Расчет усилий в неподвижных опорах теплопровода. Нагрузки на неподвижные опоры

Опоры служат для восприятия усилия от трубопроводов и передачи их на несущие конструкции или грунт, а также для обеспечения организованного совместного перемеще­ния труб и изоляции при температурных деформациях. При сооруже­нии теплопроводов применяют опоры двух типов: подвиж­ные и неподвижные.

Подвижные опоры воспринимают вес теплопровода и обеспечивают его свободное перемещение на строительных конструкциях при температурных деформациях. При пере­мещении трубопровода подвижные опоры перемещаются вместе с ним. Подвижные опоры используют при всех спо­собах прокладки, кроме бесканальной. При бесканальной прокладке теплопровод укладывается на нетронутый грунт или тщательно утрамбованный слой песка. При этом под­вижные опоры предусматривают только в местах поворота трассы и установки П-образных компенсаторов, т. е. на участках, где трубопроводы прокладывают в каналах. Подвижные опоры испытывают главным образом верти­кальные нагрузки от массы трубопроводов

По принципу свобод­ного перемещения различают опоры скольжения, качения и подвесные. Скользящие опоры, применяют независимо от направления горизонтальных перемещений трубопроводов при всех способах прокладки и для всех диаметров труб. Эти опоры просты по конструкции и надежны в эксплу­атации.

Катковые опоры применяют для труб диаметром 175 мм и более при осевом перемещении труб, при прокладке в тоннелях, коллекторах, на кронштейнах и на отдельно стоящих опорах. Применение катковых опор в непроходных каналах нецелесообразно, так как без над­зора и смазки они быстро корродируют, перестают вращаться и начинают работать фактически как скользящие опоры. Катковые опоры обладают меньшим трением, чем скользящие, однако при плохом уходе катки перекашива­ются и могут заклиниваться. Поэтому им необходимо дать правильное направление. Для этого в катках предусматри­вают кольцевые выточки, а на опорной плите - направля­ющие планки.

Роликовые опоры (применяют редко, так как трудно обеспечить вращение роликов. Катковые и роликовые опоры надежно работают на прямолинейных участках сети. На поворотах трассы трубопроводы перемещаются не только в продольном, но и в поперечном направлении. Поэтому установка катковых и роликовых опор на кри­волинейных участках не рекоменду­ется В этом случае используют шари­ковые опоры. В этих опорах шарики свободно перемещаются вместе с башмаками по подкладному листу, удерживаются от вы­катывания за пределы опоры выступами опорного листа и башмака.

Если по местным условиям прокладки теплопроводов относительно несущих конструкций скользящие и катковые опоры не могут быть установлены, применяются подвесные опоры. Нежесткая конструкция подвески поз­воляет опоре легко поворачиваться и перемещаться вместе с трубопроводом. В результате по мере удаления от непод­вижной опоры углы поворота подвесок увеличиваются, со­ответственно возрастает перекос трубопровода и напряже­ние в тягах под действием вертикальной нагрузки трубо­провода.

Подвесные опоры по сравнению со скользящими созда­ют на горизонтальных участках значительно меньшие уси­лия вдоль оси трубы.

Неподвижными опорами трубопроводы как бы делятся на самостоятельные участки. С помощью неподвижных опор трубы жестко закрепляют в определенных точках трас­сы между компенсаторами или участками с естественной компенсацией температурных деформаций, которые вос­принимают, кроме вертикальных нагрузок значительные го­ризонтальные усилия, направленные по оси трубопровода и складывающиеся из неуравновешенных сил внутреннего давления, сил сопротивления свободных опор и реакции компенсаторов. Наибольшее значение имеют силы внутрен­него давления. Поэтому для облегчения конструкции опо­ры стараются расположить ее на трассе таким образом, чтобы внутренние давления в трубопроводе были уравно­вешены и не передавались на опору. Те опоры, на которые реакции внутреннего давления не передаются, называются разгруженными неподвижными опорами; те же опоры, кото­рые должны воспринимать неуравновешенные силы внутрен­него давления, называются неразгруженными опорами.

Существуют промежуточные и концевые опоры. На про­межуточную опору действуют усилия с обеих сторон, на концевую-с одной. Неподвижные опо­ры труб рассчитывают на наибольшую горизонтальную нагрузку при различных режимах работы теплопроводов, в том числе при открытых и закрытых задвижках

Неподвижные опоры предусматривают на трубопрово­дах при всех способах прокладки тепловых сетей. От пра­вильного размещения неподвижных опор по длине трас­сы тепловых сетей во многом зависит величина температур­ных деформаций и напряжений в трубах. Неподвижные опоры устанавливают на ответвлениях трубопроводов, в местах размещения запорной арматуры, сальниковых компенсаторов. На трубопроводах с П-образными компен­саторами неподвижные опоры размещают между компенса­торами. При бесканальных прокладках тепловых сетей, когда не используется самокомпенсация трубопроводов, неподвижные опоры рекомендуется устанавливать на пово­ротах трассы.

Расстояние между неподвижными опорами определяют исходя из заданной конфигурации трубопроводов, темпера­турных удлинений участков и компенсирующей способности устанавливаемых компенсаторов. Неподвижные закреп­ления трубопроводов выполняют различными конструкция­ми, которые должны быть достаточно прочными и жестко удерживать трубы, не допуская их перемещения относи­тельно поддерживающих конструкций.

Конструкции неподвижных опор состоят из двух основ­ных элементов: несущих конструкций (балок, железобетонных плит), на которые передаются усилия от трубопрово­дов, и собственно опор, при помощи которых осуществля­ется неподвижное закрепление труб (приварные косынки, хомуты). В зависимости от способа прокладки и места установки применяют неподвижные опоры: упорные, щито­вые и хомутовые. Опоры с вертикальными двусторонними упорами и лобовые применяют при установ­ке их на каркасах в камерах и тоннелях и при проклад­ке трубопроводов в проходных, полупроходных и в непро­ходных каналах. Щитовые опоры применяют как при бесканальной прокладке, так и при прокладке теплопроводов в непроходных каналах при размещении опор вне камер.

Щитовые неподвижные опоры представляют собой вер­тикальные железобетонные щиты с отверстиями для про­хода труб. Осевые усилия передаются на железобетонный щит приваренными к трубопроводу с обеих сторон кольца­ми, усиленными ребрами жесткости. До недавнего времени между трубой и бетоном прокладывали асбест. В настоя­щее время применение асбестовых набивок не допускается. Нагрузка от трубопроводов тепловых сетей через щитовые опоры передается на днище и стенки канала, а при беска­нальной прокладке - на вертикальную плоскость грунта. Щитовые опоры выполняют с двойным симметричным армированием, так как действующие усилия от труб могут быть направлены в противоположные стороны. В нижней части щита делают отверстия для прохода воды (в случае попадания ее в канал).

Расчет неподвижных опор.

Неподвижные опоры фик­сируют положение трубопровода в определенных точках и восприни­мают усилия, возникающие в ме­стах фиксации под действием темпе­ратурных деформаций и внутренне­го давления.

Опоры оказывают весьма важное влияние на работу теплопровода. Нередки случаи серьезных аварий из-за неправильного размещения опор, неудачного выбора конструк­ций или небрежного монтажа. Весь­ма важно, чтобы все опоры были нагружены, для чего необходимо при монтаже выверять расстановку их по трассе и положение по вы­соте. При бесканальной прокладке обычно отказываются от установки свободных опор под трубопроводами во избежание неравномерных проса­док, а также дополнительных изги­бающих напряжений. В этих про­кладках трубы укладываются на не­тронутый грунт или тщательно ут­рамбованный слой песка.

От пролета (расстояния) между опорами зависит изгибающее напря­жение, возникающее в трубопрово­де, и стрела прогиба.

При расчете изгибающих напря­жений и деформаций трубопровод, лежащий на свободных опорах, рас­сматривается как многопролетная балка. На рис. Т.с.19 приведена эпю­ра изгибающих моментов многопро­летного трубопровода.

Рассмотрим усилия и напряже­ния, действующие в трубопроводах.

Примем следующие обозначения:

М - силовой момент, Н*м; Q B , Q г - усилие вертикальное и гори­зонтальное, Н; q в , q г - удельная на­грузка на единицу длины, верти­кальная и горизонтальная, H/m;..N- горизонтальная реакция на опоре, Н.

Максимальный изгибающий мо­мент в многопролетном трубопрово­де возникает на опоре. Величина этого момента (9.11)

где q - удельная нагрузка на еди­ницу длины трубопровода, Н/м; - длина пролета между опорами, м. Удельная нагрузка q определяет­ся по формуле
(9-12)

где q B - вертикальная удельная на­грузка, учитывающая вес трубопро­вода с теплоносителем и тепловой изоляцией; q г - горизонтальная удельная нагрузка, учитывающая ветровое усилие,

(9-13)

где w - скорость ветра, м/с; - плотность воздуха, кг/м 3 ; d и - наружный диаметр изоляции трубо­провода, м; k - аэродинамический коэффициент, равный в среднем 1,4-1,6.

Ветровое усилие должно учиты­ваться только в надземных тепло­проводах открытой прокладки.

Изгибающий момент, возникаю­щий в середине пролета,

(9.14)

На расстоянии 0,2 от опоры из­гибающий момент равен нулю.

Максимальный прогиб имеет ме­сто в середине пролета.

Стрела прогиба трубопровода
, (9.15)

На основании выражения (9-11) определяется пролет между свобод­ными опорами

(9-16) откуда
,м (9-17)

При выборе пролета между опо­рами для реальных схем трубопро­водов исходят из того, чтобы при наиболее неблагоприятных режимах работы, например при наиболее вы­соких температурах и давлениях теп­лоносителя, суммарное напряжение от всех действующих усилий в са­мом слабом сечении (обычно свар­ном шве) не превосходило допусти­мой величины [].

Предварительную оценку рас­стояния между опорами можно про­извести на основе уравнения (9-17), принимая напряжение от изгиба 4 равным 0,4-0,5 допускаемого напряжения:

Неподвижные опоры воспринимают реакцию внутреннего давления, свободных опор и

компенсатора.

Результирующее усилие, действующее на неподвижную опору, может быть представлено в виде

а - коэффициент, зависящий от направления действия осевых усилий внутреннего давления с обоих сторон опоры. Если опора разгружена от усилия внутреннего давления, то а =0, иначе а =1; р - внутреннее давление в трубопроводе; - площадь внутреннего сечения трубопровода; - коэффициент трения на свободных опорах;
- разность длин участков трубопровода с обеих сторон неподвижной опоры;
- разность сил трения осевых сколь­зящих компенсаторов или сил упругости гибких компенсаторов с обоих сторон неподвиж­ной опоры.

26. Компенсация тепловых удлиннений трубопроводов систем теплоснабжения. Основы расчета гибких компенсаторов.

В тепловых сетях в настоящее время наиболее широко применяются сальниковые, П- образные, а в последнее время и сильфонные (волнистые) компенсаторы. Кроме специальных компенсаторов используют для компенсации и естественные углы поворотов теплотрассы - самокомпенсацию. Компенсаторы должны иметь достаточную компенсирующую способность
для восприятия температурного удлинения участка трубопровода между неподвижными опорами, при этом максимальные напряжения в радиальных компенсаторах не должны превышать допускаемых (обычно 110 МПа). Необходимо также определить реакцию компенсатора, используемую при расчетах нагрузок на неподвижные опоры. Тепловое удлинение расчетного участка трубопровода
, мм, определяют по формуле

, (2.81)

где

=1,2· 10ˉ² мм/(м · о С),

- расчетный перепад температур, определяемый по формуле
, (2.82)

где

L

Гибкие компенсаторы в отличие от сальниковых характеризуются мень­шими затратами на обслуживание. Их применяют при всех способах прокладки и при любых параметрах теплоносителя. Использование сальниковых компенса­торов ограничивается давлением не более 2,5 МПа и температурой теплоно­сителя не выше 300°С. Их устанавли­вают при подземной прокладке трубопро­водов диаметром более. 100 мм, при над­земной прокладке на низких опорах труб диаметром более 300 мм, а также в стес­ненных местах, где невозможно разме­стить гибкие компенсаторы.

Гибкие компенсаторы изготовляют из отводов и прямых участков труб с по­мощью электродуговой сварки. Диа­метр, толщина стенки и марка стали ком­пенсаторов такие же, как и трубопрово­дов основных участков. При монтаже гибкие компенсаторы располагают го­ризонтально; при вертикальном или на­клонном размещении требуются воз­душные или дренажные устройства, ко­торые затрудняют обслуживание.

Для создания максимальной компен­сационной способности гибкие компен­саторы перед монтажом растягивают в холодном состоянии и в таком положе­нии закрепляют распорками. Величину

растяжки компенсатора записывают в специальный акт. Растянутые компенса­торы присоединяют к теплопроводу с по­мощью сварки, после чего распорки уда­ляют. Благодаря предварительной рас­тяжке компенсационная способность уве­личивается почти вдвое. Для установки гибких компенсаторов устраивают ком­пенсаторные ниши. Ниша представляет собой непроходной канал такой же кон­струкции, по конфигурации соответст­вующий форме компенсатора.

Сальниковые (осевые) компенсаторы изготовляют из труб и из листовой стали двух типов: односторонние и двусторон­ние. Размещение двусторонних компен­саторов хорошо сочетается с установ­кой неподвижных опор. Сальниковые компенсаторы устанавливают строго по оси трубопровода, без перекосов. На­бивка, сальникового компенсатора представляет собой кольца, выполненные из асбестового прографиченного шнура и термостойкой резины. Осевые компенса­торы целесообразно применять при бесканальной прокладке трубопроводов.

Компенсационная способность саль­никовых компенсаторов с увеличением диаметра повышается.

Расчет гибкого компенсатора .

Тепловое удлинение расчетного участка трубопровода
, мм, определяют по формуле

, (2.81)

где
- средний коэффициент линейного расширения стали, мм/(м · о С), (для типовых расчетов можно принять
=1,2· 10ˉ² мм/(м · о С),

- расчетный перепад температур, определяемый по формуле

, (2.82)

где - расчетная температура теплоносителя, о С;

- расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, о С;

L - расстояние между неподвижными опорами, м.

Компенсирующую способность сальниковых компенсаторов, уменьшают на величину запаса - 50 мм.

Реакция сальникового компенсатора - сила трения в сальниковой набивке определяется по формуле, (2.83)

где - рабочее давление теплоносителя, МПа;

- длина слоя набивки по оси сальникового компенсатора, мм;

- наружный диаметр патрубка сальникового компенсатора, м;

- коэффициент трения набивки о металл, принимается равным 0,15.

Технические характеристики сильфонных компенсаторов приведены в табл. 4.14 - 4.15 . Осевая реакция сильфонных компенсаторов складывается из двух слагаемых

(2.84)

где - осевая реакция, вызываемая деформацией волн, определяемая по формуле

, (2.85)

где l - температурное удлинение участка трубопровода, м; - жесткость волны, Н/м, принимаемая по паспорту компенсатора;n - количество волн (линз).- осевая реакция от внутреннего давления, определяемая по формуле

, (2.86)

где - коэффициент, зависящий от геометрических размеров и толщины стенки волны, равный в среднем 0.5 - 0.6;

D иd – соответственно наружный и внутренний диаметры волн, м;

- избыточное давление теплоносителя, Па.

При расчете самокомпенсации основной задачей является определение максимального напряжения у основания короткого плеча угла поворота трассы, которое определяют для углов поворотов 90 о поформуле
; (2.87)

для углов более 90 о, т.е. 90+ , по формуле
(2.88)

где l - удлинение короткого плеча, м;l - длина короткого плеча, м;Е - модуль продольной упругости, равный в среднем для стали 2· 10 5 МПа;d - наружный диаметр трубы, м;

- отношение длины длинного плеча к длине короткого.

Нагрузки на неподвижные опоры делят на вертикальные и горизонтальные.

1. Вертикальные нагрузки определяются по формуле:

где – вес 1 метра трубопровода (вес трубы с водой и изоляцией).

Пролёт между подвижными опорами.

Табличное значение уменьшаем в 2 раза, т.к. установлен компенсатор.

При размещении опоры в тепловой камере, дополнительно учитывают вес арматуры , компенсаторов и вес ответвлений , приходящихся на данную опору с коэффициентом 0,5, т.к. вес распределяется между двумя опорами. Т.е.:

2. Горизонтальные нагрузки делятся на боковые и осевые.

Горизонтальные осевые нагрузки на неподвижные опоры возникают под действием сил:

Трения в опорах при тепловом удлинении трубопроводов;

Трения в компенсаторах при тепловом удлинении трубопроводов;

Упругой деформации гибких компенсаторов или самокомпенсации при растяжке в холодном состоянии или тепловом удлинении трубопроводов.

На опору действует только горизонтальная осевая нагрузка, т.к. ответвление закреплено опорой. Горизонтальная осевая нагрузка на опору при определяется по формуле табл.18:

где - сила трения в компенсаторах.

- площадь по наружному диаметру стакана сальникового компенсатора.

18. Расчет усилий, действующих на подвижные опоры

Нагрузки на подвижные опоры подразделяют на горизонтальные и вертикальные. Они зависят от веса участка трубопровода, приходящегося на опору, и типа опоры.

где – вес 1 метра трубопровода (вес трубы с водой и изоляцией). Принимаем для .

Пролёт между подвижными опорами..

Горизонтальные нагрузки возникают за счёт реакции трения опоры при её перемещении из-за теплового удлинения трубопровода. Горизонтальная нагрузка на подвижную опору определяется по формуле:

где - коэффициент трения подвижных опор. Для скользящего типа опор

Библиографический список

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: учебник для вузов. – 5-е изд., перераб. – М.: Энергоиздат, 1982. - 360с., ил.

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. - 376с.

3. Справочник по наладке и эксплуатации водяных тепловых сетей / В.И. Манюк, Я.И. Каллинский, Э.Б. Хиж и др. 2-е изд., перераб. И доп.– М.: Стройиздат, 1982. – 215с.

4. Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1984.

5. Теплоснабжение: Учеб. пособие для вузов / В.Е. Козин, Т.А. Левина, А.П. Марков и др. – М.: Высшая школа, 1980. - 408с.

6. Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей. Под ред. А.А. Николаева. М.: Издательство литературы по строительству, 1965. – 360с. ил.

7. Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий. Часть 1.Под ред. Староверова. М.: Издательство литературы по строительству, 1967.

Определить горизонтальное осевое усилие H го на неподвижную опору Б. Определить вертикальную нормативную нагрузку F v на подвижную опору.

Схема расчетного участка приведена на рис.6

Трубопровод с d н xS = 200x6 мм. Вес одного погонного метра трубопровода с водой и изоляцией G h = 513 Н. Расстояние между подвижными опорами L = 9 м. Коэффициент трения в подвижных опорах m = 0,4. Реакция компенсатора P к = 9,56кН. Сила упругой деформации угла поворота P х = 0,12 кН.

Расчет горизонтальных усилий H го на опору Б для различных тепловых режимов работы трубопровода выполним по формулам:

H го = P к +m ×G h ×L 1 – 0,7 ×m ×G h ×L 2 = 9560 + 0,4 × 513 × 55 – 0,7 × 0,4 × 513 × 35 = 15818 (Н)

H го = P к +m×G h ×L 2 – 0,7 ×m×G h ×L 1 = 9560 + 0,4 ×513 × 35 – 0,7 × 0,4 × 513 × 55 = 8842 (Н)

H го =P х +m ×G h ×L 2 – 0,7 × (P к + m×G h ×L 1) = 120 + 0,4 × 513 × 35 –

–0,7 × (9560 + 0,4 × 513 × 55) = -7290 (Н)

H го = P х + m×G h ×L 1 – 0,7 × (P к + m×G h ×L 2) = 120 + 0,4 × 513 × 55–

–0,7 × (9560 + 0,4 × 513 × 35) = 6378 (Н)

В качестве расчетного усилия принимаем наибольшее значение H го = 15818 Н =15,818кН. Вертикальную нормативную нагрузку на подвижную опору F v определим по формуле:

F v = G h ×L = 513 ×7 = 3591 Н = 3,591 (кН)

Расчет спускных устройств.

Спускное устройство(клапан) – устройство позволяющие предотвратить возникшее давление в тепловой сети.

Определить диаметры спускных устройств (воздушников и спускников) для участка трубопровода, схема которого приведена на рис.7.

Выполним расчеты для левой стороны. Определим приведенный диаметр d red по формуле:

Приняв коэффициент расхода для вентиля m = 0,0144, коэффициент

n = 0,72 при времени опорожнения не более 2 часов, определим диаметр спускного устройства для левой стороны d 1

Выполним аналогичные расчеты и для правой стороны. Диаметр спускного устройства для правой стороны d 2

Определим диаметр штуцера и запорной арматуры d для обеих сторон

Поскольку расчетный диаметр спускного устройства d =18 мм меньше рекомендованного d у =50 мм (см. рекомендации в методическом пособии), к установке принимаем штуцер с наибольшим диаметром из сравниваемых d у =50 мм.

Подбор элеватора

Элеватор (водоструйный насос) – устройство для смешения высокотемпературной воды из теплосети с водой из обратной магистрали системы отопления и создания в последней циркуляционного давления.

Для системы отопления с расчетным расходом сетевой воды на отопление G = 4,7 т/ч и расчетным коэффициентом смешения u р = 2,2, определить диаметр горловины элеватора и диаметр сопла исходя из условия гашения всего располагаемого напора.

Потери напора в системе отопления при расчетном расходе смешанной воды h = 1,5 м. Располагаемый напор в тепловом пункте перед системой отопления H тп = 25м.

Расчетный диаметр горловины d г определяется по формуле:

Расчетную величину диаметра горловины округляем до стандартного диаметра в сторону уменьшения d г = 30 мм. Располагаемый напор перед элеватором H для расчета сопла определяется как разность располагаемого напора перед системой отопления H тп и потерь напора в системе отопления h.

H = H тп – h = 25–1,5 = 23,5 м

Расчетный диаметр сопла определяем по формуле:

(мм)

Выбран элеватор 40с10бк, производительность 3,0 – 5,0 т/ч

Технические характеристики:

1) Максимальна температура воды, поступающей из теплосети - 150 °C;

2) Максимальная температура обратной воды - 70 °C;

3) Максимальное рабочее давление - 10 кгс/см 2 ;

4) Минимальный напор, необходимый для работы элеватора - 1...1,5 кгс/см 2 ;

5) Материал корпуса, штуцера, фланцев – сталь;

6) Материал сопла - латунь (сталь).

Заключение

В данной курсовой работе выполнен расчет тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение домов микрорайона города.

Произведены расчеты тепловых нагрузок на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Построены зависимости данных нагрузок от температуры наружного воздуха. Из графиков тепловых нагрузок видно, что нагрузки на отопление сильно зависят от температуры наружного воздуха; нагрузки на горячего водоснабжения (ГВС), и практически не изменяются на протяжении года.

Определены расчетные расходы теплоносителя, выбраны трубопроводы на каждом участке сети исходя из расходов теплоносителя и допустимых потерь давления на участке. Построен пьезометрический график, и выбрана тепловая изоляция.

Литература и сайты:

1.СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика/Госстрой СССР М.: Стройиздат, -1997. -140с.

2. СНиП 2.04.07-86*. Тепловые сети -М.: Госстрой, -2001. -48 с.

3.Теплоснабжение/Козин В. Е. и др. -М.: Высшая школа, -1980. -408 с.

4.Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. -М.: Издательство МЭИ, -1999. -472 с.

5.Теплотехнический справочник/Под ред. Юренева В. Н. и Лебедева П. Д. в 2-х т. М.: Энергия. -1995. Т. 1. -744 с.

6.Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей/Под ред. Николаева А. А. -М.: Стройиздат. -1965. -360 с.

7.Справочник по теплоснабжению и вентиляции /Щёкин Р. В. и др. В 2-х кн. Киев: Будивельник, -1996, Кн. 1. -416 с.

8.Сафонов А. П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям. -М.: Энергия, -1994. -240 с.

9.Громов Н. К. Абонентские устройства водяных тепловых сетей. -М.: Энергия, -1989. -248 с

10. Теплоснабжение: учебное пособие для студентов.: Высшая школа, 1980 – 408стр. В.Е. Козин, Т.А.Левина, А.П. Марков, И.Б. Пронина, В.А Слемзин

11.В. М. Боровков, А. А. Калютик, В. В. Сергеев. Ремонт теплотехнического оборудования и тепловых сетей.

12. Ширакс З. Э. Теплоснабжение. -М.: Энергия, -1999. -256 с.

13. http://www.twirpx.com/files/tek/warming/

14. http://www.bestreferat.ru/referat-category-92-1.html

15.http://ru.wikipedia.org/wiki/%D2%E5%EF%EB%EE%F2%E5%F5%ED%E8%EA%E0

16. http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/139128/Теплотехника

17.http://www.politerm.com.ru/zuluhydro/help/piezografic_construction

Приложения:

Приложение №1 Значения эквивалентной длиныдля труб при åx = 1

Приложение №2 Значение коэффициента k2.

Приложение №3 Технические характеристики основных сетевых насосов.

Определение вертикальной и горизонтальной нагрузки на неподвижную опору.

Определение вертикальной нагрузки

Нагрузки, действующие на неподвижные опоры, подразделяются на вертикальные и горизонтальные. К вертикальным нагрузкам относятся весовые (Р в ) и компенсационные (Р к), если трубопровод расположен в вертикальной плоскости).

Р в - ql , H, Стр.37 (37)

где q – вес 1 м трубопровода (вес трубы, изоляционной конструкции и воды);

q = q тр + q из + q в Н/м;

l – пролет между подвижными опорами, м.

1 участок: Р в = 1217*13,0 = 15821 Н

7 участок: Р в = 843*11,6 = 9778,8 Н

Аналогично рассчитаем другие участки трубопроводов.

Если неподвижная опора располагается в узле трубопроводов, то необходимо учитывать дополнительную нагрузку от арматуры и сальниковых компенсаторов.

В дипломном проекте необходимо определить нагрузки на 2-3 неподвижные опоры (согласно заданию руководителя). Для заданных опор определить вертикальную нагрузку.

Горизонтальные нагрузки на неподвижные опоры более многообразны. Они возникают под влиянием следующих сил:

силы упругой деформации гибких компенсаторов или самокомпенсации при их растяжке в холодном состоянии или при тепловом удлинении трубопроводов;

силы внутреннего давления при использовании неуравновешенных сальниковых компенсаторов;

силы трения в сальниковых компенсаторах при тепловом удлинении трубопровода;

силы трения в подвижных опорах при тепловом удлинении трубопроводов, прокладываемых в каналах и наземно;

силы трения трубопровода о грунт при бесканальной прокладке.

Сила трения в подвижных опорах.

Н Стр.38 (38)

где μ – коэффициент трения скольжения; принять для скользящих опор μ = 0,3 – сталь по стали; μ = 0,6 – сталь по бетону; для катковых, роликовых, шариковых и подвесных опор μ = 0,1;

q - вес 1 м трубопровода, Н/м;

L 1 – длина трубопровода от неподвижной опоры до компенсатора или от неподвижной опоры до поворота (при самокомпенсации), м.

1 участок: = 0,3*1217*130 = 47463 Н

7 участок: = 0,3*843*120 = 30348 Н

Сила внутреннего давления

Н Стр.38 (39)

где Р раб – рабочее давление теплоносителя, Па;

f 1 и f 2 - большее и меньшее сечение трубы, м.

На поворотах труб на 90° и при закрытых задвижках f 2 = 0.

1 участок: Р вд = 1,6*(58 – 0) = 92,8 Н

7 участок: Р вд = 1,6*(40 – 0) = 64 Н

Таблица 12

На каждую неподвижную опору осевые усилия действуют слева и справа. В зависимости от направления реакций усилия частично уравновешиваются или суммируются.

Неподвижные опоры, воспринимающие частично уравновешенные горизонтальные осевые усилия, называются разгруженными (промежуточными). Они размещены между смежными прямолинейными участками трубопроводов. Неразгруженные (концевые) опоры размещены на поворотах трубопроводов или перед заглушкой и воспринимают горизонтальные усилия, действующие с одной стороны.

При расчете нагрузок необходимо рассматривать все возможные режимы работы трубопровода от холодного до рабочего состояния.

При определении горизонтальной осевой нагрузки на опору для каждого режима работы трубопровода силы, действующие на неподвижную опору в одном направлении, складываются, а затем из большей суммы сил вычитают меньшую, при этом, учитывая возможные отклонения от расчетных величин, силы трения и силы упругой деформации вычитают с коэффициентом 0,7, чем обеспечивается некоторый запас в расчетной нагрузке на неподвижную опору. При равенстве суммы сил, действующих на опору с обеих сторон, в качестве расчетной принимается одна из сумм с коэффициентом 0,3.

В.В. Логунов, генеральный директор;
В.Л. Поляков, главный конструктор проектов по тепловым сетям;
М.Ю. Юдин, начальник отдела технического сопровождения,
ПАО «НПП «Компенсатор», г. Санкт-Петербург;

Е.В. Кузин, директор, ООО «АТЕКС-ИНЖИНИРИНГ», г. Иркутск

Вводная часть

Вопрос энергоэффективности тепловых сетей тесно связан с технологиями и материалами, применяемыми при строительстве и реконструкции тепловых сетей. При этом все больше решающее значение приобретают современные энергосберегающие технологии. Несмотря то, что в России сильфонные компенсаторы считаются новинкой, уже сейчас явно прослеживается изменение подхода, от того, когда к их применению прибегали от невозможности решить проблему температурных расширений классическими способами, до того момента, когда во многих регионах сильфонные компенсаторы стали обязательным условием технического задания на разработку проектов трубопроводов. И сегодня вопрос применения сильфонных компенсаторов остается открытым только в случае отсутствия достаточной информации по определению целесообразности их применения по сравнению с классическими видами компенсаторов. В данной статье мы рассмотрим технические аспекты применения сильфонных компенсаторов вместо сальниковых.

Сравнение нагрузок сальниковых и сильфонных компенсаторов

Одним из актуальных вопросов при принятии решения об отказе от сальниковых компенсаторов является возможность сохранения существующих неподвижных опор. Решение данного вопроса осложнено из-за значительных различий в нормативной документации на сальниковые и сильфонные компенсаторы. В настоящей статье мы установим у какого типа компенсаторов при прочих равных условиях осевая нагрузка на неподвижные опоры больше. Осевая нагрузка от сильфонного компенсатора на концевую неподвижную опору определяется как:

P кно = P р + P ж + P тр

где Р р - распорное усилие сильфонного компенсатора, Р ж - усилие от осевой жесткости сильфонного компенсатора, Р тр - усилия от трения трубопровода в подвижных опорах (скользящих опорах на участках канальных и надземных прокладок, или трения теплопровода о грунт на участках бесканальной прокладки).

Осевая нагрузка от сальникового компенсатора определяется по аналогичной формуле:

P кно = P С р + P С тр + P тр

где P С р - распорное усилие сальникового компенсатора, Р с тр - усилие от трения сальника сальникового компенсатора, Р тр - усилие от трения трубопровода в подвижных опорах (скользящих опорах на участках канальных и надземных прокладок, или трения теплопровода о грунт на участках бесканальной прокладки).

Любые осевые компенсаторы, будь то сальниковые, сильфонные или линзовые, в силу отсутствия жесткой осевой связи передают распорное усилие (от внутреннего давления среды), действующее на стенку трубопровода и воспринимаемое концевыми неподвижными опорами (рис. 1).

Распорное усилие определяется как произведение давления на площадь приложения усилия. В случае с сильфонным компенсатором под площадью приложения усилия принимается эффективная площадь сильфона, а в случае сальникового компенсатора - площадь приложения усилия определяется наружным диаметром патрубка компенсатора (рис. 2).

Согласно могут подвергаться гидравлическим испытаниям пробным давлением равным 1,25РN. Распорное усилие от любого осевого компенсатора увеличивается пропорционально увеличению давления. В РД-3-ВЭП-2011 максимальное распорное усилие для сильфонных компенсаторов приведено при пробном давлении. Тогда как для сальниковых компенсаторов, как и для всех остальных, в ГОСТ Р 55596-2013 при расчете распорного усилия применяется величина номинального давления. Именно эта разница в подходе к расчету осевых усилий и является определяющей при принятии решения о замене сальникового компенсатора на сильфонный.

Сравним нагрузки от сальникового и сильфонного компенсатора для нескольких диаметров (DN), для PN=16 кгс/см 2 при условии, что распорное усилие будет считаться в двух вариантах: с учетом пробного давления (Р пр), и номинального (PN) (табл. 1). Жесткость сильфонных компенсаторов будем определять согласно РД-3-ВЭП-2011 (табл. 2). Значения силы трения уплотнений сальниковых компенсаторов приведены из альбомов чертежей сальниковых компенсаторов (паспортное значение силы трения) (табл. 3). Трением трубопровода в подвижных опорах в данном расчете пренебрегаем.

Таблица 1. Распорное усилие сальниковых и сильфонных компенсаторов при РN=16 кгс/см2.

Таблица 2. Усилие жесткости сильфонного компенсатора.

Таблица 3. Силы трения сальникового компенсатора (серия 5.903-13 вып. 4).

Таблица 4. Суммарное значение нагрузок на концевые неподвижные опоры.

Как видно из табл. 4, в большинстве рассмотренных случаев при расчете усилия по сходной методике, нагрузка на концевые неподвижные опоры от сильфонного компенсатора оказалась меньше аналогичной нагрузки от сальникового компенсатора. Превышение нагрузки в 1% для DN1000 также не является критичным при принятии решения о замене сальникового компенсатора на сильфонный.

Таким образом, если менять существующий сальниковый компенсатор на сильфонный компенсатор, то в большинстве случаев не возникнет необходимость укрепления существующих концевых неподвижных опор (все расчеты по сильфонным компенсаторам верны только для сильфонных компенсаторов по ИЯНШ.300260.029ТУ. - Прим. авт.).