrene for U-formede ekspansjonsfuger fortsatt ikke standardiserte. De produseres i samsvar med prosjektets behov og i henhold til dataene som er foreskrevet i dette prosjektet (type, dimensjoner, diameter, materiale, etc.). Men fortsatt, selvfølgelig, bør man ikke bestemme dimensjonene til den U-formede kompensatoren tilfeldig. Spesielle beregninger vil hjelpe deg med å finne dimensjonene til kompensatoren som vil være tilstrekkelig til å kompensere for deformasjonene av varmeledningen på grunn av temperaturforskjeller.

I slike beregninger aksepteres som regel følgende betingelser:

rørledningen er laget av stålrør;

vann eller damp strømmer gjennom det;

trykket inne i rørledningen overstiger ikke 16 bar;

temperatur arbeidsmiljø ikke mer enn 2000 grader Celsius

kompensatorer er symmetriske, lengden på en arm er strengt lik lengden på den andre armen;

rørledningen er i horisontal posisjon;

vindtrykk og andre belastninger virker ikke på rørledningen.

Som vi kan se, er her tatt ideelle forhold, noe som selvfølgelig gjør de endelige tallene svært vilkårlige og omtrentlige. Men en slik beregning lar deg fortsatt redusere risikoen for skade på rørledningen under drift.

Og enda et viktig tillegg. Ved beregning av endringen i rørledningen under påvirkning av varme, tas den høyeste temperaturen på det transporterte vannet eller dampen til grunn, og temperaturen miljø tvert imot er minimum satt.

Montering av ekspansjonsfuger

Det er nødvendig å montere ekspansjonsfuger på et stativ eller på en helt flat solid plattform, som det vil være praktisk å produsere på sveisearbeid og passe. Når du starter arbeidet, må du nøyaktig plotte aksen til den fremtidige P-seksjonen og installere kontrollfyr for ekspansjonsfugeelementene.

Etter å ha laget ekspansjonsfugene, må du også sjekke dimensjonene deres - avviket fra de skisserte linjene bør ikke overstige fire millimeter.

Plassen for de U-formede ekspansjonsfugene velges vanligvis på høyre side av varmerøret (sett fra varmekilden til endepunktet). Hvis det ikke er nødvendig plass til høyre, er det mulig (men bare som et unntak) å arrangere et overheng for ekspansjonsfugen til venstre, uten å endre de generelle designdimensjonene. Med denne løsningen, med utenfor vil bli lokalisert returrørledning, og dens dimensjoner vil vise seg å være litt større enn de som kreves i henhold til foreløpige beregninger.

Oppstart av kjølevæsken skaper alltid betydelig belastning i metallrør. For å takle det, bør den U-formede ekspansjonsfugen strekkes maksimalt under installasjonen - dette vil øke effektiviteten. Strekking gjøres etter montering og fiksering av støttene på begge sider av ekspansjonsfugen. Rørledningen, når den strekkes i sonene for sveising til støttene, må forbli strengt ubevegelig. U-formede ekspansjonsfuger i dag strekkes ved hjelp av taljer, jekker og andre lignende enheter. Mengden av foreløpig strekking av kompensasjonselementet (eller mengden av dets kompresjon) må angis i passet for hovedoppvarmingen og designdokumentene.

Hvis plassering er planlagt U-formede elementer i grupper på flere rørledninger som går parallelt, så erstattes strekkingen med en slik prosedyre som å strekke rørene i en "kald" tilstand. Dette alternativet forutsetter også en spesiell prosedyre for å utføre installasjonsprosedyrer. I dette tilfellet bør ekspansjonsfugen først og fremst installeres på støttene og skjøtene sveises.

Men samtidig bør det forbli et gap i en av leddene, som vil tilsvare den angitte forlengelsen av P-ekspansjonsfugen. For å unngå en reduksjon i kompensasjonsevnen til produktet og for å forhindre forvrengninger, for spenning, bruk en skjøt som vil være plassert fra kompensatorens symmetriakse i en avstand på 20 til 40 rørdiametre.

Montering av støtter

Spesielt bør nevnes montering av støtter for P-ekspansjonsfuger. De må monteres slik at rørledningen bare beveger seg langs lengdeaksen og ingenting annet. I dette tilfellet vil kompensatoren ta over alle resulterende langsgående vibrasjoner.

I dag, for én P-kompensator, er det nødvendig å installere minst tre kvalitet støtter. To av dem skal plasseres under de delene av ekspansjonsfugen som dokker med hovedrørledningen (det vil si under de to vertikale stavene med bokstaven "P"). Det er også tillatt å montere støttene på selve rørledningen, nær ekspansjonsfugen. Dessuten bør det være minst en halv meter mellom kanten av støtten og sveiseskjøten. En annen støtte er opprettet under baksiden av kompensatoren (med en horisontal pinne i bokstaven "P"), vanligvis på en spesiell oppheng.

Hvis varmeledningen har en skråning, bør sidedelene av de U-formede elementene plasseres strengt i henhold til nivået (det vil si at skråningen må observeres). I de fleste tilfeller monteres U-formede ekspansjonsfuger horisontalt. Hvis ekspansjonsfugen installeres i vertikal posisjon i bunnen, må det organiseres et passende dreneringssystem.

Hvilke data om kompensatorer må legges inn i passet til varmeledningen?

På slutten av installasjonen av den U-formede kompensatoren legges følgende informasjon inn i varmelederpasset:

tekniske spesifikasjoner ekspansjonsledd, produsent og produksjonsår;

avstanden mellom støttene, kompensasjonen som skal gjøres og mengden av spenning;

omgivelsestemperatur i perioden da arbeidet ble utført, og dato for installasjon.

Når det gjelder for eksempel kompensasjonsevnen U-formet produkt, da har den en klar avhengighet av bredden, av bøyningsradius og overheng.

Beregning av den U-formede ekspansjonsfugen er å definere minimumsstørrelser kompensator tilstrekkelig til å kompensere for termiske deformasjoner av rørledningen. Ved å fylle ut skjemaet ovenfor vil du kunne beregne kompensasjonskapasiteten til den U-formede ekspansjonsfugen med de gitte dimensjonene.

Algoritmen til dette nettbaserte programmet er basert på metodikken for å beregne den U-formede kompensatoren gitt i Designer's Guide "Design of Heating Networks" redigert av A. A. Nikolaev.

Maksimal spenning på baksiden av kompensatoren anbefales tatt i området fra 80 til 110 MPa.

Det optimale forholdet mellom ekspansjonsfugeoverhenget og rørets ytre diameter anbefales tatt i området H / Dн = (10 - 40), mens ekspansjonsfugeoverhenget i 10DN tilsvarer DN350-rørledningen, og forlengelsen i 40DN tilsvarer DN15-rørledningen.

Det optimale forholdet mellom utvidelsesfugens bredde og overhenget anbefales tatt i området L / H = (1 - 1,5), selv om andre verdier også kan aksepteres.

Hvis en ekspansjonsfuge kreves for mye for å kompensere for de beregnede termiske forlengelsene store størrelser, kan den erstattes med to mindre ekspansjonsfuger.

Ved beregning av de termiske forlengelsene til rørledningen, bør temperaturen på kjølevæsken tas som maksimum, og temperaturen på den omkringliggende rørledningen som minimum.

Følgende begrensninger aksepteres i beregningen:

Rørledningen er fylt med vann eller damp
Rørledningen er laget av stålrør
Maksimal temperatur på arbeidsmiljøet overstiger ikke 200 ° С
Maksimalt trykk i rørledningen overstiger ikke 1,6 MPa (16 bar)
Kompensatoren er installert i en horisontal rørledning
Kompensatoren er symmetrisk og skuldrene er like lange
Faste støtter anses som absolutt stive
Rørledningen er ikke utsatt for vindtrykk og andre belastninger
Motstanden til friksjonskreftene til de bevegelige støttene under termisk forlengelse tas ikke i betraktning
Glatte bøyer

Det anbefales ikke å plassere faste støtter i en avstand på mindre enn 10DN fra den U-formede ekspansjonsfugen, siden overføringen av støtteklemmemomentet til den reduserer fleksibiliteten.

Det anbefales å ta seksjonene av rørledningen fra faste støtter til den U-formede ekspansjonsfugen med samme lengde. Hvis kompensatoren ikke er plassert i midten av seksjonen og forskyves mot en av de faste støttene, øker kreftene til elastisk deformasjon og spenninger med omtrent 20-40%, i forhold til verdiene oppnådd for kompensatoren som er plassert i midten.

For å øke kompensasjonskapasiteten brukes foreløpig strekking av kompensatoren. Under installasjonen opplever kompensatoren en bøyelast, når den oppvarmes, får den en ubelastet tilstand, og ved maksimal temperatur kommer den i spenning. Foreløpig utvidelse av ekspansjonsfugen med en mengde lik halvparten av den termiske forlengelsen av rørledningen gjør det mulig å doble dens kompensasjonskapasitet.

Bruksområde

U-formede ekspansjonsfuger brukes for å kompensere temperaturforlengelser rør på lange rette seksjoner, dersom det ikke er mulighet for egenkompensasjon av rørledningen på grunn av svinger i varmenettet. Fraværet av ekspansjonsfuger på stivt fikserte rørledninger med variabel temperatur på arbeidsmediet vil føre til en økning i spenninger som er i stand til å deformere og ødelegge rørledningen.

Det benyttes fleksible ekspansjonsfuger

På overliggende legging for alle rørdiametre, uavhengig av kjølevæskens parametere.
Ved legging i kanaler, tunneler og felleskollektorer på rørledninger fra DN25 til DN200 ved varmebærertrykk inntil 16 bar.
På kanalløs legging for rør med diameter fra DN25 til DN100.
Hvis den maksimale temperaturen på mediet overstiger 50 ° C

Verdighet