Рассчитать п образный компенсатор. Расчеты для установки

Расчет компенсаторов

Неподвижное закрепление трубопроводов производят для предупреждения самопроизвольного его смещения при удлинениях. Но при отсутствии устройств, воспринимающих удлинения трубопроводов между неподвижными закреплениями, возникают большие напряжения, способные деформировать и разрушать трубы. Компенсация удлинений труб производится различными устройствами, принцип действия которых можно разделить на две группы: 1) радиальные или гибкие устройства, воспринимающие удлинения теплопроводов изгибом (плоских) или кручением (пространственных) криволинейных участков труб или изгибом специальных эластичных вставок различной формы; 2) осевые устройства скользящего и упругого типов, в которых удлинения воспринимаются телескопическим перемещением труб или сжатием пружинящих вставок.

Гибкие компенсирующие устройства самые распространенные. Наиболее простая компенсация достигается естественной гибкостью поворотов самого трубопровода, изогнутого под углом не более 150°.

Для естественной компенсации могут быть использованы подъемы и опуски труб, но естественная компенсация не всегда может быть предусмотрена. К устройству искусственных компенсаторов следует обращаться лишь после использования всех возможностей естественной компенсации.

На прямолинейных участках компенсация удлинений труб решается специальными гибкими компенсаторами различной конфигурации. Лирообразные компенсаторы, особенно со складками, из всех гибких компенсаторов обладают наибольшей эластичностью, но вследствие усиленной коррозии металла в складках и повышенного гидравлического сопротивления применяются редко. Более распространены П-образные компенсаторы со сварными и гладкими коленами; П-образные компенсаторы со складками, как и лирообразные, по указанным выше причинам применяются реже.

Достоинством гибких компенсаторов является то, что они не нуждаются в обслуживании и для их укладки в нишах не требуется сооружение камер. Кроме того, гибкие компенсаторы передают на неподвижные опоры только реакции распоров. К недостаткам гибких компенсаторов относятся: повышенное гидравлическое сопротивление, увеличенный расход труб, большие габариты, затрудняющие их применение в городских прокладках при насыщенности трассы городскими подземными коммуникациями.

Линзовые компенсаторы относятся к осевым компенсаторам упругого типа. Компенсатор собирается на сварке из полулинз, изготовленных штамповкой из тонколистовых высокопрочных сталей. Компенсирующая способность одной полулинзы составляет 5--6 мм. В конструкции компенсатора допускается объединять 3--4 линзы, большее число нежелательно из-за потери упругости и выпучивания линз. Каждая линза допускает угловое перемещение труб до 2--3°, поэтому линзовые компенсаторы можно использовать при прокладке сетей на подвесных опорах, создающих большие перекосы труб.

Осевая компенсация скользящего типа создается сальниковыми компенсаторами. К настоящему времени устаревшие чугунные литые конструкции на фланцевых соединениях повсеместно вытеснены легкой, прочной и простой в изготовлении стальной сварной конструкцией, показанной на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2. Бесфланцевый односторонний сварной сальниковый компенсатор: 1- нажимной фланец; 2 - грундбукса; 3 - сальниковая набивка; 4- контрбукса; 5 - стакан; 6 - корпус; 7 - переход диаметров

Компенсация температурных удлинителей трубопроводов назначается при средней температуре теплоносителя более +50°С. Тепловые перемещения теплопроводов обусловлены линейным удлинением труб при нагревании.

Для безаварийной работы тепловых сетей необходимо, чтобы компенсирующие устройства были рассчитаны на максимальные удлинения трубопроводов. Исходя из этого при расчете удлинений температура теплоносителя принимается максимальной, а температура окружающей среды -- минимальной и равной: 1) расчетной температуре наружного воздуха при проектировании отопления -- для надземной прокладки сетей на открытом воздухе; 2) расчетной температуре воздуха в канале -- для канальной прокладки сетей; 3) температуре грунта на глубине заложения бесканальных теплопроводов при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления.

Проведем расчет П-образного компенсатора, который расположен между двумя неподвижными опорами, на участке 2 тепловой сети с длиной 62,5 м и диаметрами трубы: 194х5 мм.

Рисунок 5.3 схема П-образного компенсатора

Определим тепловое удлинение трубопровода по формуле:

где б - коэффициент линейного удлинения стальных труб принимается в зависимости от температуры, в среднем б =1,2?10 -5 м/?С; t - температура теплоносителя, ?С; t 0 = -28 ?С - температура окружающей среды.

С учетом предварительно растяжки по полному удлинению на 50%:

Графическим методом зная тепловое удлинение, диаметр трубы определяем по номограмме длину плеча П-образного компенсатора, которая равняется 2,4 м.

Программа предназначена для быстрой оценки компенсирующей способности отдельных участков трубопроводной трассы, проверки толщины стенки, расчета расстояний между опорами. Рассчитываются трубопроводы надземной, канальной и бесканальной (в грунте) прокладки.

Начните прямо сейчас

Начать работу с программой очень просто.

Для работы в системе необходимо зарегистрироваться с помощью адреса своей электронной почты. После подтверждения адреса вы сможете с ним входить в систему.

Ваши данные хранятся на сервере и доступны вам в любое время. Обмен с сервером производится по защищенному протоколу.

Расчеты производятся на сервере, скорость их выполнения не зависит от производительности вашего устройства.

Расчетное ядро

Для расчетов используется ядро программного комплекса СТАРТ.

Расчетное ядро обновляется одновременно с выпусками новых версий СТАРТ.

С помощью StartExpress можно определить:

компенсирующую способность поворотов Г-, Z-образной формы и П-образных компенсаторов при прокладке трубопроводов над землей и в подземных каналах;
компенсирующую способность поворотов Г-, Z-образной формы и П-образных компенсаторов при бесканальной прокладке трубопроводов в грунте;
толщину стенки или предельное давление для труб согласно выбранному нормативному документу;
расстояния между промежуточными опорами трубопровода из условий прочности и жесткости;

Расчет поворотов Г-, Z-образной формы и П-образных компенсаторов при прокладке трубопроводов над землей и в подземных каналах осуществляется для участков, расположенных между двумя неподвижными (мертвыми) опорами. При известном расстоянии между неподвижными опорами определяется требуемый вылет для П-образного компенсатора, Z-образного поворота и короткое плечо для Г-образного поворота, исходя из допускаемых компенсационных напряжений. Это избавляет проектировщиков от необходимости пользоваться устаревшими номограммами для Г-, Z- и П-образных участков.

Расчет поворотов Г-, Z-образной формы и П-образных компенсаторов при бесканальной прокладке трубопроводов в грунте позволяет по заданному вылету для П-образного компенсатора или Z-образного поворота и длине короткого плеча Г-образного поворота определить допустимое расстояние между неподвижными опорами, то есть ту длину участка защемленного в грунте трубопровода, которая может быть скомпенсирована при заданном температурном перепаде. Рассматриваются П-образные компенсаторы и повороты Г-, Z-образной формы с произвольными углами. Для тех же трубопроводных участков можно выполнить проверочный расчет – при заданных габаритах определить напряжения, перемещения и нагрузки на неподвижные опоры.

В настоящий момент пользователю доступны два вида элементов:

Прямые участки трубопровода. Поверочный расчет и подбор толщины стенки, расчет длины пролетов.
Трубные компенсаторы различной конфигурации (Г,Z,П-образные) и расположения (вертикальный и горизонтальный наземной прокладки, подземной канальной прокладки, подземной в грунте). Поверочный расчет и подбор параметров компенсатора.

Нормативные документы, в соответствии с которыми производится расчет:

РД 10-249-98 - Трубопроводы пара и горячей воды
ГОСТ 55596-2013 - Тепловые сети
CJJ/T 81-2013 - Тепловые сети (стандарт КНР)
СНИП 2-05.06-85 - Магистральные трубопроводы
СП 36.13330.2012 - Магистральные трубопроводы
ГОСТ 32388-2013 - Технологические трубопроводы

Интерфейс пользователя

Адаптивный дизайн автоматически учитывает текущие размеры и ориентацию экрана.

Приложение оптимизировано для работы на различных устройствах - от настольного компьютера до смартфона.

Всегда под рукой, всегда последняя версия

Для работы достаточно иметь соединение с Интернет.

Ваши данные и результаты расчетов хранятся на сервере, и вы можете иметь к ним доступ везде, где бы вы ни находились.

Новые версии выходят для всех типов устройств одновременно.

Высокая скорость расчета

Скорость расчета не зависит от производительности вашего устройства.

Все расчеты выполняются на серверах, оснащенных самой последней версией ядра СТАРТ.

Число процессоров, задействованных для расчетов, изменяется динамически в зависимости от нагрузки.

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 ÷, 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:

; (4)

где: α 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 Δs i . Расстояние от центра отрезка до оси y i измеряется линейкой.

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:

; (6)

где:- характеристика гиба.

Здесь: R - радиус отвода.

; (7)

где: α - угол отвода (в градусах).

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

где:- характеристика гиба для сварных и штампованных отводов.

Здесь:- эквивалентный радиус сварного отвода.

Для отводов из трех и четырех секторов α=15 град, для прямоугольного двухсекторного отвода предлагается принять α = 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;

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

Величина К p определяется по формуле:

, (10)

где.

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

, (11)

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 =2х10 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,

; (13)

y s - координата центра тяжести компенсатора:

Максимальный изгибающий момент М макс (действует вверху компенсатора):

; (15)

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

Н=(m + 2)R .

Максимальное напряжение в сечении стенки трубы определяется по формуле:

; (16)

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

Компенсаторы или компенсационные устройства применяют при монтаже трубопроводов с высоким давлением или высокой температурой несущего вещества. При работе трубопровода возникает ряд факторов, которые необходимо учитывать, чтобы избежать разрушения несущих конструкций. К таким факторам относят температурные деформации труб, вибрации, возникающие при работе трубопровода, а также оседание фундаментов бетонных опор.

Компенсаторы предназначены для обеспечения подвижности частей системы друг относительно друга. Если не будет такой подвижности, то возрастают нагрузки на соединительные элементы, участки трубопровода, сварные швы. Эти нагрузки превышают допустимые нормы и приводят к разрушению системы.

Различают несколько видов компенсаторов, которые имеют разные принципиальные устройства. Идея разработки П-образного компенсатора появилась в результате явления самокомпенсации трубопроводов, имеющих повороты и изгибы. В процессе работы теплотрассы трубы за счет этих поворотов способны проявлять устойчивость к деформациям кручения и растяжения.

Однако рассчитывать на самокомпенсацию не приходится, так как абсолютная величина смещения зависит от количества поворотных элементов. Чтобы обеспечить возможность компенсации деформаций, на прямолинейном участке магистрали обустраивают П-образное колено, играющее роль компенсатора.

Принцип действия П-образного компенсатора

По своему устройству П-образный компенсатор считается самым простым, так как он состоит из минимального набора элементов. Именно такой минимализм позволил обеспечить широкий диапазон технических характеристик (температуры, давления). Изготавливается компенсатор одним из двух способов.

Цельная труба гнется в нужных местах с определенным радиусом изгиба, образуя П-образную конструкцию.
В состав компенсатора входят 7 элементов, среди которых три прямолинейных отвода и 4 поворотных уголка, которые свариваются в единую конструкцию.

Вследствие того, что данный компенсатор приходится часто обслуживать, ведь в П-образном колене часто скапливаются осадки в виде грязи или других плотных структур, его соединительные патрубки снабжают фланцами или резьбовыми муфтами. Это позволяет монтировать и демонтировать устройство без применения специнструмента.

П-образные компенсаторы предусмотрены как для стальных труб, так и для полиэтиленовых труб. Конструкция не лишена недостатков. Так, к примеру, на монтаж П-образного компенсатора в системе отопления требуется потратить дополнительный материал в виде труб, уголков, сгонов. Для тепловых сетей все осложняется установкой дополнительных опор.

Требования к монтажу и себестоимость установки П-образных устройств

Несмотря на относительную простоту устройства, не всегда монтаж П-образного компенсатора оказывается ниже по себестоимости, по сравнению, например, со стоимостью сильфонного компенсатора. Сейчас речь идет о трубопроводах большого диаметра. В таком случае затраты на дополнительные элементы и их монтирование превышают стоимость сильфонного устройства, а если учесть необходимость постройки опор, то разница в цене будет весьма ощутимой.

В случае, если компенсатор изготавливается путем сгиба прямолинейной трубы, необходимо учитывать, что радиус этого сгиба должен равняться восьми радиусам самой трубы. При наличии швов конструкцию изготавливают так, чтобы эти швы приходились на прямолинейные участки. При образовании крутозагнутых отводов, естественно, приходится отступать от этих правил.

Плюсы и минусы П-образной конструкции

Целесообразно применять данный тип компенсаторов при монтаже трубопроводов небольших диаметров. Здесь необходимо отметить, что диапазон размеров сильфонных компенсаторов несколько шире. П-образное колено отлично справляется с вибрациями, однако для его изготовления требуется большое количество материала, что существенно повышает стоимость устройства.

Сравнение характеристик сильфонного и П-образного компенсаторов позволяет выявить основные достоинства и недостатки каждого типа устройств. К примеру, П-образный компенсатор требуется периодически обслуживать, прочищать от отложений. Сильфонные же компенсаторы не страдают такими недостатками.

Еще один момент, который хотелось бы отметить, касается компенсирующей способности двух видов устройств. Если рассматривать только абсолютные значения, то в этом плане явного преимущества не наблюдается ни с одной, ни с другой стороны. Однако для увеличения максимального смещения в П-образном компенсаторе придется увеличивать размер колена. Для сильфонного же компенсатора достаточно использовать двухсекционную гофру, что практически никак не сказывается на габаритах.

Хотелось бы добавить в копилку положительных свойств такое качество, как отсутствие контроля во время эксплуатации. Но в условиях густонаселенного пункта не всегда находится свободное пространство для обустройства трубопровода с П-образным компенсатором. Колено может монтироваться только на горизонтальных участках, в то время как сильфонный компенсатор устанавливается на любом прямолинейном участке.

Наконец, еще одно преимущество сильфонного компенсатора – он не повышает сопротивления течения жидкости и газа. П-образное колено в значительной степени снижает скорость потока. При использовании такого типа устройств в домашней система отопления придется устанавливать циркуляционный насос, так как за счет естественной конвекции жидкость может не циркулировать, встретив на пути препятствие.

Расчеты для компенсаторов

Отсутствие стандартов ГОСТ на П-образные устройства иногда существенно усложняют задачу планирования проекта, поэтому необходим предварительный расчет п-образного компенсатора. Прежде всего, необходимо отталкиваться от нужд проекта. Учитываются размеры трубопровода, его диаметр, максимальное давление и величина предполагаемого смещения.

Это означает, что приобрести готовый компенсатор практически не удастся. Для каждого конкретного случая его необходимо изготовить персонально. В этом кроется еще один недостаток, по сравнению с сильфонными устройствами.

При расчете параметров следует учитывать следующие ограничения и условия:

в качестве материала для трубопровода используется сталь;
компенсаторы рассчитаны как на водную, так и на газообразную среду;
максимальное давление носителя не превышает 1,6 атмосфер;
компенсатор должен иметь правильную форму в виде буквы «П»;
монтируется только на горизонтальных участках;
исключено воздействие ветра.

Следует понимать, что приведенные параметры считаются идеальными. В реальных же условиях удается соблюдать всего лишь пару пунктов. Когда речь заходит о температуре среды, необходимо ее значение взять по максимуму, а температуру окружающего воздуха принять минимальной.

Монтаж компенсатора

При строительстве магистрали следует пользоваться определенными правилами, которые касаются и обустройства П-образных компенсаторов. Его устанавливают так, чтобы вылет был направлен в правую сторону. Стороны определяют, если смотреть на трубопровод от источника к приемнику. Если же отсутствует требуемое для компенсатора место справа, то вылет делают влево, однако обратную магистраль придется вести с правой стороны, а это приводит к изменениям в проекте.

Перед непосредственным вводом в эксплуатацию теплотрассы требуется обязательная предварительная растяжка компенсатора. Наполненные трубы испытывают избыточное давление, поэтому если не сделать данную процедуру, то металл вскоре начнет разрушаться.

Натяжку производят специальными домкратами, а после пуска их убирают, и колено занимает свое прежнее положение. О величине натяжки говорят паспортные данные, предусмотренные для каждого устройства. При установке опор необходимо рассчитать их местоположение, они должны располагаться так, чтобы деформации приводили лишь к осевому смещению трубы на опоре.

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

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

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

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).

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.

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.