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).

4.1 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:

Δl_p = 0,5Δl = 0,5αlΔt.

Ответвления:

Магистраль:

где Δl_p – 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;

d_ср = (d_н–δ/2) - средний диаметр трубы (по середине толщины трубы), м;

d_н - наружный диаметр трубы, м.

Ответвления:

Магистраль:

Коэффициент Кáрмана k и поправочный коэффициент т определяются:

• для нормально гнутых отводов с радиусом гиба R = (3…4)× d_н

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;

l_в - вылет компенсатора. м;

l_c - створ компенсатора, м;

k - коэффициент жёсткости Кáрмана.

Сила упругого отпора компенсатора (сила, действующая на неподвижную опору) определяется по формуле:

,

Ответвления:

Магистраль:

где Р_x – сила упругого отпора компенсатора, Н;

d_н – наружный диаметр трубы, м;

d_в – внутренний диаметр трубы, м;

I_xs – момент инерции упругой линии оси компенсатора, м⁴.

Момент инерции упругой линии оси компенсатора

,

Ответвления:

Магистраль:

где n_в , n_с – отношение длины вылета и спинки компенсатора к радиусу гиба отвода компенсатора;

L_пр – приведённая длина оси компенсатора, м;

y_s – координата упругого центра, м.

Координата упругого центра:

Ответвления:

Магистраль:

Приведённая длина оси компенсатора:

Ответвления:

Магистраль:

где n_П – 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