10.2 Результаты расчёта на прочность изменённой трубопроводной системы
Исправленная формализованная схема трубопроводной системы показана на рисунке 10.1
Этап 1. По жесткости: максимальный вектор суммарного перемещения (сечение №8) составляет:
Х=
=
0,37 см.
Что не превышает 5 см.
По прочности: перегрузки в металле труб отсутствуют, расчетное напряжение не превышает допускаемое.
Максимальная рабочая нагрузка опор скольжения в сечении №9 равна 1822 кгс
Этап 3. По жесткости: максимальный вектор суммарного перемещения (сечение №11) составляет:
Х=
=3,03
см.
Что не превышает 5 см. По МВН выбраны упругие опоры.
Этап 2Б. По жесткости: максимальный вектор суммарного перемещения (сечение №11) составляет:
Х=
=3,2
см.
Что не превышает 5 см.
Этап 4. По жесткости: максимальный вектор суммарного перемещения (сечение №11) составляет:
Х=
=0,25см.
Что не превышает 5 см.
Сводные результаты. Максимальная нагрузка на неподвижные опоры в рабочем состоянии в сечении №0 составляет -3565 кгс, что не больше 10000кгс. Максимальная нагрузка на неподвижные опоры в рабочем состоянии в сечении №15 составляет -2325 кгс, что не превышает 10000кгс.
Полные данные расчёта смотреть в приложении Б.
Заключение по анализу расчета трубопроводной системы
Вектора максимальных смещений в допустимых пределах. Трубопровод может быть введен в эксплуатацию, расчётное напряжение не превышает допускаемое. Максимальные нагрузки на опоры не больше допускаемых.
Рисунок 10.1 - Формализованная схема исправленной трубопроводной системы
11 Гидравлический расчёт трубопроводной системы
Целью гидродинамических расчетов станционных трубопровод чаще всего является определение потерь давления в них по заданным конфигурации и диаметру трубопровода, расходу среды и её параметрам или определение давления в начале или конце определенного участка трубопровода, а также пропускной способности трубопровода.
Падение давления в трубопроводе:
,
(11.1)
где w - скорость движения среды в стационарном трубопроводе:
,
g – ускорение свободного падения, g=9,8 м/с2;
λ – коэффициент сопротивления трения, λ=0,01972 по таблице 9.24. [2];
dр – расчётный внутренний диаметр, dр=0,201м;
L – развёрнутая длинна трассы трубопровода, включающая длину прямых участков и развёрнутую длину отводов, колен и других элементов, L=25,6 м;
- сумма коэффициентов местного
сопротивления рассчитываемого
трубопровода:
,
(11.2);
где
-
коэффициент местного сопротивления
отвода,
=0,3
по таблице 9.3,[2];
-
коэффициент местного сопротивления
задвижки,
=0,22
по таблице 9.16,[2];
=1,42
v- удельный объём среды,v=0,0012782 м3/кг;
(Н2-Н1) – разница между началом и концом трубопровода,
(Н2-Н1)=9,6м;
кгс/см2.
12 Тепловой расчёт трубопроводной системы
Цель теплового расчета – определение толщины тепловой изоляции трубопроводов. Теплоизоляционные конструкции трубопроводов состоят из:
- основного теплоизоляционного слоя, обеспечивающего нормальную работу изолируемых трубопроводов;
- защитного покрытия, предохраняющего основной теплоизоляционный слой от атмосферных осадков, механических повреждений, воздействия агрессивных сред и т. д.;
- крепежных деталей, применяемых для крепления теплоизоляционных конструкций и их защитного покрытия к трубам, а иногда и для повышения прочности конструкции изоляции в целом.
Температура на поверхности изолированных трубопроводов при температуре окружающего воздуха в помещении +25°С не должна превышать для трубопроводов с температурой среды выше 500°С (600°С) +45°С. Допускаемая температура наружных поверхностей теплоизоляционных конструкций с покрытием из металлических листов составляет 50-60 °С. Толщина основного слоя изоляции трубопроводов является расчетной величиной, зависящей от технических требований, предъявляемых к ней. Наиболее чаще толщину основного слоя тепловой изоляции определяют исходя из следующих условий:
- соблюдение определенных норм потерь теплоты;
- поддержание заданной температуры на поверхности изоляционной конструкции;
- обеспечение максимально допустимого падения температуры теплоносителя;
- соблюдение габаритов и массы теплоизоляционной конструкции. Нормы потерь изолированными поверхностями трубопроводов приведены в таблице 7.1 [2]. Для рассматриваемого случая при Dн = 273 мм и температуре воды 270 °С потери теплоты изолированной поверхностью составляют q = 197 ккал/(м·ч) = 229,111 Вт/м.
Расчет толщины основного слоя изоляции трубопровода трудоемок и согласно [2] при ее выборе можно руководствоваться схемой применения теплоизоляционных конструкций для трубопроводов таблица 7.2 [2].
Согласно основному уравнению теплопроводности тепловой поток через стенку составляет:
Q = k·F·∆t, (12.1)
где F – площадь поверхности, м2;
∆t – перепад температур, оС;
k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·оС).
Удельный тепловой поток (удельные тепловые потери) через стенку трубопровода определяется как:
,
(12.2)
где R – термическое
сопротивление м2·°С/Вт; т.е.
Так как известны температуры на поверхностях (внутренней и внешней) паропровода, рассмотрим поверхность трубопровода как стенку, состоящую из двух слоев.
Тогда удельный тепловой поток через стенку определяется как:
(12.3)
где
-
термическое сопротивление для стенки
трубопровода и основного слоя изоляции
определяется как:
,
м2·°С/Вт (12.4)
,
м2·°С/Вт (12.5)
где Dн – наружный диаметр трубопровода м, из предыдущих расчетов
Dн =273 мм;
Dиз – диаметр трубопровода с изоляцией м, по таблице 7.2[2]
Dиз = 423 мм;
Dвн – внутренний диаметр трубопровода, Dвн =201 мм;
– коэффициент теплопроводности
материала, Вт/(м·°С).
Для Стали 15ГС для температуры 270°С
=51
Вт/(м·°С). Аналогично коэффициент
теплопроводности для плит минераловатных
= 0,045 Вт/(м·°С).
,
м2·°С/Вт
м2·°С/Вт.
Соответственно тепловой поток через изолированный трубопровод составит:
Вт/м
Таким образом, получаем, что тепловой поток через изолированную стенку меньше нормы. Следовательно, предложенный материал основного слоя изоляции удовлетворяет необходимым техническим требованиям.
Температура на поверхности изоляции определяется:
,
°С (12.6)
где
– термическое сопротивление трубопровода,
,
– термическое сопротивление наружной
среды,
; (12.7)
– коэффициент теплоотдачи поверхности
изолированного трубопровода,
;
w – скорость движения воздуха, м/с. Принимаем равным 0.
,
,
,
.
°С
Температура наружной поверхности не превышает 45ºС, что удовлетворяет техническим требованиям.
Суммарные потери трубопровода:
(12.8)
где m – коэффициент местных тепловых сопротивлений; принимаем m=0,2;
