Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Источники и системы теплоснабжения. Методические материалы для решения практических задач с элементами расчета в пакете Mathcad. Учебное пособие
.pdf
21
Q,
МВт
ΣQ
Q
o
Q
гвс
Q
в
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Рисунок 3.1. Характерный график потребления тепловой энергии
по месяцам. Qv, Q
gvs
, Qo, ΣQ – количество тепловой энергии
на вентиляцию, горячее водоснабжение, отопление
и суммарное теплопотребление соответственно
Рисунок 3.2. График продолжительности сезонной нагрузки.
nu – длительность использования средней тепловой нагрузки, ч;
Qcp – величина средней тепловой нагрузки, МВт
Q,
ΣQ
Qo
Q
gvs
Qv
22
Последовательность расчета и анализа графика продолжительности сезонной нагрузки представлена в [8].
Пример выполнения расчета.
Имеется потребитель тепловой энергии (производственное здание с температурой внутри помещения 16 °C), для которого максимальная тепловая нагрузка системы отопления составляет 7 МВт, системы вентиляции 2 МВт. Для условий города Омск построить график теплового потребления по месяцам.
Решение.
По нормативным данным [9] для города Омск средние температуры по месяцам составляют (таблица 3.1):
Таблица 3.1
Средние температуры по месяцам
Месяц
I
II
III
IV V VI
VII
VIII
IX X XI
XII
t
n
, °C
–19,0
–17,6
–10,1
2,8
11,4
17,1
18,9
15,8
10,6
1,9
–8,5
–16,0
Наружная расчетная температура для города Омск составляет –
37 °C. По формуле (2.3) и (2.5) рассчитываем тепловое потребление
для каждого месяца и суммируем их значения (таблица 3.2):
( )
( )
max
16 19
7 4,62
16 37
vn
oo
vr
tt
QQ
tt
−−
−
= = =
− − −
МВт.
Таблица 3.2
Тепловые потоки по месяцам
Месяц
I
II
III
IV V VI
VII
VIII
IX X XI
XII
Qv, МВт
1,32
1,27
0,98
0,50 – – – – – 0,53
0,92
1,21
Qo, МВт
4,62
4,44
3,45
1,74 – – – – – 1,86
3,24
4,23
ΣQ
5,94
5,71
4,43
2,24 – – – – – 2,39
4,16
5,44
По результатам таблицы 3.2 строим график потребления тепловой энергии по месяцам (рисунок 3.3).
23
Рисунок 3.3. График потребления тепловой энергии по месяцам
Задача № 3.1.
Построить часовой график потребления тепловой энергии
и график потребления по месяцам при следующих условиях (таблица 3.3):
Таблица 3.3
Исходные данные для решения задачи 3.1
№
п/п
Место расположения
объекта
max
v
Q
, МВт
max
o
Q
, МВт
gvs
Q
, МВт
tv, °С
1.
Новосибирск
3 3 0,3
18
2.
Москва
5 2 0,7
19
3.
Владивосток
14 5 0,1
20
4.
Новокузнецк
7 1 0,15
22
5.
Иркутск
1 6 0,2
21
6.
Казань
0,6
0,1
0,34
16
7.
Сочи
12
0,2
0,65
16
8.
Ростов-на-Дону
2
0,6
0,1
18
9.
Санкт-Петербург
6 1 0,1
20
10.
Хабаровск
9 2 0,8
21
Q, МВт
ΣQ
Qo Q
v
24
4. РАСЧЕТ КОМПЕНСАТОРА
В тепловых сетях возникают тепловые удлинения трубопроводов за счет расширения металла. Для компенсации такого температурного удлинения с целью сохранения целостности трубопроводов
необходимо использовать компенсаторы.
В настоящее время достаточно широкое распространение получили сальниковые, П-образные и сильфонные компенсаторы. Кроме
специально устраиваемых компенсаторов на трассах тепловых сетей
активно используют для самокомпенсации естественные углы поворотов трубопроводов. При расчете самокомпенсации определяют такие размеры трубопроводов, при которых продольные изгибающие
компенсационные напряжения не превышают допускаемых.
Тепловое удлинение расчетного участка трубопровода можно
определить по формуле
( )
1 r
l l t = −
, мм, (4.1)
где α – средний коэффициент теплового расширения стали (можно
принять 1,2 · 10–2 мм/(м·℃); τ1 – расчетная температура теплоносителя, ℃; tr – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, ℃.
В качестве примера расчета рассмотрим часто используемый Побразный компенсатор. Расчетная схема компенсатора показана на
рисунке 4.1 и 4.2.
Расчет компенсаторов базируется на широко распространенном
методе «упругого центра» [13]. Данный метод заключается в переносе неизвестных сил Px и Py, а также изгибающего момента MA в
упругий центр рассчитываемой системы – точку s (рисунок 4.3). При
таком подходе освобожденный от закрепления конец трубопровода
соединяется с упругим центром системы жесткой гипотетической
консолью As, а ось трубопровода предполагается наделенной некоторой распределенной упругой массой, пропорциональной ее жесткости [13].
25
R
Y
0
A
B
y
ц.т.
x
0
x
L
l
5
= l
п
l
1
= l
п
D
P
x
l
3
E
C
H
l
2
l
4
=
l
2
P
yц.т.
y
0
Рисунок 4.1. Участок трубопровода с симметричным П-образным
компенсатором с гнутыми гладкими отводами при l1 = l5 = l
п
R
L
1
B/2
B
H
L
2
B/2
S
A C
Рисунок 4.2. Расчетная схема П-образного компенсатора
26
A
y
x
x
s
y
s
S
x
s
y
s
M
x
P
y
P
x
P
x
P
y
Рисунок 4.3. Расчетная схема метода упругого центра
Согласно [14] при расчете компенсатора с прямыми углами,
расположенными в горизонтальной либо вертикальной плоскости,
необходимо вычислить вылет компенсатора. При этом задаются расстояния от оси компенсатора до неподвижных опор (точка центра тяжести) и длина спинки.
Критерии прочности. Критерием прочности являются допускаемые компенсационные напряжения, МПа. Для трубопроводов, расположенных в горизонтальной плоскости:
( )
2
2
ск
1,25 1,04 0,4 1
2
bw
w
D
P
D s s
= − +
+
; (4.2)
для трубопроводов, расположенных в вертикальной плоскости:
ск
0,5
bw
=
, (4.3)
где
bw
– коэффициент снижения прочности сварного соединения
при действии изгибающего момента;
w
– коэффициент снижения
прочности сварного соединения при действии любой нагрузки,
кроме изгибающего момента;
– номинальное допускаемое напря-
жение при рабочей температуре, МПа; P – избыточное внутреннее
давление, МПа; D – внутренний диаметр, мм; s – номинальная толщина стенки, мм.
27
Определение вылета. Для определения вылета используются
три параметра: параметр прочности А, Px, Py.
Параметр А следует определять по формуле
ск
2
a
E T D
A
=
, (4.4)
где E – модуль упругости материала, МПа; α – коэффициент линейного расширения, 1/℃; ΔT – температурный перепад (формула 4.1),
℃; ε – величина растяжки в долях от температурного расширения.
Далее приведен расчет необходимых параметров для определения вылета П-образного компенсатора. В нижеприведенных формулах верхние индексы в круглых скобках относятся к приближениям
n-1 и n.
Для расчета вылета, м, используются две формулы, из которых
выбирается наибольшее полученное значение:
( )
( )
1
3
2
4
2
32
42
n
n
xy
l
l
l A P P l R x
−
= + + + + +
; (4.5)
( )
( )
( )
1
3
2
2
3
42
n
n
xy
l
l
l A P H y P x
−
= + − + − +
. (4.6)
После того как, в обоих уравнениях
( )
2
n
l
станет равным
( )
1
2
n
l
−
,
из пары значений берется наибольшее
( )
2
2
n
ll=
. Далее определяется
вылет H:
2
2H l R=+
. (4.7)
Формулы для определения параметров Px и Py:
( )
122y
x
x y xy
L L I
P
I I I
+
=
−
; (4.8)
( )
12
2
xy
y
x y xy
L L I
P
I I I
+
=
−
; (4.9)
11
2
B
l L R= − −
; (4.10)
28
3
2l B R=−
; (4.11)
42
2
B
l L R= − −
; (4.12)
пр 1 2 3 4
*
p
2 6,28
R
L l l l l
K
= + + + +
; (4.13)
( )
2
3
22
23
2
22
2
2 пр
*
p
24
62
6,28 1,635 1,5
2
x
ll
I l l R
l
R
l R R L y
K
= + + + +
+ + + −
; (4.14)
( ) ( )
( )
333
22
1 3 4
14
1 3 3 4
2
2 2 2
3
2 3 3 пр
*
p
44
12 4 4
1,57 4 4,9
2
y
lll
ll
I l l R l l R
l
R
l R l l R R L x
K
++
= + + + + + + +
+ + + + + −
; (4.15)
прxy
I L xy=−
; (4.16)
( )
( )
1 3 4 4 1
пр
4
2
l l l R l l
x
L
+ + + −
=
; (4.17)
( )
2 2 3
*
p
пр
3,14
2
R
l R l l
K
y
L
+ + +
=
. (4.18)
Коэффициент гибкости изогнутой трубы
*
p
K
при λ > 2,2 равен
1, а при λ ≤ 2,2 определяется по формуле
*
pp
KK=
, (4.19)
где Kp – коэффициент гибкости без учета стесненности деформации
концов изогнутого участка трубопровода; ζ – коэффициент, учитывающий стесненность деформации на концах изогнутого участка.
29
Величина Kр определяется по формуле
p
0,5
2
1,65
1,5
1
K =
+
; (4.20)
( )
2
3,64
ta
PR
E D s s
=
−
, (4.21)
где Et – модуль упругости при соответствующей температуре, МПа;
Da – наружный диаметр, мм.
Параметр λ определяется по формуле
( )
2
4
a
Rs
Ds
=
−
. (4.22)
При λ ≤ 1,65 величина ζ вычисляется по формуле
5
1,65 0,5
1,5
1
1
1,65 1,65
1
= + − −
+
; (4.23)
2
a
R
Ds
=
−
, (4.24)
где θ – центральный угол отвода, рад.
При λ > 1,65 величина ζ составляет 1.
Решение примера в пакете Mathcad.
Пример расчета П-образного компенсатора в Mathcad приведен
на рисунках 4.4–4.9.
30
Рисунок 4.4. Исходные данные для расчета П-образного компенсатора
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]