Расчет и подбор компенсаторов

В тепловых сетях широко применяются сальниковые, П - образные и сильфонные (волнистые) компенсаторы. Компенсаторы должны иметь достаточную компенсирующую способность для восприятия температурного удлинения участка трубопровода между неподвижными опорами, при этом максимальные напряжения в радиальных компенсаторах не должны превышать допускаемых (обычно 110 МПа).

Тепловое удлинение расчетного участка трубопровода , мм, определяют по формуле:

(81)

где - средний коэффициент линейного расширения стали,

(для типовых расчетов можно принять ),

- расчетный перепад температур, определяемый по формуле

(82)

где - расчетная температура теплоносителя, ^оС;

- расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, ^оС;

L - расстояние между неподвижными опорами, м (см. приложение №17).

Компенсирующую способность сальниковых компенсаторов уменьшают на величину запаса - 50 мм.

Реакция сальникового компенсатора - сила трения в сальниковой набивке определяется по формуле:

(83)

где - рабочее давление теплоносителя, МПа;

- длина слоя набивки по оси сальникового компенсатора, мм;

- наружный диаметр патрубка сальникового компенсатора, м;

- коэффициент трения набивки о металл, принимается равным 0,15.

При подборе компенсаторов их компенсирующая способность и технические параметры могут быть определены по приложению.

Осевая реакция сильфонных компенсаторов складывается из двух слагаемых:

(84)

где - осевая реакция, вызываемая деформацией волн, определяемая по формуле:

(85)

здесь Dl - температурное удлинение участка трубопровода, м;

e - жесткость волны, Н/м, принимаемая по паспорту компенсатора;

n - количество волн (линз).

- осевая реакция от внутреннего давления, определяемая по формуле:

(86)

здесь - коэффициент, зависящий от геометрических размеров и толщины стенки волны, равный в среднем 0.5 - 0.6;

D и d – соответственно наружный и внутренний диаметры волн, м;

- избыточное давление теплоносителя, Па.

При расчете самокомпенсации основной задачей является определение максимального напряжения s у основания короткого плеча угла поворота трассы, которое определяют для углов поворотов 90^о по формуле:

(87)

для углов более 90^о, т.е. 90+b, по формуле

(88)

где Dl - удлинение короткого плеча, м;

l - длина короткого плеча, м;

Е - модуль продольной упругости, равный в среднем для стали 2· 10⁵ МПа;

d - наружный диаметр трубы, м;

- отношение длины длинного плеча к длине короткого.

При расчетах углов на самокомпенсацию величина максимального напряжения s не должна превышать [s] = 80 МПа.

При расстановке неподвижных опор на углах поворотов, используемых для самокомпенсации, необходимо учитывать, что сумма длин плеч угла между опорами не должна быть более 60% от предельного расстояния для прямолинейных участков. Следует учитывать также, что максимальный угол поворота, используемый для самокомпенсации, не должен превышать 130^о.

Расчет усилий на опоры

Вертикальную нормативную нагрузку на подвижную опору F_v, Н, определяют по формуле:

(89)

где - масса одного метра трубопровода в рабочем состоянии включающий вес трубы, теплоизоляционной конструкции и воды, Н/м;

L - пролет между подвижными опорами, м.

Величина для труб с наружным диаметром может быть принята по табл. 4 методического пособия:

Таблица №4 – Масса 1 м трубопровода в рабочем состоянии

, мм	38	45	57	76	89	108	133	159	194	219	273	325
, Н/м	69	81	128	170	215	283	399	513	676	860	1241	1670

, мм	377	426	480	530	630	720	820	920	1020	1220	1420
, Н/м	2226	2482	3009	3611	4786	6230	7735	9704	11767	16177	22134

Пролеты между подвижными опорами в зависимости от условий прокладки и типов компенсаторов приведены в таблицах 5, 6 методического пособия.

Таблица №5 - Пролеты между подвижными опорами на бетонных подушках при канальной прокладке.

Dу, мм	L, м	Dу, мм	L, м	Dу, мм	L, мм	Dу, мм	L, м
25	1,7	80	3,5	200	6	450	9
32	2	100	4	250	7	500	10
40	2,5	125	4,5	300	8	600	10
50	3	150	5	350	8	700	10
70	3	175	6	400	8,5	800	10

Таблица №6 - Пролеты между подвижными опорами при надземной прокладке, а также в тоннелях и техподпольях.

Dу, мм	L, м	Dу, мм	L, м	Dу, мм	L, м
25	2	125	6/6	400	14/13
32	2	150	7/7	450	14/13
40	2,5	175	8/8	500	14/13
50	3	200	9/9	600	15/13
70	3,5	250	11/11	700	15/13
80	4	300	12/12	800	16/13
100	5/5	350	14/14	900	18/15
				1000	20/16

Примечание: в числителе L для П-образных компенсаторов и самокомпенсации, в знаменателе - для сальниковых компенсаторов.

Горизонтальные нормативные осевые нагрузки на подвижные опоры F_hx, Н, от трения определяются по формуле:

(90)

где - коэффициент трения в опорах, который для скользящих опор при трении сталь о сталь принимают равным 0,3 (при использовании фторопластовых прокладок = 0,1), для катковых и шариковых опор = 0,1.

При определении нормативной горизонтальной нагрузки на неподвижную опору следует учитывать: неуравновешенные силы внутреннего давления при применении сальниковых компенсаторов, на участках имеющих запорную арматуру, переходы, углы поворота, заглушки; следует также учитывать силы трения в подвижных опорах и силы трения о грунт для бесканальных прокладок, а также реакции компенсаторов и самокомпенсации. Горизонтальную осевую нагрузку на неподвижную опору следует определять:

· на концевую опору - как сумму сил действующих на опору;

· на промежуточную опору - как разность сумм сил действующих с каждой стороны опоры.

Неподвижные опоры должны рассчитываться на наибольшую горизонтальную нагрузку при различных режимах работы трубопроводов (охлаждение, нагрев) в том числе при открытых и закрытых задвижках. Для расчета усилий действующих на неподвижные опоры могут быть использованы типовые расчетные схемы, приведенные в литературе [5. стр.172-173], [7.стр.230-242].