Компенсаторы или компенсационные устройства применяют при монтаже трубопроводов с высоким давлением или высокой температурой несущего вещества. При работе трубопровода возникает ряд факторов, которые необходимо учитывать, чтобы избежать разрушения несущих конструкций. К таким факторам относят температурные деформации труб, вибрации, возникающие при работе трубопровода, а также оседание фундаментов бетонных опор.
Компенсаторы предназначены для обеспечения подвижности частей системы друг относительно друга. Если не будет такой подвижности, то возрастают нагрузки на соединительные элементы, участки трубопровода, сварные швы. Эти нагрузки превышают допустимые нормы и приводят к разрушению системы.
Различают несколько видов компенсаторов, которые имеют разные принципиальные устройства. Идея разработки П-образного компенсатора появилась в результате явления самокомпенсации трубопроводов, имеющих повороты и изгибы. В процессе работы теплотрассы трубы за счет этих поворотов способны проявлять устойчивость к деформациям кручения и растяжения.
Однако рассчитывать на самокомпенсацию не приходится, так как абсолютная величина смещения зависит от количества поворотных элементов. Чтобы обеспечить возможность компенсации деформаций, на прямолинейном участке магистрали обустраивают П-образное колено, играющее роль компенсатора.
Принцип действия П-образного компенсатора
По своему устройству П-образный компенсатор считается самым простым, так как он состоит из минимального набора элементов. Именно такой минимализм позволил обеспечить широкий диапазон технических характеристик (температуры, давления). Изготавливается компенсатор одним из двух способов.
- Цельная труба гнется в нужных местах с определенным радиусом изгиба, образуя П-образную конструкцию.
- В состав компенсатора входят 7 элементов, среди которых три прямолинейных отвода и 4 поворотных уголка, которые свариваются в единую конструкцию.
Вследствие того, что данный компенсатор приходится часто обслуживать, ведь в П-образном колене часто скапливаются осадки в виде грязи или других плотных структур, его соединительные патрубки снабжают фланцами или резьбовыми муфтами. Это позволяет монтировать и демонтировать устройство без применения специнструмента.
П-образные компенсаторы предусмотрены как для стальных труб, так и для полиэтиленовых труб. Конструкция не лишена недостатков. Так, к примеру, на монтаж П-образного компенсатора в системе отопления требуется потратить дополнительный материал в виде труб, уголков, сгонов. Для тепловых сетей все осложняется установкой дополнительных опор.
Требования к монтажу и себестоимость установки П-образных устройств
Несмотря на относительную простоту устройства, не всегда монтаж П-образного компенсатора оказывается ниже по себестоимости, по сравнению, например, со стоимостью сильфонного компенсатора.
Сейчас речь идет о трубопроводах большого диаметра.
В таком случае затраты на дополнительные элементы и их монтирование превышают стоимость сильфонного устройства, а если учесть необходимость постройки опор, то разница в цене будет весьма ощутимой.
В случае, если компенсатор изготавливается путем сгиба прямолинейной трубы, необходимо учитывать, что радиус этого сгиба должен равняться восьми радиусам самой трубы. При наличии швов конструкцию изготавливают так, чтобы эти швы приходились на прямолинейные участки. При образовании крутозагнутых отводов, естественно, приходится отступать от этих правил.
Плюсы и минусы П-образной конструкции
Целесообразно применять данный тип компенсаторов при монтаже трубопроводов небольших диаметров. Здесь необходимо отметить, что диапазон размеров сильфонных компенсаторов несколько шире. П-образное колено отлично справляется с вибрациями, однако для его изготовления требуется большое количество материала, что существенно повышает стоимость устройства.
Сравнение характеристик сильфонного и П-образного компенсаторов позволяет выявить основные достоинства и недостатки каждого типа устройств. К примеру, П-образный компенсатор требуется периодически обслуживать, прочищать от отложений. Сильфонные же компенсаторы не страдают такими недостатками.
Еще один момент, который хотелось бы отметить, касается компенсирующей способности двух видов устройств. Если рассматривать только абсолютные значения, то в этом плане явного преимущества не наблюдается ни с одной, ни с другой стороны.
Однако для увеличения максимального смещения в П-образном компенсаторе придется увеличивать размер колена. Для сильфонного же компенсатора достаточно использовать двухсекционную гофру, что практически никак не сказывается на габаритах.
Хотелось бы добавить в копилку положительных свойств такое качество, как отсутствие контроля во время эксплуатации.
Но в условиях густонаселенного пункта не всегда находится свободное пространство для обустройства трубопровода с П-образным компенсатором.
Колено может монтироваться только на горизонтальных участках, в то время как сильфонный компенсатор устанавливается на любом прямолинейном участке.
Наконец, еще одно преимущество сильфонного компенсатора – он не повышает сопротивления течения жидкости и газа. П-образное колено в значительной степени снижает скорость потока. При использовании такого типа устройств в домашней система отопления придется устанавливать циркуляционный насос, так как за счет естественной конвекции жидкость может не циркулировать, встретив на пути препятствие.
Расчеты для компенсаторов
Отсутствие стандартов ГОСТ на П-образные устройства иногда существенно усложняют задачу планирования проекта, поэтому необходим предварительный расчет п-образного компенсатора. Прежде всего, необходимо отталкиваться от нужд проекта. Учитываются размеры трубопровода, его диаметр, максимальное давление и величина предполагаемого смещения.
Это означает, что приобрести готовый компенсатор практически не удастся. Для каждого конкретного случая его необходимо изготовить персонально. В этом кроется еще один недостаток, по сравнению с сильфонными устройствами.
При расчете параметров следует учитывать следующие ограничения и условия:
- в качестве материала для трубопровода используется сталь;
- компенсаторы рассчитаны как на водную, так и на газообразную среду;
- максимальное давление носителя не превышает 1,6 атмосфер;
- компенсатор должен иметь правильную форму в виде буквы «П»;
- монтируется только на горизонтальных участках;
- исключено воздействие ветра.
Следует понимать, что приведенные параметры считаются идеальными. В реальных же условиях удается соблюдать всего лишь пару пунктов. Когда речь заходит о температуре среды, необходимо ее значение взять по максимуму, а температуру окружающего воздуха принять минимальной.
Монтаж компенсатора
При строительстве магистрали следует пользоваться определенными правилами, которые касаются и обустройства П-образных компенсаторов. Его устанавливают так, чтобы вылет был направлен в правую сторону.
Стороны определяют, если смотреть на трубопровод от источника к приемнику.
Если же отсутствует требуемое для компенсатора место справа, то вылет делают влево, однако обратную магистраль придется вести с правой стороны, а это приводит к изменениям в проекте.
Перед непосредственным вводом в эксплуатацию теплотрассы требуется обязательная предварительная растяжка компенсатора. Наполненные трубы испытывают избыточное давление, поэтому если не сделать данную процедуру, то металл вскоре начнет разрушаться.
Натяжку производят специальными домкратами, а после пуска их убирают, и колено занимает свое прежнее положение. О величине натяжки говорят паспортные данные, предусмотренные для каждого устройства. При установке опор необходимо рассчитать их местоположение, они должны располагаться так, чтобы деформации приводили лишь к осевому смещению трубы на опоре.
Start Express Online
Хочу узнать больше
Хочу узнать больше
Начать работу с программой очень просто.
Для работы в системе необходимо зарегистрироваться с помощью адреса своей электронной почты. После подтверждения адреса вы сможете с ним входить в систему.
Ваши данные хранятся на сервере и доступны вам в любое время. Обмен с сервером производится по защищенному протоколу.
Расчеты производятся на сервере, скорость их выполнения не зависит от производительности вашего устройства.
Начать работу
Расчетное ядро
Для расчетов используется ядро программного комплекса СТАРТ.
Расчетное ядро обновляется одновременно с выпусками новых версий СТАРТ.
С помощью StartExpress можно определить:
- компенсирующую способность поворотов Г-, Z-образной формы и П-образных компенсаторов при прокладке трубопроводов над землей и в подземных каналах;
- компенсирующую способность поворотов Г-, Z-образной формы и П-образных компенсаторов при бесканальной прокладке трубопроводов в грунте;
- толщину стенки или предельное давление для труб согласно выбранному нормативному документу;
- расстояния между промежуточными опорами трубопровода из условий прочности и жесткости;
Расчет поворотов Г-, Z-образной формы и П-образных компенсаторов при прокладке трубопроводов над землей и в подземных каналах осуществляется для участков, расположенных между двумя неподвижными (мертвыми) опорами. При известном расстоянии между неподвижными опорами определяется требуемый вылет для П-образного компенсатора, Z-образного поворота и короткое плечо для Г-образного поворота, исходя из допускаемых компенсационных напряжений. Это избавляет проектировщиков от необходимости пользоваться устаревшими номограммами для Г-, Z- и П-образных участков.
Расчет поворотов Г-, Z-образной формы и П-образных компенсаторов при бесканальной прокладке трубопроводов в грунте позволяет по заданному вылету для П-образного компенсатора или Z-образного поворота и длине короткого плеча Г-образного поворота определить допустимое расстояние между неподвижными опорами, то есть ту длину участка защемленного в грунте трубопровода, которая может быть скомпенсирована при заданном температурном перепаде. Рассматриваются П-образные компенсаторы и повороты Г-, Z-образной формы с произвольными углами. Для тех же трубопроводных участков можно выполнить проверочный расчет – при заданных габаритах определить напряжения, перемещения и нагрузки на неподвижные опоры.
В настоящий момент пользователю доступны два вида элементов:
- Прямые участки трубопровода. Поверочный расчет и подбор толщины стенки, расчет длины пролетов.
- Трубные компенсаторы различной конфигурации (Г,Z,П-образные) и расположения (вертикальный и горизонтальный наземной прокладки, подземной канальной прокладки, подземной в грунте). Поверочный расчет и подбор параметров компенсатора.
Нормативные документы, в соответствии с которыми производится расчет:
- РД 10-249-98 — Трубопроводы пара и горячей воды
- ГОСТ 55596-2013 — Тепловые сети
- CJJ/T 81-2013 — Тепловые сети (стандарт КНР)
Расчеты напряженно-деформированного состояния труб и оболочек от действия гидростатического давления
Skip to content
Проектирование и разработка конструкторской документации. Механическое промышленное оборудование, системы, металлоконструкции.
Комплексные расчеты на прочность. Гидро- и газодинамика. Тепловые расчеты.
При транспортировке и хранении жидких сред, организации технологического процесса, использовании систем гидропривода, теплообмена и во многих других случаях неизбежно возникает необходимость работы технических объектов под действием гидростатического давления.
Комплексный расчет трубопроводов и их элементов на прочность выполняется в соответствии с ГОСТ 32388-2013, расчет сосудов и аппаратов по ГОСТ 34233.1-2017.
Данные нормативные документы регламентируют, кроме всего прочего, номинальные допускаемые напряжения стенок трубопроводов и сосудов под давлением.
Здесь же мы ограничимся онлайн расчетом напряженно-деформированного состояния самых общих задач – трубопровода, толстостенной и составной трубы, а так же тонкостенной осесимметричной оболочки.
Расчет прочности трубопровода
Прочностной расчет трубопровода – наиболее распространенная задача, и здесь, кроме определения напряжений и деформаций по заданной толщине стенки и давлению, рассчитывается толщина стенки трубы с учетом заданной скорости коррозии и допускаемого номинального напряжения. Скорость коррозии в целом зависит от проводимой среды и скорости потока, и рассчитывается по отраслевым стандартам.
В местах приварки плоских фланцев, приварной арматуры и других жестких элементов наблюдается краевой эффект – возникновение изгибных напряжений вследствие ограничения свободного расширения трубопровода под действием давления. В алгоритме реализована возможность учета краевого эффекта при расчете напряжений.
Исходные данные:
- D – диаметр трубопровода, в миллиметрах;
- t – толщина стенки трубы, в миллиметрах;
- P – давление в трубопроводе, в паскалях;
- E – модуль упругости материала, в паскалях;
- ν – коэффициент Пуассона;
- s – скорость коррозии, в миллиметрах / год;
[σ] – допускаемые номинальные напряжения, в мегапаскалях.
РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДА ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Эквивалентные напряжения стенки σ, МПа
Радиальные перемещения точек трубы Х, мм
Расчетная толщина стенки tрасч, мм
Эквивалентные напряжения:
σ = π×D/2t;
Радиальные перемещения точек трубы:
X = (D / 2E)×(P×D / 2t – (ν×P×D / 4t));
Расчетная толщина стенки:
tрасч = P×D / 2[σ] + T×S.
Выполнен расчет частного случая осесимметричной оболочки – сферы под внутренним давлением.
Исходные данные:
- P – давление внутри сферы, в паскалях;
- D – диаметр сферы, в миллиметрах;
- t – толщина стенки, в миллиметрах;
- E – модуль упругости материала, в паскалях;
- ν – коэффициент Пуассона.
Эквивалентные напряжения:
σ = P×D/4t;
Радиальные перемещения стенки:
X = (D×σ / 2E)×(1 – ν).
В технике широко применяются такие конструкции, которые с точки зрения расчета на прочность и жесткость могут быть отнесены к тонкостенным осесимметричным оболочкам вращения. В основном это различного рода сосуды под давлением.
Оболочки такого типа рассчитываются по безмоментной теории и в них рассматриваются только нормальные напряжения в меридианальном направлении (вдоль образующей) и в окружном направлении (перпендикулярном меридианальному).
Ниже даны вычисления эквивалентных напряжений в заданной точке осесимметричных оболочек произвольной геометрии.
Исходные данные:
- P – давление внутри оболочки, в паскалях;
- r – внутренний радиус оболочки в исследуемой точке поверхности, в миллиметрах;
- R – меридианальный радиус оболочки в исследуемой точке поверхности, в миллиметрах;
- Н – расстояние по вертикали (вдоль оси оболочки) от центра радиуса R до исследуемой точки оболочки, в миллиметрах;
- t – толщина стенки, в миллиметрах;
- α – угол наклона образующей оболочки к оси (применяется только при прямолинейной образующей, в остальных случаях следует оставить поле пустым), в градусах;
- Толщина стенки t, мм
- Угол наклона α, град
Эквивалентные напряжения σ, МПа
Напряжения в меридианальном направлении:
σm = P×r / 2t×cosβ, где β – угол между касательной к образующей оболочки и ее осью.
Напряжения в окружном направлении:
σt×sinβ / r + σm / R = 1 – уравнение Лапласа.
В случае, если толщина стенки трубы превышает одну десятую среднего радиуса поперечного сечения, то труба считается толстостенной и расчет прочности не допускается проводить по методике расчета тонкостенных труб.
Причиной этому является изменение окружных напряжений по толщине стенки трубы (в тонкостенных трубах оно принято постоянным), а так же то, что в наружных слоях стенки трубы радиальные напряжения сравнимы по значению с окружными напряжениями и их действием пренебрегать уже нельзя.
Ниже рассчитываются напряжения толстостенной трубы в радиальном, окружном и осевом направлении, а так же эквивалентные напряжения по III теории прочности в произвольно взятой точке.
Исходные данные:
- R1 – внутренний радиус трубы, в миллиметрах;
- R2 – внешний радиус трубы, в миллиметрах;
- r – радиус исследуемой точки стенки трубы, в миллиметрах;
- P1 – внутреннее давление, в паскалях;
- P2 – внешнее давление, в паскалях;
- F – нагрузка в осевом направлении, в ньютонах;
- E – модуль упругости, в паскалях;
- ν – коэффициент Пуассона.
РАСЧЕТ ТОЛСТОСТЕННОЙ ТРУБЫ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
- Напряжения в радиальном направлении σr, МПа
- Напряжения в окружном направлении σt, МПа
- Напряжения в осевом направлении σz, МПа
- Эквивалентные напряжения в точке σэкв, МПа
- Радиальные перемещения стенки Х, мм
Напряжения в радиальном направлении:
σr = ((P1×R12 – P2×R22) / (R22 – R12)) – ((P1 – P2)×R12×R22 / (R22 – R12))×(1/r 2);
Напряжения в окружном направлении:
σt = ((P1×R12 – P2×R22) / (R22 – R12)) + ((P1 – P2)×R12×R22 / (R22 – R12))×(1/r 2);
Напряжения в осевом направлении:
σz = F/(π×(R22 – R12)).
Минимально возможные максимальные напряжения в трубе, нагруженной внутренним давлением не могут быть меньше удвоенного значения давления нагрузки вне зависимости от толщины стенки трубы.
В случае, если номинальные допустимые напряжения лежат ниже этого значения, могут быть применены составные трубы.
В этом случае внешняя труба устанавливается на внутреннюю с натягом, тем самым разгружая ее внутренние слои и сама воспринимает часть приложенной нагрузки.
Ниже выполнен расчет натяга из условий равнопрочности внутренней и внешней трубы, расчет оптимального диаметра сопряжения, обеспечивающего минимальные напряжения, а так же расчет контактного давления между смежными стенками трубы. По результатам данного расчета можно вычислить напряжения в произвольной точке составной трубы, воспользовавшись выше приведенным расчетом толстостенных труб.
Исходные данные:
- D1 – внутренний диаметр трубы, в миллиметрах;
- D2 – номинальный смежный диаметр трубы, в миллиметрах;
- D3 – внешний диаметр трубы, в миллиметрах;
- Δ – натяг составной трубы, в миллиметрах;
- P – внутреннее давление в трубе, в паскалях;
- E – модуль упругости, в паскалях;
©ООО”Кайтек”, 2020. Любое использование либо копирование материалов или подборки материалов сайта, может осуществляться лишь с разрешения автора (правообладателя) и только при наличии ссылки на сайт www.caetec.ru
П-образный компенсатор
Здравствуйте! При нагревании трубопроводы системы теплоснабжения имеют свойство удлиняться. И то, насколько они увеличатся по длине, будет зависеть от их начальных габаритов, от материала, из которого они изготовлены, и температуры вещества, транспортируемого по трубопроводу.
В потенциале изменение линейных размеров трубопроводов может привести к разрушению резьбовых, фланцевых, сварных соединений, повреждению иных элементов.
Разумеется, при конструировании трубопроводов учитывается то, что они удлиняются при нагревании и укорачиваются при наступлении низких температур.
Самокомпенсация теплотрасс и дополнительные компенсирующие элементы
Существует в сфере теплоснабжения такое явление, как самокомпенсация. Под этим понимается способность трубопровода самостоятельно, без помощи специальных устройств и приспособлений, компенсировать те изменения размеров, которые происходят в результате теплового воздействия, за счёт упругости металла и геометрической формы.
Самокомпенсация возможна только при наличии в трубопроводной системе изгибов либо поворотов. Но не всегда при проектировании и монтаже имеется возможность для создания большого количества таких «естественных» компенсаторных механизмов. В таких случаях актуально подумать над созданием и установкой дополнительных компенсаторов.
Они бывают следующих типов:
- • П-образные;
- • линзовые;
- • сальниковые;
- • волнистые.
Способы изготовления П-образных компенсаторов
В данной статье мы подробно поговорим о П-образных компенсаторах, которые на сегодняшний день являются самыми распространёнными. Данные изделия, покрытые полиэтиленовыми оболочками, можно применять на технологических трубопроводах всех типов.
По сути, они являются одним из методов самокомпенсации — на коротком отрезке создаётся несколько изгибов в виде буквы «П», а затем трубопровод продолжает идти по прямой. Такие П-образные конструкции делаются из цельных изогнутых труб, из отрезков труб или отводов, которые сваривают между собой.
То есть изготавливают их из того же самого материала, из той же марки стали, что и трубы.
Экономичней всего гнуть компенсаторы из одной цельной трубы. Но если общая длина изделия составляет более 9 метров, то их следует изготовлять из двух, трёх или семи частей.
- • В случае, если компенсатор нужно изготовить из двух составных частей, то шов располагается на так называемом вылете.
- • Трёхчастная конструкция предполагает, что гнутую «спинку» изделия будут создавать из цельного куска трубы, а потом к ней приварят два прямых отвода.
- • Когда частей предполагается семь, то четыре из них должны быть коленцами, а остальные три — патрубками.
Важно помнить и то, что радиус сгиба отводов при заготовке компенсаторов из прямых частей должен быть равен четырём наружным диаметрам трубы. Это можно выразить следующей несложной формулой: R=4D.
Из скольких бы частей не изготавливался описываемый компенсатор, сварной шов всегда желательно располагать на прямом участке отвода, который будет равен диаметру трубы (но не менее 10 сантиметров). Впрочем, бывают ещё и крутозагнутые отводы, где прямые элементы отсутствуют вовсе — в таком случае можно отойти от вышеуказанного правила.
Достоинства и недостатки рассматриваемых изделий
Компенсаторы данного типа специалисты рекомендуют применять для трубопроводов небольшого диаметра — до 600 миллиметров.
Участки в виде больших букв «П» на данных трубопроводах при возникновении каких-либо колебаний эффективно гасят их за счёт изменения своего положения по продольной оси. Это как бы не позволяет колебаниям «продвигаться» по теплотрассе дальше.
В трубопроводах, требующих разбора для того, чтобы произвести очистку, П-образные компенсаторы дополнительно снабжают присоединительными деталями на фланцах.
П-образные изделия хороши тем, что они не нуждаются в контроле в период эксплуатации. Это их отличает от изделий сальникового типа, для обслуживания которых нужны специальные камеры ответвлений. Однако для обустройства П-образных компенсаторов требуется некоторое пространство, а в плотно застроенном городе оно находится не всегда.
У рассматриваемых компенсаторов, разумеется, есть не только достоинства, но и недостатки. Самый очевидный из них такой – для изготовления компенсаторов дополнительно расходуются трубы, а они стоят денег.
Кроме того, установка данных компенсаторов ведёт к тому, что увеличивается общее сопротивление движению жидкости-теплоносителя.
Плюс ко всему такие компенсаторы отличают значительные размеры, и потребность в специальных опорах.
Расчёты для П-образных компенсаторов
В России по-прежнему не стандартизированы параметры для П-образных компенсаторов. Их производят в соответствии с нуждами проекта и по тем данным, которые в этом проекте прописываются (тип, размеры, диаметр, материал и т. д.).
Но всё-таки определять габариты П-образного компенсатора наобум, конечно, не следует.
Специальные расчёты помогут узнать те габариты компенсатора, которые окажутся достаточными для компенсации деформаций теплотрассы из-за температурных перепадов.
- При подобных расчётах, как правило, принимаются следующие условия:
- • трубопровод изготовлен из стальных труб;
- • по нему течёт вода либо пар;
- • давление внутри трубопровода не превышает 16 бар;
- • температура рабочей среды не более 2000 градусов по Цельсию
- • компенсаторы симметричны, длина одного плеча строго равна длине второго плеча;
- • трубопровод находится в горизонтальном положении;
- • на трубопровод не действует давление ветра и прочие нагрузки.
Как мы видим, здесь берутся идеальные условия, что, разумеется, делает конечные цифры весьма условными и приблизительными. Но такие расчёт всё равно позволяют снизить риск повреждений трубопровода при эксплуатации.
И ещё одно важное дополнение. При расчётах изменения трубопровода под воздействием тепла за основу берётся наибольшая температура перемещаемой воды или пара, а температура окружающей среды, наоборот, выставляется минимальная.
Сборка компенсаторов
Собирать компенсаторы необходимо на стенде или на абсолютно ровной твёрдой площадке, на которой удобно будет производить сварочные работы и подгонку. Начиная работы, нужно точно нанести ось будущего П- участка и установить контрольные маячки для элементов компенсатора.
После изготовления компенсаторов нужно также проверить их размеры — отклонение от намеченных линий должно не превышать четырёх миллиметров.
Монтаж П-образных компенсаторов
Место для П-образных компенсаторов обычно выбирается с правой стороны теплопровода (если смотреть от источника тепла к конечному пункту).
Если же справа нет необходимого пространства, то возможно (но лишь в качестве исключения) устроить вылет для компенсатора слева, не меняя в целом расчётные габариты.
При таком решении с внешней стороны будет находиться обратный трубопровод, и размеры его окажутся чуть больше тех, что требовались согласно предварительным вычислениям.
Пуск теплоносителя всегда создаёт в трубах из металлов значительное напряжение. Чтобы справиться с ним, П-образный компенсатор в процессе монтажа следует растянуть по максимуму – это увеличит его эффективность. Растяжку делают после установки и фиксации опор с обеих сторон от компенсатора.
Трубопровод при растяжке в зонах его приваривания к опорам должен оставаться строго неподвижным. П-образные компенсаторы сегодня растягивают при помощи талей, домкратов и прочих подобных приспособлений.
Величину предварительной растяжки компенсирующего элемента (или величину его сжатия) следует обязательно указать в паспорте на теплотрассу и проектных документах.
Если планируется расположение П-образных элементов группами на нескольких трубопроводах, идущих параллельно, то растяжку заменяют такой процедурой, как натяжка труб в «холодном» состоянии. Подобный вариант предполагает и особый порядок проведения монтажных процедур. В данном случае компенсатор прежде всего следует установить на опоры и сварить стыки.
Но при этом в одном из стыков должен остаться зазор, который будет соответствовать заданной растяжке П-компенсатора. Для того, чтобы избежать снижения компенсационной способности изделия и предотвратить перекосы, для натяжения следует воспользоваться стыком, который будет находиться от оси симметрии компенсатора на расстоянии от 20 до 40 трубных диаметров.
Установка опор
Особо стоит сказать об установке опор для П-компенсаторов. Их необходимо смонтировать так, чтобы трубопровод перемещался лишь вдоль продольной оси и никак иначе. В таком случае компенсатор примет на себя все возникающие продольные колебания.
Сегодня для одного П-компенсатора необходимо устанавливать не менее трёх качественных опор. Две из них следует располагать под теми участками компенсатора, которые состыкуются с основным трубопроводом (то есть под двумя вертикальными палочками буквы «П»).
Допустимо также монтировать опоры на самом трубопроводе поблизости от компенсатора. Причём между краем опоры и сварным стыком должно быть хотя бы на полметра.
Ещё одна опора создаётся под спинкой компенсатора (горизонтальной палочкой в букве «П»), как правило, на особой подвеске.
Если теплотрасса имеет уклон, то боковые части П-образных элементов должны располагаться строго по уровню (то бишь уклон должен соблюдаться). В большинстве случаев компенсаторы в виде буквы «П» устанавливаются горизонтально. Если же компенсатор устанавливается в вертикальном положении внизу обязательно должна быть организована соответствующая дренажная система.
Какие данные о компенсаторах нужно занести в паспорт теплотрассы?
- По окончании монтажа П-образного компенсатора в паспорт теплопровода вносятся такие сведения:
- • технические параметры компенсатора, предприятие-изготовитель и год производства;
- • расстояние меж опорами, производимая компенсация и величина растяжения;
- • температура окружающей атмосферы в период, когда проводились работы, и дата установки.
- Что касается, например, компенсирующей способности П-образного изделия, то она имеет чёткую зависимость от ширины, от радиуса изгибов и вылета.
Расчет тепловых расширений трубопроводов
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.
Расчет предварительного растяжения компенсатора при монтаже
Размер смещения компенсационного устройства может быть выражен набором положительных и отрицательных значений.
Положительное значение, показывает на какую величину устройство может быть растянуто, отрицательное значение, в свою очередь, говорит о том, на сколько компенсатор можно сжать. Сумма абсолютных чисел показывает полное смещение компенсатора.
Компенсационные устройства чаще всего работают на сжатие. Их часто используют в криогенных системах, где они компенсируют температурные деформации трубопроводов.
Предварительное растяжение перед установкой компенсационного устройства на место, необходима для оптимального его смещения в зависимости от условий, в которых работает трубопроводная система, и для предотвращения возникновения нештатных ситуаций.
Максимальные значения изменения размеров трубопровода от предельных температур во время его эксплуатации. Например, минимальная температура равняется 0 градусов, а максимальная составляет 100 градусов. Длина составляет 90 метров. Максимальное увеличение длины трубопровода составит 100 мм.
В качестве примера рассмотрим то, что на таком трубопроводе будет использован компенсатор с предельным смещением 100 мм. Температура воздуха во время выполнения монтажных работ составляет 20 градусов.
Такие условия приведут к тому, что компенсационное устройство будет работать в следующем режиме:
- при 0 — он растянется на 50 мм;
- при 100 — он сожмется на 50 мм;
- при 50 — он будет находиться в свободном состоянии;
- при 20 — он растянется на 30 мм.
То есть, если его предварительно растянуть на 30 мм, при выполнении монтажных работ (температура равна 20 градусам), то это обеспечит его эффективную работу. Ели температура вырастет от 20 до 50 градусов, после ввода его в эксплуатацию, то компенсационное устройство вернется в свободное состояние. Если температура поднимется до 1000, то смещение компенсация составит расчетные 50 мм.
Порядок расчета значения предварительного растяжения
В качестве примера, примем следующие условия. За основу возьмем то, что длина трубы равна 33 метрам. Диапазон температур равняется -20/+150 градусов. При такой разнице температур коэффициент равняется 0,012. Максимальное удлинение рассчитывается по следующей формуле
- ΔL = α*L*Δt = 0,012 х 33 х 170 = 67 мм
- Размер предварительного растяжения PS определяют по формуле:
- PS = (ΔL/2) — ΔL(Ty-Tmin): (Tmax-Tmin)
- Подставив необходимые значения можно рассчитать, что при выполнении монтажа его необходимо установить с предварительным растяжением равным 18 мм.
- Бесспорно, этот расчет не отличается большой сложностью, но при оформлении заказа на компенсационное устройство, наши инженеры проведут все необходимые расчеты и на их основании будет разработана рабочая документация, которая необходима для производства компенсаторов.
Загрузка...
