Beregning av den n-formede kompensatoren til termiske nettverk. Fordeler og ulemper med den U-formede designen

Send det gode arbeidet ditt i kunnskapsbasen er enkelt. Bruk skjemaet nedenfor

Studenter, hovedfagsstudenter, unge forskere som bruker kunnskapsbasen i studiene og arbeidet vil være veldig takknemlige for deg.

postet på http://www.allbest.ru/

Beregning av U-formede kompensatorer

Ph.D. S.B. Gorunovich,

hender designteam Ust-Ilimskaya CHPP

For å kompensere for termiske utvidelser er U-formede ekspansjonsfuger mest brukt i varmenett og kraftverk. Til tross for sine mange mangler, blant annet: relativt store dimensjoner (behovet for kompenserende nisjer i varmenett med kanalpakning), betydelige hydrauliske tap (sammenlignet med pakkboks og belg); U-formede ekspansjonsfuger har en rekke fordeler.

Av fordelene kan man først og fremst trekke frem enkelhet og pålitelighet. I tillegg er denne typen kompensatorer den mest godt studerte og beskrevet i utdannings- og metodologisk og referanselitteratur. Til tross for dette er det ofte vanskelig for unge ingeniører som ikke har spesialiserte programmer å beregne kompensatorer. Dette skyldes først og fremst en ganske kompleks teori, tilstedeværelsen av et stort antall korreksjonsfaktorer og, dessverre, tilstedeværelsen av skrivefeil og unøyaktigheter i noen kilder.

Nedenfor er en detaljert analyse beregningsprosedyrer for en U-formet kompensator i henhold til to hovedkilder, , hvis formål var å identifisere mulige skrivefeil og unøyaktigheter, samt å sammenligne resultatene.

Den typiske beregningen av kompensatorer (fig. 1, a)), foreslått av de fleste forfattere, foreslår en prosedyre basert på bruken av Castiliano-teoremet:

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

hvor: s- utløpets veggtykkelse,

D n- ytre diameter på utløpet;

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

M=P yx-P xy+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 frastøtningskraften P x:

Forskyvningen kan tolkes som kompensatorens kompensasjonsevne:

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 konkludere med at den største vanskeligheten er bestemmelsen av 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 (Karman) k:

Det første integralet bestemmes i forhold til aksen y, andre i forhold til aksen y s(Figur 1). Aksen til kompensatoren er tegnet på millimeterpapir i skala. All buet akselkompensator L delt opp i mange seksjoner Ds Jeg. Avstand fra sentrum av segmentet til aksen y Jeg målt med linjal.

Stivhetskoeffisienten (Karman) er designet for å gjenspeile den eksperimentelt beviste effekten av lokal utflatning av tverrsnittet av bøyninger under bøyning, noe som øker deres kompensasjonsevne. I normativt dokument Karman-koeffisienten bestemmes av empiriske formler som er forskjellige fra de gitt i , . Stivhetsfaktor 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- tilbaketrekningsvinkel (i grader).

For sveisede og kortbuede stemplede bøyninger foreslår kilden å bruke andre avhengigheter for å bestemme k:

hvor: h- egenskaper til bøyningen for sveisede og stemplede bøyer.

Her: R e er ekvivalent radius til den sveisede albuen.

For grener fra tre og fire sektorer b = 15 grader, for en rektangulær to-sektorgren foreslås det å ta b = 11 grader.

Det skal bemerkes at i koeffisient k ? 1.

Reguleringsdokument 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.

Verdi TIL s bestemmes av formelen:

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

Det kan bevises at koeffisienten av fleksibilitet TIL R* vil være større enn én, derfor, når man bestemmer den reduserte lengden på kranen i henhold til (7), er det nødvendig å ta dens gjensidige 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\u003d 2x 10 5 MPa. Resultatene er oppsummert i tabellen nedenfor (tabell nr. 1).

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

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

hvor: L etc- redusert lengde på kompensatorens akse,

y s- koordinat for tyngdepunktet til kompensatoren:

Maksimalt bøyemoment M Maks(gjelder øverst på kompensatoren):

hvor H- forskyvning av kompensatoren, i henhold til fig. 1 b):

H=(m + 2)R.

Maks spenning i seksjonen av rørveggen bestemmes av formelen:

hvor: m 1 - korreksjonsfaktor (sikkerhetsfaktor), tar hensyn til økningen i spenninger på de bøyde seksjonene.

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° albue - 159x6 OST 34-42-699-85 m 1 ? 2,6; for bøy 90° - 630x12 OST 34-42-699-85 m 1 = 4,125.

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

I det styrende dokumentet utføres beregningen av seksjonen med en U-formet kompensator, se fig. 2, i henhold til den iterative prosedyren:

Her settes avstandene fra kompensatorens akse til de faste støttene. L 1 og L 2 tilbake I og avgangen er bestemt N. I prosessen med iterasjoner i begge ligningene bør man oppnå at det blir likt; fra et verdipar tas den største = l 2. Deretter bestemmes ønsket forskyvning av kompensatoren H:

Ligningene representerer geometriske komponenter, se fig. 2:

Komponenter av elastiske frastøtende krefter, 1/m2:

Treghetsmomenter om sentralaksene x, y.

Styrkeparameter A, m:

[y sk ] - tillatt kompensasjonsspenning,

Tillatt kompensasjonsspenning [y sk ] for rørledninger plassert i horisontalt plan bestemmes av formelen:

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

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

D- indre diameter,

Det skal bemerkes at forfatterne ikke kunne unngå skrivefeil og unøyaktigheter. Hvis vi bruker fleksibilitetsfaktoren TIL R* (9) i formlene for å bestemme den reduserte lengden l etc(25), koordinatene til de sentrale aksene og treghetsmomentene (26), (27), (29), (30), da vil et undervurdert (feil) resultat oppnås, siden fleksibilitetskoeffisienten TIL R* i henhold til (9) er større enn én og skal multipliseres med lengden på de bøyde bøyningene. Den gitte lengden på bøyde bøyninger er alltid større enn deres faktiske lengde (i henhold til (7)), først da vil de få ekstra fleksibilitet og kompensasjonsevne.

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

TIL R*=1/K R*.

I designskjemaet i fig. 2 er kompensatorstøttene faste ("kryss" betegner vanligvis faste støtter (GOST 21.205-93)). Dette kan flytte "kalkulatoren" for å telle avstandene L 1 , L 2 fra faste støtter, det vil si ta hensyn til lengden på hele ekspansjonsseksjonen. I praksis er sidebevegelsene til de glidende, (bevegelige) støttene til en tilstøtende rørledningsseksjon ofte begrenset; fra disse bevegelige, men begrensede i tverrgående bevegelse av støtter, og avstander skal telles L 1 , L 2 . Hvis du ikke begrenser den tverrgående bevegelsen av rørledningen langs hele lengden fra stasjonær til fast støtte det er fare for nedstigning fra støttene til delene av rørledningen nærmest kompensatoren. For å illustrere dette faktum viser fig. 3 resultatene av beregningen for temperaturkompensasjon seksjon av hovedrørledningen Du 800 laget av stål 17G 2S, 200 m lang, temperaturforskjell fra - 46 ° C til 180 ° C i MSC Nastran-programmet. Maksimal tverrbevegelse av kompensatorens sentrale punkt er 1.645 m. En ekstra fare for å falle av rørledningsstøttene er også representert av mulige vannhammere. Så avgjørelsen om lengdene L 1 , L 2 bør tas med forsiktighet.

Fig.3. Kompensasjfor seksjonen av rørledningen DN 800 med en U-formet kompensator ved bruk av MSC/Nastran-programvarepakken (MPa).

Opprinnelsen til den første ligningen i (20) er ikke helt klar. Dessuten, når det gjelder dimensjon, er det ikke riktig. Tross alt, i parentes under tegnet til modulen, er verdiene lagt til R X 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 sant hvis vi setter det

For et spesielt tilfelle L 1 =L 2 , R y=0 , ved å bruke (3), (4), (15), (19), kan man komme frem til (36). Det er viktig å merke seg at i notasjonen 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 \u003d A [y ck].

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

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

La oss bruke komparativ analyse resultater av beregning av U-formede kompensatorer i henhold til metoder , . La oss angi følgende innledende data:

a) for alle kompensatorer: materiale - Stål 20; P=2,0 MPa; E t\u003d 2x 10 5 MPa; t-200°; lasting - foreløpig strekking; bøyde bøyninger i henhold til OST 34-42-699-85; kompensatorer er plassert horisontalt, fra rør med pels. behandling;

b) beregningsskjema med geometriske betegnelser i henhold til fig. 4;

Fig.4. Beregningsskjema for komparativ analyse.

c) vi vil oppsummere standardstørrelsene på kompensatorer i tabell nr. 2 sammen med resultatene av beregninger.

Albuer 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

konklusjoner

kompensator varmerørspenning

Ved å analysere resultatene av beregninger ved hjelp av to forskjellige metoder: referanse - og normativ - kan vi konkludere med at til tross for at begge metodene er basert på samme teori, er forskjellen i resultatene svært betydelig. De valgte standardstørrelsene på kompensatorer "passer med margin" hvis de er beregnet etter og ikke passerer etter tillatte spenninger hvis de er beregnet etter . Den mest betydelige påvirkningen på resultatet er produsert av korreksjonsfaktoren m 1 , som øker spenningen beregnet av formelen med 2 eller flere ganger. For eksempel, for en kompensator i siste linje i tabell nr. 2 (fra rør 530Ch12) koeffisienten m 1 ? 4,2.

Resultatet har også en effekt på størrelsen på den tillatte spenningen, som er betydelig lavere for stål 20.

Generelt, til tross for den større enkelheten, som er forbundet med tilstedeværelsen av et mindre antall koeffisienter og formler, viser metodikken seg å være mye strengere, spesielt når det gjelder rørledninger med stor diameter.

For praktiske formål, ved beregning av U-formede ekspansjonsfuger for varmenett, vil jeg anbefale en "blandet" taktikk. Fleksibilitetskoeffisienten (Karman) og den tillatte spenningen bør bestemmes i henhold til standarden, dvs.: k=1/TIL R* og videre ifølge formlene (9) h (11); [y sk ] - i henhold til formlene (34), (35) under hensyntagen til RD 10-249-88. Metodikkens "kropp" skal brukes i henhold til , men uten å ta hensyn til korreksjonsfaktoren m 1 , dvs.:

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

Den mulige asymmetrien til kompensatoren, som tas i betraktning i, kan neglisjeres, fordi i praksis, ved legging av varmenettverk, installeres bevegelige støtter ganske ofte, asymmetrien er tilfeldig og betydelig innflytelse påvirker ikke resultatet.

Avstand b det er mulig å telle ikke fra de nærmeste tilstøtende glidestøttene, men å ta en beslutning om å begrense sidebevegelser allerede på den andre eller tredje glidende støtte, hvis målt fra kompensatorens akse.

Ved å bruke denne "taktikken" slår kalkulatoren "to fluer i en smekk": a) følger strengt normativ dokumentasjon, siden "kroppen" til teknikken er et spesielt tilfelle av . Beviset er gitt ovenfor; b) forenkler beregningen.

Til dette kan vi legge til en viktig sparefaktor: tross alt, for å velge en kompensator fra et 530Ch12-rør, se tabell. nr. 2, ifølge oppslagsboken, må kalkulatoren øke dimensjonene med minst 2 ganger, i henhold til samme gjeldende standard en reell kompensator kan også reduseres med en og en halv gang.

Litteratur

1. Elizarov D.P. Termiske kraftverk av kraftverk. - M.: Energoizdat, 1982.

2. Vann varmenett: Hjelpeveiledning for design / I.V. Belyaikina, V.P. Vitaliev, N.K. Gromov et al., red. N.K. Gromova, E.P. Shubin. - M.: Energoatomizdat, 1988.

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

4. Normer for beregning av styrken til rørledninger til varmenettverk (RD 10-400-01).

5. Normer for beregning av styrken til stasjonære kjeler og rørledninger av damp og varmt vann(RD 10-249-98).

Vert på Allbest.ru

...

Lignende dokumenter

Beregning av varmekostnader til oppvarming, ventilasjon og varmtvannsforsyning. Bestemmelse av rørledningens diameter, antall kompensatorer, trykktap i lokale motstander, trykktap langs rørledningens lengde. Valget av tykkelsen på varmeisolasjonen til varmerøret.

kontrollarbeid, lagt til 25.01.2013

Bestemmelse av varmebelastningene til området og årlig utgift varme. Valg av termisk kraft til kilden. Hydraulisk beregning av varmenettet, valg av nett og etterfyllingspumper. Beregning av varmetap, dampnettverk, kompensatorer og krefter på støtter.

semesteroppgave, lagt til 07.11.2012

Kompensasjonsmetoder reaktiv effekt i elektriske nettverk. Anvendelse av batterier av statiske kondensatorer. Automatiske regulatorer vekslende eksitering av synkrone kompensatorer med en tverrgående vikling av rotoren. SC-grensesnitt programmering.

avhandling, lagt til 03.09.2012

Grunnleggende prinsipper for reaktiv effektkompensasjon. Vurdering av påvirkning av omformerinstallasjoner på industrielle strømforsyningsnett. Utvikling av den fungerende algoritmen, strukturelle og kretsskjemaer tyristor reaktiv effektkompensatorer.

avhandling, lagt til 24.11.2010

Bestemmelse av varmestrømmer for oppvarming, ventilasjon og varmtvannsforsyning. Bygning temperatur graf regulering av varmebelastningen på oppvarming. Beregning av kompensatorer og termisk isolasjon, hovedvarmerørledninger til et to-rørs vannnett.

semesteroppgave, lagt til 22.10.2013

Beregning av en enkel rørledning, en teknikk for å anvende Bernoulli-ligningen. Bestemme diameteren på rørledningen. Kavitasjonsberegning av sugeledningen. Definisjon maksimal høyde løft og maksimal væskestrøm. Opplegg for en sentrifugalpumpe.

presentasjon, lagt til 29.01.2014

Designberegning av vertikalvarmeren lavtrykk med en bunt U-formede messingrør med diameter d=160,75 mm. Bestemmelse av varmevekslingsoverflaten og geometriske parametere til strålen. Hydraulisk motstand i intrapipebanen.

kontrollarbeid, lagt til 18.08.2013

Max Flow gjennom hydraulikkledningen. Verdier av kinematisk viskositet, ekvivalent ruhet og rørhullsareal. Foreløpig vurdering av modusen for væskebevegelse ved innløpsdelen av rørledningen. Beregning av friksjonskoeffisienter.

semesteroppgave, lagt til 26.08.2012

Anvendelse i strømforsyningssystemer for automatiseringsenheter for kraftsystemer: synkrone kompensatorer og elektriske motorer, hastighetskontrollere. Beregning av kortslutningsstrømmer; beskyttelse av kraftledninger, transformatorer og motorer.

semesteroppgave, lagt til 23.11.2012

Bestemmelse av ytre diameter av stålrørledningens isolasjon med innstilt temperatur ytre overflate, temperaturen på den lineære varmeoverføringskoeffisienten fra vann til luft; varmetap fra 1 m av rørledningen. Isolasjonsegnethetsanalyse.

Kompensatorer av termiske nettverk. I denne artikkelen vil vi fokusere på valg og beregning av kompensatorer for termiske nettverk.

Hva er kompensatorer for? La oss starte med det faktum at når det varmes opp, utvides ethvert materiale, noe som betyr at rørledningene til varmenettverk forlenges med en økning i temperaturen på kjølevæsken som passerer gjennom dem. For problemfri drift av varmenettet brukes kompensatorer som kompenserer for forlengelsen av rørledningene under deres kompresjon og strekk, for å unngå å klemme rørledninger og deres påfølgende trykkavlastning.

Det skal bemerkes at for muligheten for utvidelse og sammentrekning av rørledninger, er ikke bare kompensatorer designet, men også et system med støtter, som igjen kan være både "glidende" og "døde". Hvordan styre i Russland kvalitetskontroll av varmebelastningen - det vil si når temperaturen endres miljø, endres temperaturen ved utløpet av varmeforsyningskilden. Forfall kvalitetsregulering varmeforsyning - antall ekspansjons-kompresjonssykluser av rørledninger øker. Ressursen til rørledninger reduseres, risikoen for klem øker. Kvantitativ lastregulering er som følger - temperaturen ved utløpet av varmeforsyningskilden er konstant. Hvis det er nødvendig å endre varmebelastningen, endres kjølevæskens strømningshastighet. I dette tilfellet fungerer metallet til varmenettverkets rørledninger under lettere forhold, minimum antall ekspansjons-kompresjonssykluser, og øker dermed ressursen til varmenettverkets rørledninger. Derfor, før du velger ekspansjonsfuger, må deres egenskaper og mengde bestemmes med mengden av ekspansjon av rørledningen.

Formel 1:

δL=L1*a*(T2-T1)hvor

δL - rørledningsforlengelse,

mL1 - lengden på den rette delen av rørledningen (avstand mellom faste støtter),

ma - lineær ekspansjonskoeffisient (for jern er det lik 0,000012), m/grad.

T1 - maksimal temperatur på rørledningen (maksimal temperatur på kjølevæsken er tatt),

T2 - minimumstemperatur rørledning (du kan ta minimum omgivelsestemperatur), ° С

Vurder for eksempel løsningen av et elementært problem med å bestemme størrelsen på forlengelsen av rørledningen.

Oppgave 1. Bestem hvor mye lengden på en rett seksjon av en rørledning på 150 meter vil øke, forutsatt at kjølevæsketemperaturen er 150 °C, og omgivelsestemperaturen er fyringssesongen-40 °С.

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

Svar: lengden på rørledningen vil øke med 0,342 meter.

Etter å ha bestemt mengden av forlengelse, bør det være klart forstått når en kompensator er nødvendig og når den ikke er nødvendig. For et klart svar på dette spørsmålet du må ha et tydelig rørledningsdiagram, med lineære dimensjoner og støtter påført det. Det skal forstås klart at en endring i retningen på rørledningen er i stand til å kompensere for utvidelser, med andre ord rotasjon med overordnede dimensjoner ikke mindre enn dimensjonene til kompensatoren, med riktig arrangement av støtter, er i stand til å kompensere for samme forlengelse som kompensatoren.

Og så, etter at vi har bestemt mengden forlengelse av rørledningen, kan vi fortsette til valg av kompensatorer, du må vite at hver kompensator har en hovedkarakteristikk - dette er mengden kompensasjon. Faktisk kommer valget av antall kompensatorer ned til valget av type og designfunksjoner kompensatorer For å velge type kompensator, er det nødvendig å bestemme diameteren på varmenettrøret basert på båndbredde trompet nødvendig kraft varmeforbruker.

Tabell 1. Forholdet mellom U-formede kompensatorer laget av bend.

Tabell 2. Valg av antall U-formede kompensatorer basert på deres kompenserende kapasitet.

Oppgave 2 Bestemme antall og størrelse på kompensatorer.

For en rørledning med en diameter på DN 100 med en lengde på en rett seksjon på 150 meter, forutsatt at bæretemperaturen er 150 ° C, og omgivelsestemperaturen i oppvarmingsperioden er -40 ° C, bestemme antall kompensatorer. bL = 0,342 m (se Oppgave 1) I henhold til Tabell 1 og Tabell 2 bestemmer vi dimensjonene til n-formede ekspansjonsfuger (med dimensjoner på 2x2 m kan det kompensere for 0,134 meter rørledningsforlengelse), vi må kompensere for 0,342 meter, derfor Ncomp \u003d bL / ∂x \u003d 0,342 / 0,134 \u003d 2,55, rundet opp til nærmeste hele tall i retning av økning og at - 3 kompensatorer med dimensjoner på 2x4 meter kreves.

For tiden blir linsekompensatorer mer utbredt, de er mye mer kompakte enn U-formede, men en rekke begrensninger tillater ikke alltid bruken. Ressursen til den U-formede kompensatoren er mye høyere enn den til linsen, på grunn av dårlig kvalitet kjølevæske. Nedre del linsekompensator er vanligvis "tilstoppet" med slam, noe som bidrar til utvikling av parkeringskorrosjon av kompensatormetallet.

Beregning av den U-formede kompensatoren er å definere minimumsdimensjoner kompensator tilstrekkelig til å kompensere for temperaturdeformasjoner i rørledningen. Ved å fylle ut skjemaet ovenfor kan du beregne kompensasjonskapasiteten til en U-formet kompensator med gitte dimensjoner.

Algoritmen til dette nettbaserte programmet er basert på metoden for å beregne en U-formet kompensator gitt i Designer's Handbook "Heat Network Design" redigert av A. A. Nikolaev.

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

Det anbefales å ta det optimale forholdet mellom kompensatorforlengelsen og rørets ytre diameter i området H / Dн = (10 - 40), mens ekspansjonsfugeforlengelsen på 10DN tilsvarer DN350-rørledningen, og forlengelsen på 40DN tilsvarer rørledningen DN15.

Det optimale forholdet mellom bredden på kompensatoren og rekkevidden anbefales å tas i området L / H = (1 - 1,5), selv om andre verdier er akseptert.

Hvis det kreves en kompensator for å kompensere for de beregnede termiske forlengelsene også store størrelser, kan den erstattes av to mindre kompensatorer.

Ved beregning av den termiske forlengelsen av rørledningen, bør temperaturen på kjølevæsken tas som maksimum, og temperaturen i miljøet rundt rørledningen som minimum.

Følgende restriksjoner ble tatt i betraktning:

Rørledningen er fylt med vann eller damp
Rørledningen er laget av stålrør
Maksimal temperatur arbeidsmiljø ikke overstiger 200 °С
Maksimalt trykk i rørledningen overstiger ikke 1,6 MPa (16 bar)
Kompensatoren er installert på en horisontal rørledning
Kompensatoren er symmetrisk, og armene er av samme lengde
Faste støtter anses som absolutt stive.
Rørledningen opplever ikke vindtrykk og andre belastninger
Motstanden til friksjonskreftene til de bevegelige støttene under termisk forlengelse tas ikke i betraktning
Albuene er glatte

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

Rørledningsseksjoner fra faste støtter til den U-formede kompensatoren anbefales å ha samme lengde. Hvis kompensatoren ikke er plassert i midten av seksjonen, men forskyves mot en av de faste støttene, øker de elastiske deformasjonskreftene og spenningene med ca. 20-40%, i forhold til verdiene oppnådd for kompensatoren som er plassert i midten.

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

Bruksområde

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

Det benyttes fleksible ekspansjonsfuger

På overliggende legging for alle rørdiametre, uavhengig av kjølevæskens parametere.
Ved legging i kanaler, tunneler og felles samlere på rørledninger fra DN25 til DN200 ved et kjølevæsketrykk på opptil 16 bar.
På kanalløs legging for rør med diameter fra DN25 til DN100.
Hvis den maksimale mediumtemperaturen overstiger 50°C

Fordeler

Høy kompensasjonsevne
Vedlikeholdsfri
Enkel å produsere
Ubetydelige krefter overføres til faste støtter

ulemper

Høyt rørforbruk
Stort fotavtrykk
Høy hydraulisk motstand

Til dags dato er bruk av U-type ekspansjonsfuger eller andre utført hvis stoffet som passerer gjennom rørledningen er preget av en temperatur på 200 grader Celsius eller høyere, samt høyt trykk.

Generell beskrivelse av kompensatorer

Metallekspansjonsfuger er enheter som er designet for å kompensere eller balansere påvirkningen av ulike faktorer på driften av rørledningssystemer. Med andre ord er hovedformålet med dette produktet å sikre at røret ikke blir skadet når stoffer transporteres gjennom det. Slike nettverk, som sørger for transport av arbeidsmiljøet, er nesten konstant utsatt for slike negative påvirkninger, som termisk ekspansjon og trykk, vibrasjon og innsynkning av fundamentet.

Det er for å eliminere disse feilene at det er nødvendig å installere fleksible elementer, som har blitt kalt kompensatorer. Den U-formede typen er bare en av mange typer som brukes til dette formålet.

Hva er U-formede elementer

Det skal bemerkes med en gang at U-formede deler er det enkleste alternativet som bidrar til å løse kompensasjonsproblemet. Denne kategorien enheter har mest bred rekkevidde temperatur- og trykkapplikasjoner. For fremstilling av U-formede ekspansjonsfuger brukes enten ett langt rør, som bøyes på de riktige stedene, eller de tyr til sveising av flere bøyde, skarpt bøyde eller sveisede bend. Det er verdt å merke seg her at noen av rørledningene må periodisk demonteres for rengjøring. For slike tilfeller er ekspansjonsfuger av denne typen produsert med tilkoblingsender på flenser.

Siden U-type kompensator er den enkleste designen, har den en rekke visse ulemper. Disse kan tilskrives høy flyt rør for å lage et element, store dimensjoner, behovet for å installere ekstra støtter, samt tilstedeværelsen av sveisede skjøter.

Kompensatorkrav og kostnad

Hvis vi vurderer installasjonen av U-type ekspansjonsfuger når det gjelder materialressurser, så deres installasjon i systemer med stor diameter. Forbruket av rør og materialressurser for å lage en kompensator vil være for høyt. Her kan du sammenligne dette utstyret c Handlingen og parametrene til disse elementene er omtrent de samme, men installasjonskostnaden for den U-formede er omtrent dobbelt så mye. Hovedårsaken til denne kostnaden Penger ved at du trenger mye materialer for konstruksjon, samt installasjon av ekstra støtter.

For å U-formet kompensator var i stand til å fullstendig nøytralisere trykket på rørledningen, uansett hvor det kom fra, er det nødvendig å montere slike enheter på ett punkt med en forskjell på 15-30 grader. Disse parameterne er kun egnet hvis temperaturen på arbeidsstoffet inne i nettverket ikke overstiger 180 grader Celsius og ikke faller under 0. Bare i dette tilfellet og med denne installasjonen vil enheten kunne kompensere for belastningen på rørledningen fra jordbevegelser fra ethvert punkt.

Installasjonsberegninger

Beregningen av den U-formede kompensatoren er å finne ut hvilke minimumsdimensjoner på enheten som er nok til å kompensere for trykket på rørledningen. For å utføre beregningen brukes visse programmer, men denne operasjonen kan utføres selv gjennom nettbaserte applikasjoner. Det viktigste her er å følge visse anbefalinger.

Maksimal spenning som anbefales for baksiden av kompensatoren er i området fra 80 til 110 MPa.
Det er også en slik indikator som kompensatorens avgang til den ytre diameteren. Denne parameteren det anbefales å ta innenfor H/Dn=(10 - 40). Med slike verdier må det tas i betraktning at 10Dn vil tilsvare en rørledning med en indikator på 350DN, og 40Dn - en rørledning med parametere på 15DN.
Også når du beregner den U-formede kompensatoren, er det nødvendig å ta hensyn til enhetens bredde til dens rekkevidde. Optimale verdier L/H=(1 - 1,5) vurderes. Imidlertid er introduksjon av andre numeriske parametere også tillatt her.
Hvis det under beregningen viser seg at det for en gitt rørledning er nødvendig å lage en ekspansjonsfuge av denne typen som er for stor, anbefales det å velge en annen type enhet.

Begrensninger på beregninger

Hvis beregningene utføres av en uerfaren spesialist, er det bedre å gjøre deg kjent med noen begrensninger som ikke kan overskrides når du beregner eller legger inn data i programmet. For en U-formet rørkompensator gjelder følgende begrensninger:

Arbeidsmediet kan enten være vann eller damp.
Selve rørledningen må kun være laget av stålrør.
Maksimum temperaturindikator for arbeidsmiljøet - 200 grader Celsius.
Maksimalt trykk som observeres i nettet må ikke overstige 1,6 MPa (16 bar).
Installasjon av kompensatoren kan kun utføres på en horisontal type rørledning.
Dimensjonene til den U-formede kompensatoren skal være symmetriske, og skuldrene skal være de samme.
Rørledningsnettet skal ikke oppleve ytterligere belastninger (vind eller andre).

Installere enheter

For det første anbefales det ikke å plassere faste støtter lenger enn 10DN fra selve kompensatoren. Dette skyldes det faktum at overføringen av klemmomentet til støtten i stor grad vil redusere fleksibiliteten til strukturen.

For det andre anbefales det sterkt å dele seksjonene fra den faste støtten til den U-formede kompensatoren med samme lengde i hele nettverket. Det er også viktig å merke seg her at forskyvningen av monteringsstedet for armaturet fra midten av rørledningen til en av kantene vil øke den elastiske deformasjonskraften, samt spenningen med omtrent 20-40% av de verdiene som kan fås dersom strukturen monteres i midten.

For det tredje, for å øke kompensasjonsevnen ytterligere, strekkes U-formede ekspansjonsfuger. På monteringstidspunktet vil konstruksjonen oppleve en bøyelast, og ved oppvarming vil den anta en ubelastet tilstand. Når temperaturen når maksimal verdi, så vil enheten bli slått på igjen. På bakgrunn av dette ble det foreslått en strekkmetode. forarbeid er å strekke kompensatoren med en mengde som vil være lik halvparten av rørledningens termiske forlengelse.

Design fordeler og ulemper

Når vi snakker generelt om denne designen, kan det med sikkerhet sies at den har så positive egenskaper som enkel produksjon, høy kompensasjonskapasitet, ikke behov for vedlikehold, og kreftene som overføres til støttene er ubetydelige. Imidlertid skiller følgende seg ut blant de åpenbare ulempene: et stort forbruk av materiale og en stor mengde plass okkupert av strukturen, en høy grad av hydraulisk motstand.

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

For å kompensere for termiske utvidelser er U-formede ekspansjonsfuger mest brukt i varmenett og kraftverk. Til tross for sine mange mangler, blant annet: relativt store dimensjoner (behovet for kompenserende nisjer i varmenettverk med en kanalpakning), betydelige hydrauliske tap (sammenlignet med pakkboks og belg); U-formede ekspansjonsfuger har en rekke fordeler.

Nedenfor er en detaljert analyse av fremgangsmåten for å beregne den U-formede kompensatoren for to hovedkilder, hvis formål var å identifisere mulige skrivefeil og unøyaktigheter, samt å sammenligne resultatene.

Den typiske beregningen av kompensatorer (fig. 1, a)), foreslått av de fleste forfattere ÷, involverer en prosedyre basert på bruken av Castiliano-teoremet:

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

;

hvor: s- utløpets veggtykkelse,

D n- ytre diameter på utløpet;

M- bøyemoment i kompensatordelen. 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, Jxy- 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 frastøtningskraften P x:

Forskyvningen kan tolkes som kompensatorens kompensasjonsevne:

; (4)

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

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

t til- slutttemperatur (maksimal varmebærertemperatur);

L konto- lengden på den kompenserte seksjonen.

Ved å analysere formel (3), kan vi konkludere med at den største vanskeligheten er bestemmelsen av treghetsmomentet Jxs, 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 Jxs, mens man tar hensyn til stivhetskoeffisienten (Karman) k:

Det første integralet bestemmes i forhold til aksen y, andre i forhold til aksen y s(Figur 1). Aksen til kompensatoren er tegnet på millimeterpapir i skala. All buet akselkompensator L delt opp i mange seksjoner ∆s i. Avstand fra sentrum av segmentet til aksen y jeg målt med linjal.

Stivhetsfaktor 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: - karakteristisk for svingen.

Her: R- bøyeradius.

; (7)

hvor: α - tilbaketrekningsvinkel (i grader).

For sveisede og kortbuede stemplede bøyninger foreslår kilden å bruke andre avhengigheter for å bestemme k:

hvor: - bøyekarakteristikk for sveisede og stansede bend.

Her: - ekvivalent radius av den sveisede bøyen.

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

Det skal bemerkes at i koeffisient k ≤ 1.

Reguleringsdokument RD 10-400-01 gir følgende prosedyre for å bestemme fleksibilitetskoeffisienten K r *:

hvor K r- 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.

Verdi K p bestemmes av formelen:

, (10)

hvor .

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

, (11)

Det kan bevises at koeffisienten av fleksibilitet K r * vil være større enn én, derfor, når man bestemmer den reduserte lengden på kranen i henhold til (7), er det nødvendig å ta dens gjensidige 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\u003d 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 definer som følger:

hvor: L pr- redusert lengde på kompensatorens akse,

; (13)

y s- koordinat for tyngdepunktet til kompensatoren:

Maksimalt bøyemoment M maks(gjelder øverst på kompensatoren):

; (15)

hvor H- forskyvning av kompensatoren, 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), tar hensyn til økningen i spenninger på de bøyde seksjonene.