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 (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:
; (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.
Исходные данные:
диаметр трубы с гнутыми отводами радиусом R = 1 м , температура теплоносителя = 110°С, а температура грунта t гр. = 4°С;
1. Линейное удлинение компенсируемого участка теплопровода.
∆L=a*l(t 1 -t вк ), мм
∆L=1.2 ·0.01(110-(-25)) ·48=81.64
Учитывая предварительное растяжение компенсатора
∆Х=ε* ∆ L
∆Х= 0.5 ·81.64=40.82
Расчет производился для участка 11 с диаметром труб равным 0,07
3.
Технологическая часть
3.1Описание проектируемой системы теплоснабжения
В курсовом проекте разработана открытая. централизованная. водяная. зависимая система ТС состоящая из трех элементов:
Источник теплоты
Потребителей теплоты
Тепловых сетей
Открытые системы теплоснабжения – системы, в которых происходит водоразбор горячей воды для нужд потребителя непосредственно из теплосети. При этом водоразбор может быть частичным или полным. Оставшаяся в системе горячая вода используется для отопления и вентиляции. Расход воды в теплосети при этом компенсируется дополнительным количеством воды, подающимся в тепловую сеть. Основное преимущество открытой системы теплоснабжения – ее экономическая выгода. Производство тепловой энергии осуществляется следующим образом: схема водогрейной котельной.
По
условиям предупреждения коррозии
металла температура воды на входе в
котел при работе на газовом топливе
должна быть не ниже 60 °С во избежание
конденсации водяных паров, содержащихся
в уходящих газах. Так как температура
обратной воды почти всегда ниже этого
значения, то в котельных со стальными
котлами часть горячей воды подается в
обратную линию рециркуляционным насосом.
В коллектор сетевого насоса из бака
поступает подпиточная вода (насос,
компенсирующая расход воды у потребителей).
Исходная вода, подаваемая насосом,
проходит через подогреватель, фильтры
химводоочистки и после умягчения через
второй подогреватель, где нагревается
до 75- 80 °С. Далее вода поступает в колонку
вакуумного деаэратора. Вакуум в деаэраторе
поддерживается за счет отсасывания из
колонки деаэратора паровоздушной смеси
с помощью водоструйного эжектора.
Рабочей жидкостью эжектора служит вода,
подаваемая насосом из бака эжекторной
установки. Пароводяная смесь, удаляемая
из деаэраторной головки, проходит через
теплообменник – охладитель выпара. В
этом теплообменнике происходит
конденсация паров воды, и конденсат
стекает обратно в колонку деаэратора.
Деаэрированная вода самотеком поступает
к подпиточному насосу, который подает
ее во всасывающий коллектор сетевых
насосов или в бак подпиточной воды.
Подогрев в теплообменниках химически очищенной и исходной воды осуществляется водой, поступающей из котлов. Во многих случаях насос, установленный на этом трубопроводе (показан штриховой линией), используется также и в качестве рециркуляционного. Если отопительная котельная оборудована паровыми котлами, то горячую воду для системы теплоснабжения получают в поверхностных пароводяных подогревателях. Пароводяные водоподогреватели чаще всего бывают отдельно стоящие, но в некоторых случаях применяются подогреватели, включенные в циркуляционный контур котла, а также надстроенные над котлами или встроенные в котлы. В проекте принято схема совмесного подключения систем отопления и гвс, по принципу связанного регулирования (см.Лист 2).Трассировка тепловой энергии осуществляется о двух трубным водяным, тупиковым тепловым сетям(см Лист1,2). Протяженность тепловых сетей от котельной до наиболее удаленного потребителя составляет 262м. Диаметр трубопроводов подобран в соответствии с гидравлическим расчетом(см пункт 2.4)и составляет от 50 до 380мм.По трассе ТС на участках 9 и 11 установлены П образный компенсатор. Для распределения теплоты, его учета по трассе предусматривается узлами трубопроводов, где устанавливаются задвижки. В советский период примерно 50% всех систем теплоснабжения были открытого типа. Недостатков у такой системы несколько. Прежде всего - невысокое санитарно-гигиеническое качество воды. Отопительные приборы, трубопроводные сети придают воде цветность, запах, появляются различные примеси, бактерии. Для очистки воды в открытой системе применяются различные методы, но их использование снижает экономический эффект.
3.2
Эксплуатация системы теплоснабжения.
Комплекс
работ по поддержанию в исправном
состоянии и использованию по назначению
системы теплоснабжения. В крупных
городах и промышленных районах создаются
специальные предприятия по эксплуатации
тепловых сетей от районной котельной,
котельных и тепловых сетей от них.
Организационная структура эксплуатации
предприятий теплоснабжения зависит от
их мощности, характера потребителей и
источников теплоты. Непосредственно
связаны с эксплуатацией такие структурные
подразделения, как сетевые районы,
инженерные службы и производственно-технические
отделы. Основным производственно-техническим
подразделением является сетевой район,
который осуществляет всю эксплуатацию
сетей и их сооружений, проводит тепловой
надзор за потребителями, распределяет
и учитывает теплоту. Сетевые районы
располагают штатом обходчиков сетей и
тепловых пунктов, ремонтным персоналом
и наладчиками. Оперативную деятельность
районов по взаимоотношению с потребителями
выполняет дежурный персонал, работающий
круглосуточно. Сетевым районам оказывают
содействие следующие
инженерные службы: ремонта тепловых
сетей, аварийно-восстановительная
служба системы теплоснабжения,
электрохозяйства, присоединений,
диспетчерская, тепловая инспекция,
производственная лаборатория,
контрольно-измерительных приборов и
автоматики, отдел АСУ.
Диспетчерская
служба и отдел АСУ создаются для
диспетчерского управления теплоснабжением
и функционирования автоматизированной
систеы диспетчерского управления
централизованным теплоснабжением и
автоматизированной системы управления
технологическими процессами
централизованного теплоснабжения. Для
обслуживания теплоэнергетических
объединений создаются ремонтно-производственные
базы, которые обеспечивают: средний и
капитальный ремонт оборудования,
восстановительный ремонт строительных
конструкций тепловых сетей;
аварийно-восстановительные работы с
помощью выездных бригад; наладку и
испытания оборудования котельных,
насосных станций, тепловых пунктов;
изготовление запасных деталей и изделий;
хранение приборов, материалов, аппаратуры.
При эксплуатации систем теплоснабжения
большое значение имеют систематически
проводимые гидравлические и температурные
испытания. Цель гидравлических испытаний
- выявление участков теплопроводов,
подвергшихся наружной или внутренней
коррозии. Ежегодно в летний период все
теплопроводы испытывают на герметичность
и прочность с помощью стационарных
опрессовочных пунктов и передвижных
насосов-прессов. Цель температурных
испытаний - проверка прочности
оборудования тепловых сетей в условиях
температурных деформаций и определение
фактической компенсирующей способности
сетевых компенсаторов. Во время испытаний
температуpa воды в подающих трубопроводах
поддерживается равной расчетной, в
обратных трубопроводах - не выше 90°С.
Все
вновь присоединяемые и реконструируемые
системы теплопотребления должны быть
выполнены в соответствии с действующими
Правилами устройства и безопасной
эксплуатации трубопроводов пара и
горячей воды, другими правилами
Госгортехнадзора России, Правилами
эксплуатации теплопотребляющих установок
и тепловых сетей потребителей, Правилами
техники безопасности при эксплуатации
теплопотребляющих установок и тепловых
сетей потребителей, строительными
нормами и правилами (СНиП), настоящими
Правилами, а также обеспечены проектной
и технической документацией.
До
пуска в эксплуатацию новых тепловых
сетей и систем теплопотребления должны
быть проведены их приемо - сдаточные
испытания и они должны быть приняты
заказчиком от монтажной организации
по акту в соответствии с действующими
правилами, после чего они должны быть
предъявлены для осмотра и допуска в
эксплуатацию органу государственного
энергетического надзора и теплоснабжающей
организации. Одновременно должны быть
представлены проектная и исполнительная
документация.
Допуск систем теплопотребления строящихся зданий и тепловых сетей во временную эксплуатацию для проведения отделочных работ разрешается при условии выполнения работ по утвержденной пусковой схеме и заключения договора на теплоснабжение.
Допуск систем теплопотребления и тепловых сетей как в постоянную, так и во временную эксплуатацию возможен только при наличии подготовленного персонала, прошедшего проверку знаний в установленном порядке, и назначении приказом по предприятию (организации) ответственного за тепловое хозяйство лица, прошедшего проверку знаний в установленном порядке.
Список
информационных источников.
СНиП 2.01.01-82 Строительная климатология и геофизика.1982
СНиП 41-02-2003Тепловые сети.2003.
СНиП 2.04.01-85*.Внутренний водопровод и канализация зданий.1985
СНиП 41-03-2003 Тепловая изоляция оборудования трубопроводов.2003
СНиП 23-01-99 Строительная климатология.1999
ГОСТ 21.605-82. Сети тепловые (Тепломеханическая часть) рабочие чертежи. 1986
Е.Я.Соколов., Теплофикация и тепловые сети; М., Энергоиздат, 2009., -472
Б.Н.Голубков., Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий – М., Энергия, 2008
Манюк В.И., Каплинский Я.И., Хиж Э.Б. И др. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: Cправочник. Изд.4 Ид:Лань.,2009, -432.
Боровков В.М. Ремонт теплотехнического оборудования и тепловых сетей (1-е изд.) учебник., Ид: Лань., 2011, -208 (гриф СПО)
Теплотехнический справочник. Под общей редакцией В.Н.Гренева и П.Д.Лебедева. М., «Энергия», 1975.
Щекин Р.В. справочник по теплоснабжению и вентиляции, т.I, К., «Будивельник»,1976
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.
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),
![](https://i0.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image003.png)
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 Px:
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:
![](https://i0.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image006.png)
где: л - характеристика гиба.
Здесь: R - радиус отвода.
![](https://i0.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image008.png)
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.
![](https://i2.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image011.png)
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:
![](https://i0.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image013.png)
![](https://i1.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image014.png)
Здесь P - избыточное внутреннее давление, МПа; Et - модуль упругости материала при рабочей температуре, МПа.
![](https://i2.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image016.png)
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,
![](https://i1.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image020.png)
y s - координата центра тяжести компенсатора:
Максимальный изгибающий момент М макс (действует вверху компенсатора):
![](https://i2.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image022.png)
где Н - вылет компенсатора, согласно рис.1 б):
Н=(m + 2)R .
Максимальное напряжение в сечении стенки трубы определяется по формуле:
![](https://i0.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image023.png)
где: m1 - коррекционный коэффициент (коэффициент запаса), учитывающий увеличение напряжений на гнутых участках.
Для гнутых отводов, (17)
![](https://i2.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image024.png)
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.
![](https://i0.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image027.jpg)
Рис.2.
В руководящем документе расчет участка с П-образным компенсатором, см. рис.2, производится по итерационной процедуре:
![](https://i2.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image028.png)
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:
![](https://i1.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image032.png)
![](https://i1.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image033.png)
![](https://i1.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image034.png)
Компоненты сил упругого отпора, 1/м 2:
![](https://i2.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image035.png)
![](https://i2.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image037.png)
Моменты инерции относительно центральных осей x, y.
Параметр прочности A, м :
![](https://i1.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image038.png)
[у ск ] - допускаемое компенсационное напряжение,
Допускаемое компенсационное напряжение [у ск ] для трубопроводов, расположенных в горизонтальной плоскости определяется по формуле:
![](https://i2.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image040.png)
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.
![](https://i0.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image043.jpg)
Рис.3.
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:
![](https://i0.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image044.png)
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:
![](https://i1.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image046.png)
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;
![](https://i1.wp.com/studwood.ru/imag_/43/88490/image047.png)
Рис.4.
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 |
|||||||
Снип -85
При расчете опор следует учитывать глубину промерзания или оттаивания грунта, деформации грунта (пучение и просадка), а также возможные изменения свойств грунта (в пределах восприятия нагрузок) в зависимости от времени года, температурного режима, осушения или обводнения участков, прилегающих к трассе, и других условий. 8.43. Нагрузки на опоры, возникающие от воздействия ветра и от изменений длины трубопроводов под влиянием внутреннего давления и изменения температуры стенок труб, должны определяться в зависимости от принятой системы прокладки и компенсации продольных деформаций трубопроводов с учетом сопротивлений перемещениям трубопровода на опорах.Расчет П-образных компенсаторов
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.
Расчет П-образного компенсатора
диаметр трубы с гнутыми отводами радиусом R = 1 м.вылетом l = 5 м; температура теплоносителя t = 150°С, а температура внутри камеры t вк. = 19,6°С; допускаемое компенсационное напряжение в трубопроводе s доп = 110 МПа. Системы теплофикации и централизованного теплоснабжения являются важным звеном энергетического хозяйства и инженерного оборудования городов и промышленных районов.
Трубы — лучший выбор
Проектирование трубопроводов из полипропилена для систем холодного и горячего водоснабжения осуществляется в соответствии с регламентами строительных норм и правил (СНиП) 2.04.01 85 «Внутренний водопровод и канализация зданий» с учетом специфики полипропиленовых труб.
Выбор типа трубы производится с учетом условий работы трубопровода: давления, температуры, необходимого срока службы и агрессивности транспортируемой жидкости. При транспортировке агрессивных жидкостей следует применять коэффициенты условия работы трубопровода согласно табл.
2 из СН 550 82.
Гидравлический расчет трубопроводов из PP R 80 заключается в определении потерь давления (или напора) на преодоление гидравлических сопротивлений, возникающих в трубе, в соединительных деталях, в местах резких поворотов и изменений диаметра трубопровода.
Гидравлические потери напора в трубе определяются по номограммам.
Страница 7); Улучшение теплового и гидравлического режима системы теплоснабжения п
Изгибающее продольное компенсационное напряжение в точке жесткого крепления меньшего плеча б(a)= 45.53 МПа Изгибающее продольное компенсационное напряжение в точке жесткого крепления большего плеча б(b)= 11.77 МПа Изгибающее продольное компенсационное напряжение в точке изгиба б(c)= 20.53 Мпа.За расчетные приняты результаты работы программы Px=1287.88 H При определении нормативной горизонтальной нагрузки на неподвижную опору следует учитывать: неуравновешенные силы внутреннего давления при применении сальниковых компенсаторов, на участках имеющих запорную арматуру, переходы, углы поворота, заглушки; следует также учитывать силы трения в подвижных опорах и о грунт для бесканальных прокладок, а также реакции компенсаторов и самокомпенсации.
Онлайн расчет г образного компенсатора
Выполнение расчетов по программам СТАРТ обеспечивает надежность и безопасность при эксплуатации трубопроводных систем различного назначения, облегчает согласование проекта с контролирующими органами (Ростехнадзор, Главсгосэкспертиза), сокращает затраты и время пусконаладочных работ.СТАРТ разработан ООО «НТП Трубопровод» — экспертной организацией Ростехнадзора. Имеется сертификат соответствия Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии.