Расчет нагрузок на опоры от теплотрассы. Расчет усилий в неподвижных опорах теплопровода
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
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
Размеры труб, мм | l э, м, при k э, м | Размеры труб, мм | l э, м, при k э, м | ||||||
, мм | , мм | 0,0002 | 0,0005 | 0,001 | , мм | , мм | 0,0002 | 0,0005 | 0,001 |
33,5´3,2 | 0,84 | 0,67 | 0,56 | 377´9 | 21,2 | 16,9 | 14,2 | ||
38´2,5 | 1,08 | 0,85 | 0,72 | 426´9 | 24,9 | 19,8 | 16,7 | ||
45´2,5 | 1,37 | 1,09 | 0,91 | 426´6 | 25,4 | 20,2 | |||
57´3 | 1,85 | 1,47 | 1,24 | 480´7 | 29,4 | 23,4 | 19,7 | ||
76´3 | 2,75 | 2,19 | 1,84 | 530´8 | 33,3 | 26,5 | 22,2 | ||
89´4 | 3,3 | 2,63 | 2,21 | 630´9 | 41,4 | 32,9 | 27,7 | ||
108´4 | 4,3 | 3,42 | 2,87 | 720´10 | 48,9 | 38,9 | 32,7 | ||
133´4 | 5,68 | 4,52 | 3,8 | 820´10 | 57,8 | 38,7 | |||
159´4,5 | 7,1 | 5,7 | 4,8 | 920´11 | 66,8 | 53,1 | 44,7 | ||
194´5 | 9,2 | 7,3 | 6,2 | 1020´12 | 76,1 | 60,5 | 50,9 | ||
219´6 | 10,7 | 8,5 | 7,1 | 1120´12 | 85,7 | 68,2 | 57,3 | ||
273´7 | 14,1 | 11,2 | 9,4 | 1220´14 | 95,2 | 95,2 | 63,7 | ||
325´8 | 17,6 | 14,0 | 11,8 | 1420´14 | 115,6 | 91,9 | 77,3 |
Приложение №2 Значение коэффициента k2.
Приложение №3 Технические характеристики основных сетевых насосов.
Тип насоса | Подача, м 3 /с (м 3 /ч) | Напор, м | Допустимый кавитационный запас, м ст.ж., не менее | Давление на входе в насос, МПа(кгс/см 2) не более | Частота вращения (синхронная), 1/с(1/мин) | Мощность, кВт | К. п. д., %, не менее | Температура перекачиваемой воды, К(°С), не более | Масса насоса, кг |
СЭ-160-50 СЭ-160-70 СЭ-160-100 СЭ-250-50 СЭ-320-110 СЭ-500-70-11 СЭ-500-70-16 СЭ-500-140 СЭ-800-55-11 СЭ-800-55-16 СЭ-800-100-11 СЭ-800-100-16 СЭ-800-160 СЭ-1250-45-11 СЭ-1250-45-25 СЭ-1250-70-11 СЭ-1250-70-16 СЭ-1250-100 СЭ-1250-140-11 СЭ-1250-140-16 СЭ-1600-50 СЭ-1600-80 СЭ-2000-100 СЭ-2000-140 СЭ-2500-60-11 СЭ-2500-60-25 СЭ-2500-180-16 СЭ-2500-180-10 СЭ-3200-70 СЭ-3200-100 СЭ-3200-160 СЭ-5000-70-6 СЭ-5000-70-10 СЭ-5000-100 СЭ-5000-160 | 0,044(160) 0,044(160) 0,044(160) 0,069(250) 0,089(320) 0,139(500) 0,139(500) 0,139(500) 0,221(800) 0,221(800) 0,221(800) 0,221(800) 0,221(800) 0,347(1250) 0,347(1250) 0,347(1250) 0,347(1250) 0,347(1250) 0,347(1250) 0,347(1250) 0,445(1600) 0,445(1600) 0,555(2000) 0,555(2000) 0,695(2500) 0,695(2500) 0,695(2500) 0,695(2500) 0,890(3200) 0,890(3200) 0,890(3200) 1,390(5000) 1,390(5000) 1,390(5000) 1,390(5000) | 5,5 5,5 5,5 7,0 8,0 10,0 10,0 10,0 5,5 5,5 5,5 5,5 14,0 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 8,5 8,5 22,0 22,0 12,0 12,0 28,0 28,0 15,0 15,0 32,0 15,0 15,0 15,0 40,0 | 0,39 4 0,39 4 0,39 4 0,39 4 0,39 4 1,08 11 1,57 16 1,57 16 1,08 11 1,57 16 1,08 11 1,57 16 1,57 16 1,08 11 2,45 25 1,08 11 1,57 16 1,57 16 1,08(11) 1,57(16) 2,45(25) 1,57(16) 1,57(16) 1,57(16) 1,08(11) 2,45(25) 1,57(16) 0,98(10) 0,98(10) 0,98(10) 0,98(10) 0,59(6) 0,98(10) 1,57(16) 0,98(10) | 50(3000) 50(3000) 50(3000) 50(3000) 50(3000) 50(3000) 50(3000) 50(3000) 25(1500) 25(1500) 25(1500) 25(1500) 50(3000) 25(1500) 25(1500) 25(1500) 25(1500) 25(1500) 25(1500) 25(1500) 25(1500) 25(1500) 50(3000) 50(3000) 25(1500) 25(1500) 50(3000) 50(3000) 25(1500) 25(1500) 50(3000) 25(1500) 25(1500) 25(1500) 50(3000) | 393(120) 453(180) 453(180) 393(120) 453(180) 393(120) | - - - - - - - - - - - - - - - - - - |
1. Вертикальную нормативную нагрузку на опору труб , Н, следует определять по формуле
где - вес 1м трубопровода, включающий вес трубы, теплоизоляционной конструкции и воды (для паропроводов учитывается вес воды при гидравлическом испытании), Н/м;
Пролет между подвижными опорами, м.
Примечания: 1. Пружинные опоры и подвески паропроводов 400 мм в местах, доступных для обслуживания, допускается рассчитывать на вертикальную нагрузку без учета веса воды при гидравлическом испытании, предусматривая для этого специальные приспособления для нагрузки опор во время испытания.
2. При размещении опоры в узлах трубопроводов должен дополнительно учитываться вес запорной и дренажной арматуры, компенсаторов, а также вес трубопроводов на прилегающих участках ответвлений, приходящихся на данную опору.
3. Схема нагрузок на опору приведена на чертеже.
Схема нагрузок на опору
1 - труба; 2 - подвижная опора трубы
2. Горизонтальные нормативные осевые , , и боковые , , нагрузки на подвижные опоры труб от сил трения в опорах нужно определять по формулам:
(2)
(3)
где - коэффициенты трения в опорах соответственно при перемещении опоры вдоль оси трубопровода и под углом к оси, принимаемые по табл. 1* данного приложения;
Вес 1 м трубопровода в рабочем состоянии, включающий вес трубы, теплоизоляционной конструкции и воды для водяных и конденсатных сетей (вес воды в паропроводах не учитывается), Н/м.
Таблица 1*
Коэффициенты трения
При известной длине тяги коэффициент трения для жесткой подвески следует определять по формуле
где - тепловое удлинение участка трубопровода от неподвижной опоры до компенсатора, мм;
Рабочая длина тяги, мм.
3. Горизонтальные боковые нагрузки с учетом направления их действия должны учитываться при расчете опор, расположенных под гибкими компенсаторами, а также на расстоянии трубопровода от угла поворота или гибкого компенсатора.
4. При определении нормативной горизонтальной нагрузки на неподвижную опору труб следует учитывать:
4.1. Силы трения в подвижных опорах труб , Н, определяемые по формуле
где - коэффициент трения в подвижных опорах труб;
Вес 1 м трубопровода в рабочем состоянии (п. 2), Н/м;
Длина трубопровода от неподвижной опоры до компенсатора или угла поворота трассы при самокомпенсации, м.
4.2. Силы трения в сальниковых компенсаторах, , Н, определяемые по формулам:
; (6)
, (7)
где - рабочее давление теплоносителя (п. 7.6), Па, (но не менее 0,5 · Па);
Длина слоя набивки по оси сальникового компенсатора, м;
Наружный диаметр патрубка сальникового компенсатора, м;
Коэффициент трения набивки о металл, принимаемый равным 0,15;
Число болтов компенсатора;
Площадь поперечного сечения набивки сальникового компенсатора, кв.м, определяемая по формуле
, (8)
Внутренний диаметр корпуса сальникового компенсатора, м.
При определении величины по формуле (6) величину принимают не менее Па. В качестве расчетной принимают большую из сил, полученных по формулам (6) и (7).
4.3. Неуравновешенные силы внутреннего давления при применении сальниковых компенсаторов , Н, на участках трубопроводов, имеющих запорную арматуру, переходы, углы поворота или заглушки, определяемые по формуле
где - площадь поперечного сечения по наружному диаметру патрубка сальникового компенсатора, кв.м;
Рабочее давление теплоносителя, Па.
4.4. Распорные усилия сильфонных компенсаторов от внутреннего давления , H, определяемые по формуле
где - эффективная площадь поперечного сечения компенсатора, кв.м, определяемая по формуле
, (11)
где - соответственно наружный и внутренний диаметры гибкого элемента компенсатора, м.
4.5. Жесткость сильфонных компенсаторов , H, определяемая по формуле
где R - жесткость компенсатора при его сжатии на 1 мм, Н/мм;
Компенсирующая способность компенсатора, мм.
Значения величин R, , принимаются по техническим условиям и рабочим чертежам на компенсаторы.
4.6. Распорные усилия сильфонных компенсаторов при их установке в сочетании с сальниковыми компенсаторами на смежных участках , Н, определяемые по формуле
. (13)
4.7. Силы упругой деформации при гибких компенсаторах и при самокомпенсации, определяемые расчетом труб на компенсацию тепловых удлинений.
4.8. Силы трения трубопроводов при перемещении трубы внутри теплоизоляционной оболочки или силы трения оболочки о грунт при бесканальной прокладке трубопроводов, определяемые по специальным указаниям в зависимости от типа изоляции.
5. Горизонтальную осевую нагрузку на неподвижную опору трубы следует определять:
на концевую опору - как сумму сил, действующих на опору (п. 4);
на промежуточную опору - как разность сумм сил, действующих с каждой стороны опоры; при этом меньшая сумма сил, за исключением неуравновешенных сил внутреннего давления, распорных усилий и жесткости сильфонных компенсаторов, принимается с коэффициентом 0,7.
Примечания: 1. При определении суммарных нагрузок на опоры трубопроводов жесткость сильфонных компенсаторов следует принимать с учетом допускаемых техническими условиями на компенсаторы предельных отклонений величин жесткости.
2. Когда суммы сил, действующих с каждой стороны промежуточной неподвижной опоры, одинаковы, горизонтальная осевая нагрузка на опору определяется как сумма сил, действующих с одной стороны опоры, с коэффициентом 0,3.
6. Горизонтальную боковую нагрузку на неподвижную опору трубы следует учитывать при поворотах трассы и от ответвлений трубопроводов.
При двухсторонних ответвлениях трубопроводов боковая нагрузка на опору учитывается от ответвлений с наибольшей нагрузкой.
7. Неподвижные опоры труб должны рассчитываться на наибольшую горизонтальную нагрузку при различных режимах работы трубопроводов, в том числе при открытых и закрытых задвижках.
При кольцевой схеме тепловых сетей должна учитываться возможность движения теплоносителя с любой стороны.
Похожая информация.
размер шрифта
ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ- СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА- СНИП 2-04-07-86 (утв- Постановлением Госстроя СССР от 30-12-86 75) (ред от... Актуально в 2018 году
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА ОПОРЫ ТРУБ
1. Вертикальную нормативную нагрузку на опору труб F_v, H, следует определять по формуле
где Gv - вес 1м трубопровода, включающий вес трубы, теплоизоляционной конструкции и воды (для паропроводов учитывается вес воды при гидравлическом испытании), Н/м;
l - пролет между подвижными опорами, м.
Примечания. 1. Пружинные опоры и подвески паропроводов Dу >= 400 мм в местах, доступных для обслуживания допускается рассчитывать на вертикальную нагрузку без учета веса воды при гидравлическом испытании, предусматривая для этого специальные приспособления для нагрузки опор во время испытания.
2. При размещении опоры в узлах трубопроводов должен дополнительно учитываться вес запорной и дренажной арматуры, компенсаторов, а также вес трубопроводов на прилегающих участках ответвлений, приходящихся на данную опору.
3. Схема нагрузок па опору приведена на чертеже.
Схема нагрузок на опору 1 - труба; 2 - подвижная опора трубы
2. Горизонтальные нормативные осевые F_hx, Н, и боковые F_hy, Н, нагрузки на подвижные опоры труб от сил трения в опорах нужно определять по формулам:
где мю_x, мю_y - коэффициенты трения в опорах соответственно при перемещении опоры вдоль оси трубопровода и под углом к оси, принимаемые по табл. 1*данного приложения;
G_h - вес 1 м трубопровода в рабочем состоянии, включающий вес трубы, теплоизоляционной конструкции и воды для водяных и конденсатных сетей (вес воды в паропроводах не учитывается), Н/м.
Таблица 1*
Коэффициенты трения
Примечание. При применении фторопластовых прокладок под скользящие опоры коэффициенты трения принимаются равными 0,1
При известной длине тяги коэффициент трения для жесткой подвески следует определять по формуле
где l - тепловое удлинение участка трубопровода от неподвижной опоры до компенсатора, мм;
l_t - рабочая длина тяги, мм.
3. Горизонтальные боковые нагрузки с учетом направления их действия должны учитываться при расчете опор, расположенных под гибкими компенсаторами. а также на расстоянии <= 40Dу трубопровода от угла поворота или гибкого компенсатора.
4. При определении нормативной горизонтальной нагрузки на неподвижную опору труб следует учитывать:
4.1. Силы трения в подвижных опорах труб Н, определяемые по формуле
где мю - коэффициент трения в подвижных опорах труб;
Gh - вес 1 м трубопровода в рабочем состоянии (п. 2), Н/м;
L - длина трубопровода от неподвижной опоры до компенсатора или угла поворота трассы при самокомпенсации, м.
4.2. Силы трения в сальниковых компенсаторах, , Н, определяемые по формулам
, (6)
, (7)
, (8)
d_ic - внутренний диаметр корпуса сальникового компенсатора, м.
При определении величины по формуле (6) величину принимают не менее 1 x 10(6) Па. В качестве расчетной принимают большую из сил, полученных по формулам (6) и (7).
4.3. Неуравновешенные силы внутреннего давления при применении сальниковых компенсаторов , Н, на участках трубопроводов, имеющих запорную арматуру, переходы, углы поворота или заглушки, определяемые по формуле
4.4. Распорные усилия сильфонных компенсаторов от внутреннего давления , H, определяемые по формуле
, (11)
4.5. Жесткость сильфонных компенсаторов , H, определяемая по формуле
где R - жесткость компенсатора при его сжатии на 1 мм, Н/мм;
Компенсирующая способность компенсатора, мм.
Значения величин R, , принимаются по техническим условиям и рабочим чертежам на компенсаторы.
4.6. Распорные усилия сильфонных компенсаторов при их установке в сочетании с сальниковыми компенсаторами на смежных участках , Н, определяемые по формуле
(13)
4.7. Силы упругой деформации при гибких компенсаторах и при самокомпенсации, определяемые расчетом труб на компенсацию тепловых удлинений.
4.8. Силы трения трубопроводов при перемещении трубы внутри теплоизоляционной оболочки или силы трения оболочки о грунт при бесканальной прокладке трубопроводов, определяемые по специальным указаниям в зависимости от типа изоляции.
5. Горизонтальную осевую нагрузку на неподвижную опору трубы следует определять:
на концевую опору - как сумму сил, действующих на опору (п. 4);
На промежуточную опору - как разность сумм сил, действующих с каждой стороны опоры; при этом меньшая сумма сил, за исключением неуравновешенных сил внутреннего давления, распорных усилий и жесткости сильфонных компенсаторов, принимается с коэффициентом 0,7.
Примечания: 1. При определении суммарной нагрузки на опоры трубопроводов жесткость сильфонных компенсаторов следует принимать с учетом допускаемых техническими условиями на компенсаторы предельных отклонений величин жесткости.
2. Когда суммы сил, действующих с каждой стороны промежуточной неподвижной опоры, одинаковы, горизонтальная осевая нагрузка на опору определяется как сумма сил, действующих с одной стороны опоры с коэффициентом 0,3.
6. Горизонтальную боковую нагрузку на неподвижную опору трубы следует учитывать при поворотах трассы и от ответвлений трубопроводов.
При двухсторонних ответвлениях трубопроводов боковая нагрузка на опору учитывается от ответвлений с наибольшей нагрузкой.
7. Неподвижные опоры труб должны рассчитываться на наибольшую горизонтальную нагрузку при различных режимах работы трубопроводов, в том числе при открытых и закрытых задвижках.
При кольцевой схеме тепловых сетей должна учитываться возможность движения теплоносителя с любой стороны.
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.).
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.