В тепловых сетях широко применяются сальниковые, П - образные и сильфонные (волнистые) компенсаторы. Компенсаторы должны иметь достаточную компенсирующую способность для восприятия температурного удлинения участка трубопровода между неподвижными опорами, при этом максимальные напряжения в радиальных компенсаторах не должны превышать допускаемых (обычно 110 МПа).

Тепловое удлинение расчетного участка трубопровода
, мм, определяют по формуле

(81)

где
- средний коэффициент линейного расширения стали,

(для типовых расчетов можно принять
),

- расчетный перепад температур, определяемый по формуле

(82)

где - расчетная температура теплоносителя, о С;

- расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, о С;

L - расстояние между неподвижными опорами, м (см. приложение №17).

Компенсирующую способность сальниковых компенсаторов уменьшают на величину запаса - 50 мм.

Реакция сальникового компенсатора - сила трения в сальниковой набивкеопределяется по формуле

где - рабочее давление теплоносителя, МПа;

- длина слоя набивки по оси сальникового компенсатора, мм;

- наружный диаметр патрубка сальникового компенсатора, м;

- коэффициент трения набивки о металл, принимается равным 0,15.

При подборе компенсаторов их компенсирующая способность и технические параметры могут быть определены по приложению.

Осевая реакция сильфонных компенсаторов складывается из двух слагаемых:

(84)

где - осевая реакция, вызываемая деформацией волн, определяемая по формуле

(85)

здесь l - температурное удлинение участка трубопровода, м;

 - жесткость волны, Н/м, принимаемая по паспорту компенсатора;

n - количество волн (линз).

- осевая реакция от внутреннего давления, определяемая по формуле

(86)

здесь - коэффициент, зависящий от геометрических размеров и толщины стенки волны, равный в среднем 0.5 - 0.6;

D и d – соответственно наружный и внутренний диаметры волн, м;

- избыточное давление теплоносителя, Па.

При расчете самокомпенсации основной задачей является определение максимального напряженияу основания короткого плеча угла поворота трассы, которое определяют для углов поворотов 90 о поформуле

(87)

для углов более 90 о, т.е. 90+, по формуле

(88)

где l - удлинение короткого плеча, м;

l - длина короткого плеча, м;

Е - модуль продольной упругости, равный в среднем для стали 2· 10 5 МПа;

d - наружный диаметр трубы, м;

- отношение длины длинного плеча к длине короткого.

При расчетах углов на самокомпенсацию величина максимального напряжения не должна превышать [] = 80 МПа.

При расстановке неподвижных опор на углах поворотов, используемых для самокомпенсации, необходимо учитывать, что сумма длин плеч угла между опорами не должна быть более 60% от предельного расстояния для прямолинейных участков. Следует учитывать также, что максимальный угол поворота, используемый для самокомпенсации, не должен превышать 130 о.

На сегодняшний день применение компенсаторов П-образного типа или любого другого осуществляется в том случае, если вещество, проходящее через трубопровод, характеризуется температурой 200 градусов по Цельсию или выше, а также высоким давлением.

Общее описание компенсаторов

Металлические компенсаторы - это устройства, которые предназначены для того, чтобы скомпенсировать либо уравновесить влияние разнообразных факторов на работу трубопроводных систем. Другими словами, основное предназначение этого изделия - это обеспечить отсутствие повреждений трубы при транспортировке веществ по ней. Такие сети, обеспечивающие транспортировку рабочей среды, практически постоянно подвергаются таким негативным влияниям, как температурное расширение и давление, вибрации, а также оседание фундамента.

Именно для того, чтобы устранить эти дефекты, необходимо устанавливать гибкие элементы, которые стали называть компенсаторами. П-образный тип - это лишь один из многих видов, который применяется в этих целях.

Что представляют собой П-образные элементы

Сразу стоит отметить, что П-образный тип деталей - это наиболее простой вариант, который помогает решить проблему компенсации. Эта категория устройств имеет наиболее широкий диапазон применения по температурным показателям, а также по показателям давления. Для изготовления П-образных компенсаторов используется либо одна длинная труба, которую сгибают в нужных местах, либо прибегают к свариванию нескольких гнутых, крутоизогнутых или сварных отводов. Тут стоит отметить, что некоторые из трубопроводов необходимо периодически разбирать для очистки. Для таких случаев компенсаторы этого типа изготавливаются с присоединительными концами на фланцах.

Так как компенсатор П-образного типа является наиболее простой конструкцией, он имеет ряд определенных недостатков. К ним можно отнести большой расход труб для создания элемента, большие габариты, необходимость в монтаже дополнительных опор, а также наличие сварных соединений.

Требования компенсаторов и стоимость

Если рассматривать установку компенсаторов П-образного типа с точки зрения материальных средств, то наиболее невыгодным будет их монтаж в системах, имеющих большой диаметр. Расход труб и материальных средств на создание компенсатора будет слишком велик. Здесь можно сравнить данное оборудование с Действие и параметры этих элементов примерно одинаковые, а вот стоимость монтажа у П-образного примерно в два раза больше. Основная причина такого расхода денежных средств в том, что необходимо множество материалов для постройки, а также монтаж дополнительных опор.

Для того чтобы П-образный компенсатор смог полностью нейтрализовать давление на трубопровод, откуда бы оно ни исходило, необходимо монтировать такие приспособления в одной точке с разницей в 15-30 градусов. Данные параметры подходят лишь в том случае, если температура рабочего вещества внутри сети не будет превышать 180 градусов по Цельсию и не будет опускаться ниже 0. Только в этом случае и при таком монтаже устройство сможет компенсировать напряжение на трубопровод от подвижек грунта с любой точки.

Расчеты для установки

Расчет П-образного компенсатора заключается в том, чтобы выяснить, каких минимальных размеров устройства хватит на то, чтобы скомпенсировать давление на трубопровод. Для того чтобы проводить расчет, используют определенные программы, однако эту операцию можно выполнить даже через онлайн-приложения. Здесь главное - придерживаться определенных рекомендаций.

• Максимальное напряжение, которое рекомендуется принимать для спинки компенсатора, находится в пределах от 80 до 110 МПа.
• Также имеется такой показатель, как вылет компенсатора к наружному диаметру. Данный параметр рекомендуется принимать в пределах H/Dn=(10 - 40). При таких значениях необходимо учитывать, что 10Dn будет соответствовать трубопроводу с показателем 350DN, а 40Dn - трубопроводу с параметрами 15DN.
• Также при расчете П-образного компенсатора необходимо учитывать ширину устройства к его вылету. Оптимальными значениями считаются L/H=(1 - 1,5). Однако здесь допускается введение и других числовых параметров.
• Если при проведении расчета выходит так, что для данного трубопровода необходимо создавать слишком большой компенсатор этого типа, то рекомендуется подобрать другой вид устройства.

Ограничения при расчетах

Если расчеты проводит не опытный специалист, то лучше ознакомиться с некоторыми ограничениями, которые нельзя превышать при вычислениях или введении данных в программу. Для П-образного компенсатора из труб имеются следующие ограничения:

• Рабочее вещество может быть либо водой, либо паром.
• Сам по себе трубопровод должен быть выполнен только из стальной трубы.
• Максимальный температурный показатель для рабочей среды - 200 градусов по Цельсию.
• Максимальное давление, которое наблюдается в сети, не должно превышать 1,6 МПа (16 бар).
• Установка компенсатора может осуществляться лишь на горизонтальный тип трубопровода.
• Размеры П-образного компенсатора должны быть симметричными, а его плечи одинаковыми.
• Сеть трубопровода не должна испытывать дополнительных нагрузок (ветровых или любых других).

Установка устройств

Во-первых, располагать неподвижные опоры далее чем на 10DN от самого компенсатора не рекомендуется. Это обусловлено тем, что передача момента защемления опоры будет сильно снижать гибкость конструкции.

Во-вторых, настоятельно рекомендуется разбивать участки от неподвижной опоры до П-образного компенсатора одинаковой длины, на протяжении всей сети. Также здесь важно отметить, что смещение места установки приспособления от центра трубопровода к одному из его краев увеличит силу упругой деформации, а также напряжения примерно на 20-40% от тех значений, которые можно получить, если монтировать конструкцию посредине.

В-третьих, для того чтобы сильнее увеличить компенсирующую способность, используется растяжка П-образных компенсаторов. В момент установки конструкция будет испытывать изгибающуюся нагрузку, а при нагреве будет принимать ненапряженное состояние. Когда температура достигнет максимального значения, то и устройство придет снова в напряжение. На основе этого, был предложен способ растягивания. Предварительная работа заключается в том, чтобы растянуть компенсатор на величину, которая будет равна половине теплового удлинения трубопровода.

Плюсы и минусы конструкции

Если говорить в общем об этой конструкции, то можно с уверенностью сказать, что она обладает такими положительными качествами, как простота в производстве, высокая способность компенсации, отсутствие необходимости в обслуживании, усилия, которые передаются на опоры, незначительные. Однако среди явных недостатков выделяются следующие: большой расход материала и большое количество пространства, занимаемого конструкцией, высокий показатель гидравлического сопротивления.

Компенсаторы тепловых сетей. В данной статье речь пойдет о выборе и расчете компенсаторов тепловых сетей.

Для чего же нужны компенсаторы. Начнем с того, что при нагревании любой материал расширяется, а, значит трубопроводы тепловых сетей, удлиняются при повышении температуры теплоносителя проходящего в них. Для безаварийной работы тепловой сети используются компенсаторы, которые компенсируют удлинение трубопроводов при их сжатии и растяжении, во избежание защемления трубопроводов и их последующей разгерметизации.

Стоит отметить, что для возможности расширения и сжатия трубопроводов проектируются не только компенсаторы, но и система опор, которые, в свою очередь, могут быть как "скользящими" так и "мертвыми". Как правило,в России регулирование тепловой нагрузки качественное - то есть, при изменении температуры окружающей среды, температура на выходе из источника теплоснабжения изменяется. За счет качественного регулирования подачи тепла - количество циклов расширения- сжатия трубопроводов увеличивается. Ресурс трубопроводов снижается, опасность защемления - возрастает. Количественное регулирование нагрузки заключается в следующем - температура на выходе из источника теплоснабжения постоянна. При необходимости изменения тепловой нагрузки - изменяется расход теплоносителя. В этом случае, металл трубопроводов тепловой сети работает в более легких условиях, циклов расширения- сжатия минимальное количество, тем самым увеличивается ресурс трубопроводов тепловой сети. Следовательно, прежде чем выбирать компенсаторы, их характеристики и количество нужно определиться с величиной расширения трубопровода.

Формула 1:

δL=L1*a*(T2-T1)где

δL - величина удлинения трубопровода,

мL1 - длина прямого участка трубопровода (расстояние между неподвижными опорами),

мa - коэффициент линейного расширения (для железа равен 0,000012), м/град.

Т1 - максимальная температура трубопровода (принимается максимальная температура теплоносителя),

Т2 - минимальная температура трубопровода (можно принять минимальная температура окружающей среды), °С

Для примера рассмотрим решение элементарной задачи по определению величины удлинения трубопровода.

Задача 1. Определить на сколько увеличится длина прямого участка трубопровода длиной 150 метров, при условии что температура теплоносителя 150 °С, а температура окружающей среды в отопительный период -40 °С.

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

Ответ: на 0,342 метра увеличится длина трубопровода.

После определения величины удлинения, следует четко понимать когда нужен а когда не нужен компенсатор. Для однозначного ответа на данный вопрос нужно иметь четкую схему трубопровода, с ее линейными размерами и нанесенными на нее опорами. Следует четко понимать, изменение направления трубопровода способно компенсировать удлинения, другими словами поворот с габаритными размерами не менее размеров компенсатора, при правильной расстановке опор, способен компенсировать тоже удлинение,что и компенсатор.

И так, после того, как мы определии величину удлинения трубопровода можно переходить к подбору компенсаторов, необходимо знать, что каждый компенсатор имеет основную характеристику - это величину компенсации. Фактически выбор количества компенсаторов сводится к выбору типа и конструктивных особенностей компенсаторов.Для выбора типа компенсатора необходимо определить диаметр трубы тепловой сети исходя из пропускной способности труби необходимой мощности потребителя тепла.

Таблица 1. Соотношение П- образных компенсаторов изготовленных из отводов.

Таблица 2. Выбор количества П- образных компенсаторов из расчета их компенсирующей способности.

Задача 2 Определение количества и размеры компенсаторов.

Для трубопровода диаметром Ду 100 с длиной прямого участка 150 метров, при условии, что температура носителя 150 °С, а температура окружающей среды в отопительный период -40 °С определить количество компенсаторов.бL=0,342 м (см. Задача 1).По Таблице 1 и Таблице 2 определяемся с размерами п образных компенсаторов (с размерами 2х2 м может компенсировать 0,134 метра удлинения трубопровода) , нам нужно компенсировать 0,342 метра, следовательно Nкомп=бL/∂х=0,342/0,134=2,55 , округляем до ближайшего целого числа в сторону увеличения и того - требуется 3 компенсатора размерами 2х4 метра.

В настоящее время все большее распространение получают линзовые компенсаторы, они значительно компактнее п - образных, однако, ряд ограничений не всегда позволяет их использование. Ресурс п- образного компенсатора значительно выше чем линзового, из-за плохого качество теплоносителя. Нижняя часть линзового компенсатора как правило "забивается" шламом, что способствует развитию стояночной коррозии металла компенсатора.

Здравствуйте! При нагревании трубопроводы системы теплоснабжения имеют свойство удлиняться. И то, насколько они увеличатся по длине, будет зависеть от их начальных габаритов, от материала, из которого они изготовлены, и температуры вещества, транспортируемого по трубопроводу. В потенциале изменение линейных размеров трубопроводов может привести к разрушению резьбовых, фланцевых, сварных соединений, повреждению иных элементов. Разумеется, при конструировании трубопроводов учитывается то, что они удлиняются при нагревании и укорачиваются при наступлении низких температур.

Самокомпенсация теплотрасс и дополнительные компенсирующие элементы

Существует в сфере теплоснабжения такое явление, как самокомпенсация. Под этим понимается способность трубопровода самостоятельно, без помощи специальных устройств и приспособлений, компенсировать те изменения размеров, которые происходят в результате теплового воздействия, за счёт упругости металла и геометрической формы. Самокомпенсация возможна только при наличии в трубопроводной системе изгибов либо поворотов. Но не всегда при проектировании и монтаже имеется возможность для создания большого количества таких «естественных» компенсаторных механизмов. В таких случаях актуально подумать над созданием и установкой дополнительных компенсаторов. Они бывают следующих типов:

П-образные;

линзовые;

сальниковые;

волнистые.

Способы изготовления П-образных компенсаторов

В данной статье мы подробно поговорим о П-образных компенсаторах, которые на сегодняшний день являются самыми распространёнными. Данные изделия, покрытые полиэтиленовыми оболочками, можно применять на технологических трубопроводах всех типов. По сути, они являются одним из методов самокомпенсации - на коротком отрезке создаётся несколько изгибов в виде буквы «П», а затем трубопровод продолжает идти по прямой. Такие П-образные конструкции делаются из цельных изогнутых труб, из отрезков труб или отводов, которые сваривают между собой. То есть изготавливают их из того же самого материала, из той же марки стали, что и трубы.

Экономичней всего гнуть компенсаторы из одной цельной трубы. Но если общая длина изделия составляет более 9 метров, то их следует изготовлять из двух, трёх или семи частей.

В случае, если компенсатор нужно изготовить из двух составных частей, то шов располагается на так называемом вылете.

Трёхчастная конструкция предполагает, что гнутую «спинку» изделия будут создавать из цельного куска трубы, а потом к ней приварят два прямых отвода.

Когда частей предполагается семь, то четыре из них должны быть коленцами, а остальные три - патрубками.

Важно помнить и то, что радиус сгиба отводов при заготовке компенсаторов из прямых частей должен быть равен четырём наружным диаметрам трубы. Это можно выразить следующей несложной формулой: R=4D.

Из скольких бы частей не изготавливался описываемый компенсатор, сварной шов всегда желательно располагать на прямом участке отвода, который будет равен диаметру трубы (но не менее 10 сантиметров). Впрочем, бывают ещё и крутозагнутые отводы, где прямые элементы отсутствуют вовсе - в таком случае можно отойти от вышеуказанного правила.

Достоинства и недостатки рассматриваемых изделий

Компенсаторы данного типа специалисты рекомендуют применять для трубопроводов небольшого диаметра - до 600 миллиметров. Участки в виде больших букв «П» на данных трубопроводах при возникновении каких-либо колебаний эффективно гасят их за счёт изменения своего положения по продольной оси. Это как бы не позволяет колебаниям «продвигаться» по теплотрассе дальше. В трубопроводах, требующих разбора для того, чтобы произвести очистку, П-образные компенсаторы дополнительно снабжают присоединительными деталями на фланцах.

П-образные изделия хороши тем, что они не нуждаются в контроле в период эксплуатации. Это их отличает от изделий сальникового типа, для обслуживания которых нужны специальные камеры ответвлений. Однако для обустройства П-образных компенсаторов требуется некоторое пространство, а в плотно застроенном городе оно находится не всегда.

У рассматриваемых компенсаторов, разумеется, есть не только достоинства, но и недостатки. Самый очевидный из них такой – для изготовления компенсаторов дополнительно расходуются трубы, а они стоят денег. Кроме того, установка данных компенсаторов ведёт к тому, что увеличивается общее сопротивление движению жидкости-теплоносителя. Плюс ко всему такие компенсаторы отличают значительные размеры, и потребность в специальных опорах.

Расчёты для П-образных компенсаторов

В России по-прежнему не стандартизированы параметры для П-образных компенсаторов. Их производят в соответствии с нуждами проекта и по тем данным, которые в этом проекте прописываются (тип, размеры, диаметр, материал и т. д.). Но всё-таки определять габариты П-образного компенсатора наобум, конечно, не следует. Специальные расчёты помогут узнать те габариты компенсатора, которые окажутся достаточными для компенсации деформаций теплотрассы из-за температурных перепадов.

При подобных расчётах, как правило, принимаются следующие условия:

трубопровод изготовлен из стальных труб;

по нему течёт вода либо пар;

давление внутри трубопровода не превышает 16 бар;

температура рабочей среды не более 2000 градусов по Цельсию

компенсаторы симметричны, длина одного плеча строго равна длине второго плеча;

трубопровод находится в горизонтальном положении;

на трубопровод не действует давление ветра и прочие нагрузки.

Как мы видим, здесь берутся идеальные условия, что, разумеется, делает конечные цифры весьма условными и приблизительными. Но такие расчёт всё равно позволяют снизить риск повреждений трубопровода при эксплуатации.

И ещё одно важное дополнение. При расчётах изменения трубопровода под воздействием тепла за основу берётся наибольшая температура перемещаемой воды или пара, а температура окружающей среды, наоборот, выставляется минимальная.

Сборка компенсаторов

Собирать компенсаторы необходимо на стенде или на абсолютно ровной твёрдой площадке, на которой удобно будет производить сварочные работы и подгонку. Начиная работы, нужно точно нанести ось будущего П- участка и установить контрольные маячки для элементов компенсатора.

После изготовления компенсаторов нужно также проверить их размеры - отклонение от намеченных линий должно не превышать четырёх миллиметров.

Место для П-образных компенсаторов обычно выбирается с правой стороны теплопровода (если смотреть от источника тепла к конечному пункту). Если же справа нет необходимого пространства, то возможно (но лишь в качестве исключения) устроить вылет для компенсатора слева, не меняя в целом расчётные габариты. При таком решении с внешней стороны будет находиться обратный трубопровод, и размеры его окажутся чуть больше тех, что требовались согласно предварительным вычислениям.

Пуск теплоносителя всегда создаёт в трубах из металлов значительное напряжение. Чтобы справиться с ним, П-образный компенсатор в процессе монтажа следует растянуть по максимуму – это увеличит его эффективность. Растяжку делают после установки и фиксации опор с обеих сторон от компенсатора. Трубопровод при растяжке в зонах его приваривания к опорам должен оставаться строго неподвижным. П-образные компенсаторы сегодня растягивают при помощи талей, домкратов и прочих подобных приспособлений. Величину предварительной растяжки компенсирующего элемента (или величину его сжатия) следует обязательно указать в паспорте на теплотрассу и проектных документах.

Если планируется расположение П-образных элементов группами на нескольких трубопроводах, идущих параллельно, то растяжку заменяют такой процедурой, как натяжка труб в «холодном» состоянии. Подобный вариант предполагает и особый порядок проведения монтажных процедур. В данном случае компенсатор прежде всего следует установить на опоры и сварить стыки.

Но при этом в одном из стыков должен остаться зазор, который будет соответствовать заданной растяжке П-компенсатора. Для того, чтобы избежать снижения компенсационной способности изделия и предотвратить перекосы, для натяжения следует воспользоваться стыком, который будет находиться от оси симметрии компенсатора на расстоянии от 20 до 40 трубных диаметров.

Установка опор

Особо стоит сказать об установке опор для П-компенсаторов. Их необходимо смонтировать так, чтобы трубопровод перемещался лишь вдоль продольной оси и никак иначе. В таком случае компенсатор примет на себя все возникающие продольные колебания.

Сегодня для одного П-компенсатора необходимо устанавливать не менее трёх качественных опор. Две из них следует располагать под теми участками компенсатора, которые состыкуются с основным трубопроводом (то есть под двумя вертикальными палочками буквы «П»). Допустимо также монтировать опоры на самом трубопроводе поблизости от компенсатора. Причём между краем опоры и сварным стыком должно быть хотя бы на полметра. Ещё одна опора создаётся под спинкой компенсатора (горизонтальной палочкой в букве «П»), как правило, на особой подвеске.

Если теплотрасса имеет уклон, то боковые части П-образных элементов должны располагаться строго по уровню (то бишь уклон должен соблюдаться). В большинстве случаев компенсаторы в виде буквы «П» устанавливаются горизонтально. Если же компенсатор устанавливается в вертикальном положении внизу обязательно должна быть организована соответствующая дренажная система.

Какие данные о компенсаторах нужно занести в паспорт теплотрассы?

По окончании монтажа П-образного компенсатора в паспорт теплопровода вносятся такие сведения:

технические параметры компенсатора, предприятие-изготовитель и год производства;

расстояние меж опорами, производимая компенсация и величина растяжения;

температура окружающей атмосферы в период, когда проводились работы, и дата установки.

Что касается, например, компенсирующей способности П-образного изделия, то она имеет чёткую зависимость от ширины, от радиуса изгибов и вылета.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет П-образных компенсаторов

к. т. н. С.Б. Горунович,

рук. конструкторской группы Усть-Илимской ТЭЦ

Для компенсации тепловых расширений наибольшее распространение в тепловых сетях и на электростанциях находят П-образные компенсаторы. Несмотря на свои многочисленные недостатки, среди которых можно выделить: сравнительно большие габариты (необходимость устройства компенсаторных ниш в теплосетях с канальной прокладкой), значительные гидравлические потери (по сравнению с сальниковыми и сильфонными); П-образные компенсаторы имеют и ряд достоинств.

Из достоинств можно прежде всего выделить простоту и надежность. Кроме того, этот тип компенсаторов наиболее хорошо изучен и описан в учебно-методической и справочной литературе. Несмотря на это, часто у молодых инженеров, не имеющих специализированных программ, расчет компенсаторов вызывает затруднения. Связано это прежде всего с достаточно сложной теорией, с наличием большого количества поправочных коэффициентов и, к сожалению, с наличием опечаток и неточностей в некоторых источниках.

Ниже проведен подробный анализ процедуры расчета П-образного компенсатора по двум основным источникам , , целью которого являлось выявление возможных опечаток и неточностей, а так же сравнение результатов.

Типовой расчет компенсаторов (рис.1, а)), предлагаемый большинством авторов ч, предполагает процедуру, в основе которой лежит использование теоремы Кастилиано:

где: U - потенциальная энергия деформации компенсатора, Е - модуль упругости материала трубы, J - осевой момент инерции сечения компенсатора (трубы),

где: s - толщина стенки отвода,

D н - внешний диаметр отвода;

М - изгибающий момент в сечении компенсатора. Здесь (из условия равновесия, рис.1 а)):

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

L - полная длина компенсатора, J x - осевой момент инерции компенсатора, J xy - центробежный момент инерции компенсатора, S x - статический момент компенсатора.

Для упрощения решения оси координат переносят в упругий цент тяжести (новые оси Xs , Ys ), тогда:

S x = 0, J xy = 0.

Из (1) получим силу упругого отпора P x :

Перемещение можно трактовать как компенсирующую способность компенсатора:

где: б t - коэффициент линейного температурного расширения, (1,2х10 -5 1/град для углеродистых сталей);

t н - начальная температура (средняя температура наиболее холодной пятидневки за последние 20 лет);

t к - конечная температура (максимальная температура теплоносителя);

L уч - длина компенсируемого участка.

Анализируя формулу (3), можно прийти к выводу, что наибольшее затруднение вызывает определение момента инерции J xs , тем более, что предварительно необходимо определиться с центром тяжести компенсатора (с y s ). Автор резонно предлагает использовать приближенный, графический метод определения J xs , при этом учитывая коэффициент жесткости (Кармана) k :

Первый интеграл определяем относительно оси y , второй относительно оси y s (рис.1). Ось компенсатора вычерчивается на милиметровой бумаге в масштабе. Вся кривая ось компенсатора L разбивается на множество отрезков Дs i . Расстояние от центра отрезка до оси y i измеряется линейкой.

Коэффициент жесткости (Кармана) призван отобразить экспериментально доказанный эффект местного сплющивания поперечного сечения отводов при изгибе, что увеличивает их компенсирующую способность. В нормативном документе коэффициент Кармана определяется по эмпирическим формулам, отличным от приведенных в , . Коэффициент жесткости k используется для определения приведенной длины L прД дугового элемента, которая всегда больше его фактической длины l г . В источнике коэффициент Кармана для гнутых отводов:

где: л - характеристика гиба.

Здесь: R - радиус отвода.

где: б - угол отвода (в градусах).

Для сварных и короткозагнутых штампованных отводов источник предлагает воспользоваться другими зависимостями для определения k :

где: h - характеристика гиба для сварных и штампованных отводов.

Здесь: R э - эквивалентный радиус сварного отвода.

Для отводов из трех и четырех секторов б=15 град, для прямоугольного двухсекторного отвода предлагается принять б = 11 град.

Следует отметить, что в , коэффициент k ? 1.

Нормативный документ РД 10-400-01 предусматривает следующую процедуру определения коэффициента гибкости К р * :

где К р - коэффициент гибкости без учета стесненности деформации концов изогнутого участка трубопровода; о - коэффициент, учитывающий стесненность деформации на концах изогнутого участка.

При этом если, то коэффициент гибкости принимают равным 1,0.

Величина К p определяется по формуле:

Здесь P - избыточное внутреннее давление, МПа; E t - модуль упругости материала при рабочей температуре, МПа.

Можно доказать, что по коэффициент гибкости К р * будет больше единицы, следовательно, при определении приведенной длины отвода по (7) необходимо брать его обратную величину.

Для сравнения определим гибкость некоторых стандартных отводов по ОСТ 34-42-699-85, при избыточном давлении Р =2,2 МПа и модуле Е t =2х 10 5 МПа. Результаты сведем в таблицу ниже (табл. №1).

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что процедура определения коэффициента гибкости по РД 10-400-01 дает более "строгий" результат (меньшую гибкость отвода), при этом дополнительно учитывает избыточное давление в трубопроводе и модуль упругости материала.

Момент инерции П-образного компенсатора (рис.1 б)) относительно новой оси y s J xs определяем следующим образом :

где: L пр - приведенная длина оси компенсатора,

y s - координата центра тяжести компенсатора:

Максимальный изгибающий момент М макс (действует вверху компенсатора):

где Н - вылет компенсатора, согласно рис.1 б):

Н=(m + 2)R .

Максимальное напряжение в сечении стенки трубы определяется по формуле:

где: m 1 - коррекционный коэффициент (коэффициент запаса), учитывающий увеличение напряжений на гнутых участках.

Для гнутых отводов, (17)

Для сварных отводов. (18)

W - момент сопротивления сечения отвода:

Допускаемое напряжение (160 МПа для компенсаторов из сталей 10Г 2С, Ст 3сп; 120 МПа для сталей 10, 20, Ст 2сп).

Хочется сразу отметить, что коэффициент запаса (коррекционный) довольно высок и растет с увеличением диаметра трубопровода. Например для отвода 90° - 159x6 ОСТ 34-42-699-85 m 1 ? 2,6; для отвода 90° - 630x12 ОСТ 34-42-699-85 m 1 = 4,125.

Рис.2. Расчетная схема компенсатора по РД 10-400-01.

В руководящем документе расчет участка с П-образным компенсатором, см. рис.2, производится по итерационной процедуре:

Здесь задаются расстояния от оси компенсатора до неподвижных опор L 1 и L 2 спинка В и определяется вылет Н. В процессе итераций в обоих уравнениях следует добиваться, чтобы стало равным; из пары значений берется наибольшее = l 2 . Затем определяется искомый вылет компенсатора Н:

В уравнениях представлены геометрические компоненты, см. рис.2:

Компоненты сил упругого отпора, 1/м 2:

Моменты инерции относительно центральных осей x, y.

Параметр прочности A, м :

[у ск ] - допускаемое компенсационное напряжение,

Допускаемое компенсационное напряжение [у ск ] для трубопроводов, расположенных в горизонтальной плоскости определяется по формуле:

для трубопроводов, расположенных в вертикальной плоскости по формуле:

где: - номинальное допускаемое напряжение при рабочей температуре (для стали 10Г 2С - 165 МПа при 100°?t?200°, для стали 20 - 140 МПа при 100°?t?200°).

D - внутренний диаметр,

Хочется отметить, что авторам не удалось избежать опечаток и неточностей. Если использовать коэффициент гибкости К р * (9) в формулах для определения приведенной длины l пр (25), координат центральных осей и моментов инерции (26), (27), (29), (30), то получится заниженный (некорректный) результат, так, как коэффициент гибкости К р * по (9) больше единицы и должен на длину гнутых отводов умножаться. Приведенная длина гнутых отводов всегда больше их фактической длины (по (7)), только тогда они обретут дополнительную гибкость и компенсационную способность.

Следовательно, чтобы скорректировать процедуру определения геометрических характеристик по (25) ч (30) необходимо использовать обратную величину К р *:

К р *=1/ К р *.

В расчетной схеме рис.2 опоры компенсатора - неподвижные ("крестиками" принято обозначать неподвижные опоры (ГОСТ 21.205-93)). Это может подвигнуть "расчетчика" отсчитывать расстояния L 1 , L 2 от неподвижных опор, то есть учитывать длину всего компенсационного участка. На практике поперечные перемещения скользящих, (подвижных) опор соседнего участка трубопровода часто ограничены; от этих подвижных, но ограниченных по поперечному перемещению опор и следует отсчитывать расстояния L 1 , L 2 . Если не ограничивать поперечные перемещения трубопровода по всей длине от неподвижной до неподвижной опоры возникает опасность схода с опор участков трубопровода, ближайших к компенсатору. Для иллюстрации данного факта на рис.3 приведены результаты расчета на температурную компенсацию участка магистрального трубопровода Ду 800 из стали 17Г 2С длиной 200 м, перепад температур от - 46 С° до 180 С° в программе MSC Nastran. Максимальное поперечное перемещение центральной точки компенсатора - 1,645 м. Дополнительную опасность схода с опор трубопровода представляют также возможные гидроудары. Поэтому решение о длинах L 1 , L 2 следует принимать с осторожностью.

Рис.3. Результаты расчета компенсационных напряжений на участке трубопровода Ду 800 с П-образным компенсатором программным комплексом MSC/Nastran (МПа).

Не совсем понятно происхождение первого уравнения в (20). Тем более, что по размерности оно не является корректным. Ведь в скобках под знаком модуля складываются величины Р х и P y (l 4 +…) .

Корректность второго уравнения в (20) можно доказать следующим образом:

для того, чтобы, необходимо, чтобы:

Это действительно так, если положить

Для частного случая L 1 =L 2 , Р y =0 , используя (3), (4), (15), (19), можно прийти к (36). Важно учесть, что в системе обозначений в y = y s .

Для практических расчетов я бы использовал второе уравнение в (20) в более привычной и удобной форме:

где А 1 =А[у ск ].

В частном случае когда L 1 =L 2 , Р y =0 (симметричный компенсатор):

Очевидными достоинствами методики по сравнению с является ее большая универсальность. Компенсатор рис.2 может быть несимметричным; нормативность позволяет проводить расчеты компенсаторов не только теплосетей, но и ответственных трубопроводов высокого давления, находящихся в реестре РосТехНадзора.

Проведем сравнительный анализ результатов расчета П-образных компенсаторов по методикам , . Зададимся следующими исходными данными:

а) для всех компенсаторов: материал - Сталь 20; Р=2,0 МПа; Е t =2х 10 5 МПа; t?200°; нагружение - предварительная растяжка; отводы гнутые по ОСТ 34-42-699-85; компенсаторы расположены горизонтально, из труб с мех. обработкой;

б) расчетная схема с геометрическими обозначениями по рис.4;

Рис.4. Расчетная схема к сравнительному анализу.

в) типоразмеры компенсаторов сведем в таблицу №2 вместе с результатами расчетов.

	Отводы и трубы компенсатора, D н Ч s, мм	Типоразмер, см. рис.4	Предварительная растяжка, м	Максимальное напряжение, МПа	Допускаемое напряжение, МПа
							cогласно	cогласно	cогласно	cогласно

Выводы

компенсатор тепловой трубопровод напряжение

Анализируя результаты расчетов по двум разным методикам: справочной - и нормативной - , можно прийти к выводу, что не смотря на то, что обе методики основываются на одной и той же теории, разница в результатах весьма значительная. Выбранные типоразмеры компенсаторов "проходят с запасом" если рассчитываются по и не проходят по допускаемым напряжениям, если рассчитываются по . Наиболее существенное влияние на результат по производит коррекционный коэффициент m 1 , который увеличивает рассчитанное по формуле напряжение в 2 и более раз. Например, для компенсатора в последней строчке табл.№2 (из трубы 530Ч12) коэффициент m 1 ? 4,2.

Оказывает влияние на результат и величина допускаемого напряжения, которая по для стали 20 существенно ниже.

В целом, не смотря на большую простоту, что связано с наличием меньшего количества коэффициентов и формул, методика оказывается значительно более строгой, особенно в части трубопроводов большого диаметра.

В практических целях при расчете П-образных компенсаторов для теплосетей, я бы рекомендовал "смешанную" тактику. Коэффициент гибкости (Кармана) и допускаемое напряжение следует определять по нормативу , т. е: k=1/ К р * и далее по формулам (9)ч(11); [у ск ] - по формулам (34), (35) с учетом РД 10-249-88. "Тело" методики следует использовать по , но без учета коррекционного коэффициента m 1 , т. е:

где М макс определять по (15) ч (12).

Возможной ассиметрией компенсатора, что учитывается в можно пренебречь, т. к. на практике при прокладке теплосетей подвижные опоры устанавливаются достаточно часто, ассиметрия носит случайный характер и значительное влияние на результат по не оказывает.

Расстояние b можно отсчитывать не от ближайших соседних скользящих опор, а принять решение об ограничении поперечных перемещений уже на второй или на третьей скользящей опоре, если отсчитывать от оси компенсатора.

Используя данную "тактику" расчетчик "убивает сразу двух зайцев": а) строго следует нормативной документации, т. к. "тело" методики есть частный случай . Доказательство приведено выше; б) упрощает расчет.

К этому можно добавить немаловажный фактор экономии: ведь чтобы подобрать компенсатор из трубы 530Ч12, см. табл. №2, по справочнику, расчетчику будет необходимо будет увеличить его габариты как минимум в 2 раза, согласно же действующему нормативу настоящий компенсатор можно еще и уменьшить в полтора раза.

Литература

1. Елизаров Д.П. Теплоэнергетические установки электростанций. - М.: Энергоиздат, 1982.

2. Водяные тепловые сети: Справочное пособие по проектированию/ И.В. Беляйкина, В.П. Витальев, Н.К. Громов и др., Под ред. Н.К. Громова, Е.П. Шубина. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

3. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. - М.: Энергоиздат, 1982.

4. Нормы расчета на прочность трубопроводов тепловых сетей (РД 10-400-01).

5. Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды (РД 10-249-98).

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Расчет затрат тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Определение диаметра трубопровода, числа компенсаторов, потерь напора в местных сопротивлениях, потерь напора по длине трубопровода. Выбор толщины теплоизоляции теплопровода.

контрольная работа , добавлен 25.01.2013


Определение величин тепловых нагрузок района и годового расхода теплоты. Выбор тепловой мощности источника. Гидравлический расчет тепловой сети, подбор сетевых и подпиточных насосов. Расчет тепловых потерь, паровой сети, компенсаторов и усилий на опоры.

курсовая работа , добавлен 11.07.2012


Способы компенсации реактивной мощности в электрических сетях. Применение батарей статических конденсаторов. Автоматические регуляторы знакопеременного возбуждения синхронных компенсаторов с поперечной обмоткой ротора. Программирование интерфейса СК.

дипломная работа , добавлен 09.03.2012


Основные принципы компенсации реактивной мощности. Оценка влияния преобразовательных установок на сети промышленного электроснабжения. Разработка алгоритма функционирования, структурной и принципиальной схем тиристорных компенсаторов реактивной мощности.

дипломная работа , добавлен 24.11.2010


Определение тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Построение температурного графика регулирования тепловой нагрузки на отопление. Расчёт компенсаторов и тепловой изоляции, магистральных теплопроводов двухтрубной водяной сети.

курсовая работа , добавлен 22.10.2013


Расчет простого трубопровода, методика применения уравнения Бернулли. Определение диаметра трубопровода. Кавитационный расчет всасывающей линии. Определение максимальной высоты подъема и максимального расхода жидкости. Схема центробежного насоса.

презентация , добавлен 29.01.2014


Конструкторский расчет вертикального подогревателя низкого давления с пучком U–образных латунных труб диаметром d=160,75 мм. Определение поверхности теплообмена и геометрических параметров пучка. Гидравлическое сопротивление внутритрубного тракта.

контрольная работа , добавлен 18.08.2013


Максимальный расход через гидравлическую трассу. Значения кинематической вязкости, эквивалентной шероховатости и площади проходного сечения труб. Предварительная оценка режима движения жидкости на входном участке трубопровода. Расчет коэффициентов трения.

курсовая работа , добавлен 26.08.2012


Применение в системах электроснабжения устройств автоматики энергосистем: синхронных компенсаторов и электродвигателей, регуляторов частоты вращения. Расчет токов короткого замыкания; защиты питающей линии электропередач, трансформаторов и двигателей.

курсовая работа , добавлен 23.11.2012


Определение наружного диаметра изоляции стального трубопровода с установленной температурой внешней поверхности, температуры линейного коэффициента теплопередачи от воды к воздуху; потери теплоты с 1 м трубопровода. Анализ пригодности изоляции.