4. Компенсация температурных деформаций трубопроводов сетей теплоснабжения
Термическое удлинение трубопровода при его нагревании транспортируемым теплоносителем определяется по формуле:
Δl = αlΔt
Ответвления:
Магистраль:
где ∆l – термическое удлинение трубопровода, м;
α - коэффициент температурного расширения, удельное удлинение стали, см / м; принимается в расчётах α = 0,0012 см/м;
l - длина участка трубопровода, м;
Δt - разность температуры теплоносителя и температуры наружного воздуха, при которой производится монтаж трубопровода, ºС.
Минимальная температура, при которой производится сварка труб из углеродистой стали, равна -21°С. При надземной прокладке сетей теплоснабжения в расчёте температурных удлинений рекомендуется принимать температуру наружного воздуха наиболее холодной пятидневки. В этом случае тепловое удлинение рассчитывается с запасом.
Для компенсации температурных удлинений трубопроводов используются разнообразные компенсаторы. По принципу компенсации все компенсаторы могут быть разделены на две группы - осевые и радиальные.
К осевым компенсаторам относят сальниковые и сильфонные (упругие) компенсаторы. Осевые компенсаторы устанавливаются на прямолинейных участках.
Сальниковые и сильфонные компенсаторы подбираются по компенсирующей способности, так чтобы температурное удлинение трубопровода было меньше компенсирующей способности компенсатора. При радиальной компенсации температурные деформации воспринимаются изгибами специальных вставок (П-образные компенсаторы) или изгибами самих трубопроводов (самокомпенсация).
8.1 Расчёт п-образных компенсаторов
П-образные компенсаторы применяются при всех способах прокладки. К преимуществам этих компенсаторов следует отнести небольшие усилия, передаваемые на неподвижные опоры, и большую компенсирующую способность. К недостаткам - большие габариты и увеличенное гидравлическое сопротивление. Кроме того, увеличивается металлоёмкость и трудоёмкость строительства.
Для гибких компенсаторов применяются крутоизогнутые отводы с радиусом гиба, равным диаметру трубы, а также нормально изогнутые отводы с радиусом гиба не менее трёх диаметров трубы.
В целях снижения расчётного температурного удлинения рекомендуется устанавливать П-образные компенсаторы с предварительной 50% растяжкой. В этом случае компенсатор рассчитывается на удлинение по формуле:
Δlp = 0,5Δl = 0,5αlΔt.
Ответвления:
Магистраль:
где Δlp – удлинение компенсатора, м.
Для расчёта коэффициента жёсткости Кáрмана необходимо определить коэффициент трубы по формуле:
Ответвления:
Магистраль:
где h - коэффициент трубы;
δ - толщина стенки трубы, м;
dср = (dн–δ/2) - средний диаметр трубы (по середине толщины трубы), м;
dн - наружный диаметр трубы, м.
Ответвления:
Магистраль:
Коэффициент Кáрмана k и поправочный коэффициент т определяются:
• для нормально гнутых отводов с радиусом гиба R = (3…4)× dн
Ответвления:
Магистраль:
,
при h>1;
,
при h
1;
;
Так как h>1, то
Ответвления:
Магистраль:
Ответвления:
Магистраль:
Компенсирующая способность П-образного компенсатора при растяжке в холодном состоянии на половину ожидаемого удлинения определяется по формуле:
Ответвления:
Магистраль:
где ∆ - компенсирующая способность компенсатора, м;
σ – допустимое напряжение на изгиб; σ = 160 МПа для компенсаторов из стали 10Г2С, ВМСт2сп, Ст3сп, ВМСт3сп и σ = 120 МПа для компенсаторов из стали 10, 20, Ст2сп;
А – расчётный параметр, м3;
Е – модуль упругости, МПа; для углеродистой стали Е = 2 .105 МПа;
l - участок трубы между неподвижными опорами, м;
m — коррекционный коэффициент на уменьшение жёсткости трубы при увеличении диаметра.
;
Ответвления:
Магистраль:
где R – радиус отвода компенсатора, м;
lв - вылет компенсатора. м;
lc - створ компенсатора, м;
k - коэффициент жёсткости Кáрмана.
Сила упругого отпора компенсатора (сила, действующая на неподвижную опору) определяется по формуле:
,
Ответвления:
Магистраль:
где Рx – сила упругого отпора компенсатора, Н;
dн – наружный диаметр трубы, м;
dв – внутренний диаметр трубы, м;
Ixs – момент инерции упругой линии оси компенсатора, м4.
Момент инерции упругой линии оси компенсатора
,
Ответвления:
Магистраль:
где nв , nс – отношение длины вылета и спинки компенсатора к радиусу гиба отвода компенсатора;
Lпр – приведённая длина оси компенсатора, м;
ys – координата упругого центра, м.
Координата упругого центра:
Ответвления:
Магистраль:
Приведённая длина оси компенсатора:
Ответвления:
Магистраль:
где nП – отношение длины плеча компенсатора к радиусу гиба отвода компенсатора.
Отношение длины плеча, вылета и спинки компенсатора к радиусу гиба отвода компенсатора определяются в соответствии с рисунком