Расчет нагрузок на опоры

 

4.53 В трубопроводах бесканальной прокладки в грунте силы трения действуют вдоль оси трубы как распределенная нагрузка с интенсивностью, Н/м, которая рассчитывается по формуле (В.3) приложения В.

Коэффициент трения мю зависит от конструкции изоляции, характера нагружения и угла внутреннего трения грунта фи. Для изолированных труб при различном характере нагружения коэффициент составляет:

~ 0,2 - при многократном чередовании циклов нагрев - охлаждение;

~ 0,4 - при однократном нагреве (охлаждении);

~ 0,6 - при кратковременном приложении нагрузки.

При определении компенсационной способности теплопроводов и нагрузок на опоры коэффициент принимается равным 0,4.

Распорные усилия от внутреннего давления при применении СК и СКУ вычисляют по формуле

 

          РПи          в   2

     P  = ──── (D   + D   )   + С      Дельта,                        (2)

      р    16    ск    ск        ламбда

 

где  Р      - внутреннее давление, МПа;

     D      - наружный диаметр СК, мм;

      ск

      в

     D      - внутренний диаметр СК, мм;

      ск

     С      - осевая жесткость компенсатора, Н /мм;

      ламбда

     Дельта - деформация компенсатора, мм.

 

4.54 Расчет нагрузки на опоры производят с использованием компьютерных программ.

При определении нагрузок на опоры с использованием компенсирующих устройств 1-й группы "а" (П-образных, Г-образных, Z-образных компенсаторов) следует руководствоваться типовыми решениями.

При определении нагрузок на опоры с использованием компенсирующих устройств 1-й группы "б" (СК и СКУ) допускается руководствоваться технической документацией предприятий - изготовителей сильфонных компенсаторов.

При определении нагрузок на опоры при применении СК и СКУ следует учитывать влияние следующих сил:

- распорного усилия сильфонных компенсаторов P_р;

- жесткости сильфонных компенсаторов Р_ж,

- сопротивления трению теплопровода о грунт на участках бесканальной прокладки или трению в подвижных опорах на участках канальной прокладки или в футляре Р_тр.

Кроме того, следует учитывать в конкретных расчетных схемах теплопроводов:

- неуравновешенные силы от внутреннего давления для сальниковых компенсаторов Р_н;

- упругую деформацию гибких компенсаторов или самокомпенсации труб (Р_х, Р_у).

4.55 Расчет нагрузок на опоры на участках канальной прокладки рекомендуется вести в соответствии с [1].

Расчет п-образных компенсаторов

к. т. н. С. Б. Горунович, рук. конструкторской группы Усть-Илимской ТЭЦ

Для компенсации тепловых расширений наибольшее распространение в тепловых сетях и на электростанциях находят П-образные компенсаторы. Несмотря на свои многочисленные недостатки, среди которых можно выделить: сравнительно большие габариты (необходимость устройства компенсаторных ниш в теплосетях с канальной прокладкой), значительные гидравлические потери (по сравнению с сальниковыми и сильфонными); П-образные компенсаторы имеют и ряд достоинств.

Из достоинств можно прежде всего выделить простоту и надежность. Кроме того, этот тип компенсаторов наиболее хорошо изучен и описан в учебно-методической и справочной литературе. Несмотря на это, часто у молодых инженеров, не имеющих специализированных программ, расчет компенсаторов вызывает затруднения. Связано это прежде всего с достаточно сложной теорией, с наличием большого количества поправочных коэффициентов и, к сожалению, с наличием опечаток и неточностей в некоторых источниках.

Ниже проведен подробный анализ процедуры расчета П-образного компенсатора по двум основным источникам [2], [4], целью которого являлось выявление возможных опечаток и неточностей, а так же сравнение результатов.

СИЛЬФОННЫЙ КОМПЕНСАТОР

Т рубопроводы в процессе эксплуатации испытывают постоянные нагружения и в связи с этим материал труб (сталь, полиэтилен и др.) подвергается растяжениям в пределах допустимых значений способности текучести материала. Выход за данные пределы означает разрушение трубопроводной системы. Для предотвращения данного естественного физического процесса все трубопроводные системы снабжены компенсирующими устройствами – компенсаторами.

Любой трубопровод имеет естественные участки компенсации удлиннений – отводы, повороты, а также снабжается специально запроектированными П-образными или сильфонными компенсаторами (могут также применяться компенсаторы стартовые, линзовые и др.). В зависимости от условий эксплуатации трубопровода, его назначения, диаметра труб и прочих условий при проектировании трубопроводной системы тепловых сетей, отдается предпочтение тому или иному способу компенсации температурных расширений труб. Поскольку сильфонные компенсаторы являются одним из эффектных средств компенсации температурного удлинения трубопроводов тепловых сетей, а их применение значительно повышает технический уровень и надежность тепловых сетей, сокращает расходы на строительство необходимые для установки компенсаторов других типов, данному виду устройств все чаще отдается предпочтение при проектировании соответствующих трубопроводов.

Компенсаторы сильфонные (КСО) отличаются по технологии монтажа и принципу действия от сильфонных стартовых компенсаторов. Стартовые компенсаторы служат для компенсации температурного расширения трубопроводов бесканальных подземных теплосетей., при этом выполняют свою функцию только один раз при первом разогреве трубопровода, после чего производится его фиксация сварным швом, ограничивающим дальнейшие продольные перемещения изделия.

Сильфон компенсатора (КСО) обладает способностью растягиваться, сжиматься и изгибаться под воздействием нагрузок и при этом оставаться целостным и герметичным. Сильфонные компенсаторы могут устанавливаться в любом месте трубопровода при любой прокладке труб, не требуют строительства специальных камер и постоянного обслуживания в течение всего срока эксплуатации. Тепловая изоляция пенополиуретаном служит одновременно тепловой и антикоррозионной защитой, надежно защищает сильфонный компенсатор от возникающих в процессе эксплуатации внешних воздействий. Срок эксплуатации трубопроводов с сильфонными компенсаторами значительно больше, чем с сальниковыми или линзовыми, что доказано многолетней практикой использования всех вышеназванных компенсационных устройств.

Назначение сильфонного компенсатора (КСО)

Компенсатор сильфонный является наиболее технологичным в ряде существующих компенсационных устройств по причине малых габаритов изделия, достаточно большого ресурса на движение, заложенного в его конструкции и материале и является узлом компенсации на данном отрезке трубопровода, ограниченного двумя неподвижными опорами (НОП).

Современные технологии теплоизоляции сильфонных компенсаторов теплоизоляционным материалом пенополиуретаном (ППУ), используемым для тепловых сетей надземной, канальной и подземной бесканальной прокладки, позволяют достичь приемлемой герметичности компенсационного устройства и хороших теплофизических характеристик как компенсационного изделия, так и всего трубопровода. Сильфонный компенсатор в ППУ изоляции изготавливается в заводских условиях производителями предизолированных ППУ трубопроводов и снабжен, как и все изделия по ГОСТ 30732-2007 системой оперативно-дистанционного контроля (одк), что делает его с точки зрения теплотрассы в пенополиуретановой теплоизоляции обычным фасонным элементов трубопровода.

К основным видам сильфонных компенсаторов относятся:

• осевой компенсатор

• универсальный компенсатор

• сдвиговый компенсатор и поворотный поворотный компенсатор

Приоритет в применении того или иного типа компенсационного устройства отдается в зависимости от задач, решаемых компенсатором на определенном ему участке трубопровода.

Основные виды компенсационных движений сильфонного компенсатора, это:

• осевой ход компенсатора

• сдвиг

• поворот компенсатора

К преимуществам стальных сильфонных компенсаторов относят:

• устойчивость конструкции компенсатора к давлению и смещениям, вызванным проседанию трубопроводной конструкции,

• устойчивость по отношению к коррозии, химическим веществам и вакууму

• надежность, прочность изделия, длительный срок его эксплуатации, когда практически нет необходимости в дополнительном уходе за компенсатором,

• балансируют гибкость и устойчивость по отношению к давлению, ?компенсируют весь спектр движений и вибраций эксплуатируемого трубопровода.

Конструкция сильфонного компенсатора и его теплоизоляция ППУ

Большинство сильфонных компенсаторов для тепловых сетей производятся ду 50 – 400 мм, рассчитаны на рабочую температуру теплоносителя до 200 гр.С, условное давление Ру, Мпа (кгс/см2) - 1.0 (10), 1.6 (16) 2.5 (25) и имеют компенсирующую способность от 25 до 160 мм. Материал сильфона – сталь 12Х18Н10Т. Тип присоединения сильфонного компенсатора в тепловой изоляции пенополиуретаном (ППУ) – сварка.

Конструкция сильфонного компенсатора включает в себя один или два сильфона, представляющих собой изделие гофру из антикоррозионной нержавеющей стали, двух патрубков из стали, применяемой на теплотрассах тепловых сетей и служащих для присоединения компенсационных сильфонов к трубопроводу, защитного стального кожуха, защищающего сильфон от попадания загрязнений и иных внешних включений, а также тепловой изоляции пенополиуретаном, наносимой на данный стальной кожух. Пенопласт жесткого пенополиуретана, в свою очередь, защищается внешней гидроизоляционной защитной трубой – стальной оцинкованной трубой для надземной прокладки и полиэтиленовой трубой-оболочкой (ПЭ) – для подземной бесканальной и канальной прокладок трубопроводов теплосети.

Правила монтажа сильфонных компенсаторов

Сильфонный компенсатор устанавливается на прямолинейном участке теплотрассы и воспринимает расширения, заложенные в проектном решении. В зависимости от протяженности участка трубопровода, способа прокладки, диаметра трубопровода, стенки трубы трубопровода и расчетных температур теплоносителя и среднегодовых тмеператур среды, в которой прокладывается трубопровод, устанавливается одно или двух секционный сильфонный компенсатор.

Сильфонные компенсаторы при их установке ограничиваются двумя неподвижными опорами. Установка сильфонного компенсатора ближе к опоре производится при надземной и канальной прокладке теплотрассы тепловой сети, а при подземеной бесканальной прокладке сильфонный компенсатор устанавливается в середине ограниченного опорами участка трубопровода.

До и после компенсатора необходимо устанавливать направляющие опоры, исключающие перемещение трубопровода в радиальном направлении. При бесканальной прокладке трубопроводов установка направляющих опор не требуется. Расстояние от торца патрубка компенсатора до опоры должно быть не более 1,5 Ду.

В практике строительства тепловых сетей применяются компенсаторы сильфонные поворотные (угловые), которые служат для боковой компенсации температурного удлинения трубопроводов теплосетей. Поворотные компенсаторы устанавливаются в местах трубопровода, где предусмотрено изменение его направления на 90 °.

Благодаря долговечности, надежности, минимизации тепловых потерь при использовании ППУ (пенополиуретана) и исключения затрат на техническое обслуживание сильфонные компенсаторы считаются во всем мире наиболее эффективным средством локализации температурных деформаций трубопроводов. В таблице приводятся основные технические характеристики сильфонных компенсаторов осевых, поставляемых нашей компанией потребителям как в теплоизоляции, так и без таковой.

Таблица значений компенсатора сильфонного осевого.

Наименование	Рабочее давление PN	Диаметр условного прохода, мм	Габаритные размеры, мм L(+/- 30), H, D	Компенсирующая способность, мм	Масса, кг
Односекционные
КСО 50-16-25	16	50	190 100 57	25	4
КСО 50-25-25	25	50	190 100 57	25	4
КСО 65-16-25	16	65	200 120 76	25	5
КСО 65-25-25	25	65	200 120 76	25	5
КСО 80-16-35	16	80	225 145 89	35	6
КСО 80-25-35	25	80	225 145 89	6	6
КСО 100-16-50	16	100	265 170 108	50	8
КСО 100-25-50	25	100	265 170 108	50	8
КСО 125-16-50	16	125	275 200 133	50	9
КСО 125-25-50	25	125	275 200 133	50	9
КСО 150-16-50	16	150	275 240 159	50	11
КСО 150-25-50	25	150	275 240 159	50	11
КСО 200-16-80	16	200	285 310 219	80	17
КСО 200-25-80	25	200	285 310 219	80	17
КСО 250-16-80	16	250	380 380 273	80	22
КСО 250-25-80	25	250	380 380 273	80	22
КСО 300-16-80	16	300	420 450 325	80	28
КСО 300-25-80	25	300	420 450 325	80	28
КСО 400-16-80	16	400	450 535 426	80	45
КСО 400-25-80	25	400	450 535 426	80	50
Двухсекционные
КСО 50-16-50	16	50	310 100 57	50	6
КСО 50-25-50	25	50	310 100 57	50	6
КСО 65-16-50	16	65	320 120 76	50	8
КСО 65-25-50	25	65	320 120 76	50	8
КСО 80-16-70	16	80	370 145 89	70	11
КСО 80-25-70	25	80	370 145 89	70	11
КСО 100-16-100	16	100	450 170 108	100	14
КСО 100-25-100	25	100	450 170 108	100	14
КСО 125-16-100	16	125	475 200 133	100	17
КСО 125-25-100	25	125	475 200 133	100	17
КСО 150-16-100	16	150	475 240 159	100	20
КСО 150-25-100	25	150	475 240 159	100	20
КСО 200-16-160	16	200	500 310 219	160	34
КСО 200-25-160	25	200	500 310 219	160	34
КСО 250-16-160	16	250	665 380 273	160	40
КСО 250-25-160	25	250	665 380 273	160	40
КСО 300-16-160	16	300	710 450 325	160	50
КСО 300-25-160	25	300	710 450 325	160	50
КСО 400-16-160	16	400	721 535 426	160	78
КСО 400-25-160	25	400	721 535 426	160	90

П-образные компенсаторы являются также надежным способом компенсации температурных расширений, но не во всех условиях могут быть применены на практике из-за своей габаритности.