Расчет участков с компенсацией тепловых напряжений

3. Расчет участков с компенсацией тепловых напряжений

С целью устранения деформаций, возникающем при тепловом удлинении трубопроводов, применяются гнутые или сальниковые компенсаторы, а также используются местные повороты трассы для естественной компенсации (самокомпенсации). Назначение компенсаторов – разгружать трубы от тепловых напряжений.

3.1 Расчет участков самокомпенсации без учета гибкости отводов

Длину плеч трубопроводов на участках с естественной компенсацией следует принимать не более 20-25 м с проверкой продольного изгибающегося напряжения в заделке короткого плеча компенсатора δ≤8кгс/мм2 по номограмме справочного приложения А.

 = (кгс/мм2

где /107 – вспомогательные величины, определяемые по таблице;

При расчетах сначала определяем соотношение плеч гнутого компенсатора по формуле:

n=,

где n – соотношение плеч гнутого компенсатора;

L1 – длина большого плеча, м;

L2 – длина короткого плеча, м;

n =  = 1,1

с – безразмерный коэффициент определяемый по номограмме в зависимости от n; с=5

/107 = 0,0319 кгс м/м2

Определяем разность температур теплоносителя в подающем трубопроводе и температуры металла трубы по формуле:

Δt = t1 – tн.в,

где Δt – разность температур теплоносителя в подающем трубопроводе и температуры металла трубы, °С;

t1 – температура теплоносителя в подающем трубопроводе, t1 = 95 °С;

tн.в. – температура металла, равная расчетной температуре наружного воздуха для отопления, tн.в. = -30 °С.

Δt = 95-(-30) = 125 °С

 = 0,0319(125/24)•5 = 0,83 < 8 кгс/мм2

Участок 5-6 может быть использован для самокомпенсации.

3.2 Расчет П-образных компенсаторов с гладкими отводами

П-образные компенсаторы устанавливаются справа по ходу движения теплоносителя, на прямолинейных участках трубопроводов без ответвлений между неподвижными опорами. Гнутые П-образные компенсаторы монтируются с предварительной растяжкой на величину, равную половине теплового удлинения трубопровода.

Величину полного теплового удлинения расчетного участка подающего трубопровода определяем по формуле:

ΔL1 = α×L×(t1 – tн.в.)

где ΔL1 – величина полного теплового удлинения расчетного участка подающего трубопровода, мм; α – средний коэффициент линейного расширения трубной стали при нагреве от 0 °С до расчетной температуры, α = 0,012 мм/(м×°С); L – длина рассматриваемого участка трубопровода, м;

t1 – температура теплоносителя в подающем трубопроводе, t1 = 95 °C;

Величину теплового удлинения расчетного участка подающего трубопровода с учетом предварительной растяжки компенсатора определяем по формуле:

ΔLраст.1 = ΔL1×ε,

где ΔLраст.1 - величина теплового удлинения расчетного участка подающего трубопровода с учетом предварительной растяжки компенсатора, мм; ΔL1 - величина полного теплового удлинения расчетного участка подающего трубопровода, мм; ε – коэффициент, учитывающий релаксацию компенсационных напряжений и предварительную растяжку компенсатора в размере 50% полного теплового удлинения при температуре теплоносителя t1≤400 °C.

Величину полного теплового удлинения расчетного участка обратного трубопровода определяем по формуле:

ΔL2 = α×L×(t2 – tн.в)

где ΔL2 - Величина полного теплового удлинения расчетного участка обратного трубопровода, мм; α – средний коэффициент линейного расширения трубной стали при нагреве от 0 °С до расчетной температуры, α = 0,012 мм/(м×°С); L – длина рассматриваемого участка трубопровода, м;

t2 – температура в обратном трубопроводе, t2 = 70 °С;

Величину теплового удлинения расчетного участка обратного трубопровода с учетом предварительной растяжки компенсатора определяем по формуле:

ΔLраст.2 = ΔL2×ε,

где ΔLраст.2 - величина теплового удлинения расчетного участка обратного трубопровода с учетом предварительной растяжки компенсатора, мм; ΔL2 - Величина полного теплового удлинения расчетного участка обратного трубопровода, мм; ε – коэффициент, учитывающий релаксацию компенсационных напряжений и предварительную растяжку компенсатора в размере 50% полного теплового удлинения при температуре теплоносителя t1≤400 °C.

Произведем подбор П-образных компенсаторов

Компенсатор №1

Компенсатор №2

ø = 89×3,5 L = 47 м

Для подающего трубопровода:

ΔL1 = 0,012×47×(95-(-30)) = 70,5 мм

ΔLраст.1 = 1/2× ΔL1 = 1/2×70,5 = 35,25 мм

Т1 Н=1,1 м В=0,7 м

Для обратного трубопровода:

ΔL1 = 0,012×47×(70-(-30)) = 56,4 мм

ΔLраст.1 = 1/2×ΔL1 = 1/2×56,4 = 28,2 мм

Т2 Н=1,2 м В=1,1 м

Компенсатор №3

Ø=133×3,5 L = 48 м

Для подающего трубопровода:

ΔL1 = 0,012×48×(95-(-30)) = 72 мм

ΔLраст.1 = 1/2 ×37,44 = 36 мм; Т1 Н=1,6 м В=1,7 м

Для обратного трубопровода:

ΔL1 = 0,012×48×(70-(-30)) = 57,6 мм

ΔLраст.1 = 1/2×57,6 = 28,8 мм; Т2 Н=1,4 м В=1,6 м

Компенсатор №4

Ø 89×3,5 L = 44 м

Для подающего трубопровода:

ΔL1 = 0,012×44×(95-(-30)) = 66 мм

ΔLраст.1 = 1/2×66 = 33 мм

Т1 Н=1,2 м В=1,4 м

Для обратного трубопровода:

ΔL1 = 0,012×44×(70-(-30)) = 52,8 мм

ΔLраст.1 = 1/2×52,8 = 26,4 мм

Т1 Н=1,1 м В=1,2 м.

4. Расчет нагрузок на опоры

4.1 Расчет нагрузок на подвижную опору

Подвижные опоры воспринимают вес трубопровода с теплоносителем и изоляцией и передают его на опорные подушки. Для того, чтобы при тепловом удлинении трубы свободно могли перемещаться, подвижные опоры устанавливают между неподвижными на некотором нормированном расстоянии, зависящем от диаметра трубопровода.

Вертикальную нормативную нагрузку на подвижные опоры труб определяем по формуле:

Fв=q×a×g,

где Fв - Вертикальная нормативная нагрузка на опору трубы, Н;

q – вес 1 пог.м. трубопровода, включающий вес трубы, теплоизоляции конструкции и воды, кг. Применяется по таблице;

а – максимальный пролет между подвижными опорами, м. Принимается по таблице;

g – ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с2.

Горизонтальную нагрузку нормативную нагрузку на подвижные опоры труб от сил трения определяем по формуле:

Fг=μ×q×a×g,

где Fг - Горизонтальная нормативная нагрузка на опору трубы, Н;

q – вес 1 пог.м. трубопровода, включающий вес трубы, теплоизоляции конструкции и воды, кг. Применяется по таблице;

а – максимальный пролет между подвижными опорами, м. Принимается по таблице;

g – ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с2.

μ – коэффициент трения в опорах при перемещении опоры в доль оси трубопровода. Принимается по СНиП 2.04.07-86 "Тепловые сети, приложение 8, таблица 1". В качестве подвижных опор выбираем скользящие опоры.

Участок 1-2

ø 133×3,5 прокладка подземная

q = 240,8 H а = 4,5 м

Fв = 1083,9 Н

Fг = 325,2 Н

Участок 2-3

ø 133×3,5 прокладка подземная

q = 240,8 H а = 4,5 м

Fв = 1083,9 Н

Fг = 325,2 Н

Участок 2-2'

ø 89×3,5 прокладка подземная

q = 128,7 H a = 3,5 м

Fв = 450,5 H

Fг = 135,1 H

Участок 3-3'

ø 89×3,5 прокладка подземная

q = 128,7 H a = 3,5 м

Fв = 450,5 H

Fг = 135,1 H

Участок 5-6

ø 133×3,5 прокладка подземная

q = 240,87 H a = 4,5 м

Fв = 1083,9 H

Fг = 325,2 H

4.2 Расчет нагрузки на неподвижные опоры

Неподвижные опоры фиксируют положение трубопровода в определенных точках, делят трубопроводы тепловой сети на независимые в отношении температурных изменений участка и воспринимают усилия, возникающих в трубопроводах этих участков при разных схемах компенсации тепловых напряжений.

Т.к. данная опора является концевой, то горизонтальные осевые нагрузки определяем по сумме сил, действующих на опору с одной стороны:

Fг.о = Рк + μ × q × L2

где Fг.о – осевая горизонтальная нагрузка на неподвижную опору, Н;

Рк – сила упругой деформации П-образного компенсатора, кгс;

μ – коэффициент трения в опорах при перемещении опоры в доль оси трубопровода. Принимается по СНиП 2.04.07-86 "Тепловые сети, приложение 8, таблица 1". В качестве подвижных опор выбираем скользящие опоры;q – вес 1 пог.м. трубопровода, включающий вес трубы, теплоизоляции конструкции и воды, кг.

L2 – длина между неподвижными опорами,м.

Fг.о = 170 + 0,3 × 24 × 24 = 3428 Н

Выбираем конструкцию опоры. ø 133×3,5