Расчет компенсации температурных удлинений прямого трубопровода
Расчёт линейного теплового расширения труб выполняется для
определения прироста длины участка трубопровода при нагреве,
необходимости устройства компенсатора температурных удлинений и
определения потребной компенсирующей способности.
Прирост длины участка трубопровода при температурном расширении
определяется по формуле:
dL = a · L · (tmax – tc), мм
a – коэффициент линейного теплового расширения, °C-1, его величина
зависит от физических свойств материала.
tmax - максимальная температура теплоносителя в трубопроводе, °C.
tс - температура окружающей среды в момент монтажа трубопровода, °C.
L - длина участка трубопровода, м.
Cредний коэффициент линейного расширения стального трубопровода (при t=130 грд.C):
α=13*10-6 мм/м*град.С
длина трубопровода
L=5 м
расчетная температура теплоносителя
tmax=+130град.С
расчетная температура воздуха для монтажа системы отопления
tc=+5град.С
Тепловое удлинение расчетного участка трубопровода
ΔL=α*L*Δt=1000*13*10-6*5*(130-5) =8,125 мм
Расчёт П-образного компенсатора заключается в определении минимальных размеров
компенсатора, достаточных для компенсации температурных деформаций трубопровода.
В основе алгоритма данной online программы лежит методика расчёта П-образного
компенсатора приведенная в — Справочнике проектировщика «Проектирование тепловых
сетей» под редакцией А. А. Николаева: http://www.ktto.com.ua/calculation/p_kompensator
Рекомендации к расчёту
1.
Максимальное напряжение в спинке компенсатора рекомендуется принимать в
диапазоне от 80 до 110 МПа.
2.
Оптимальное отношение вылета компенсатора к наружному диаметру трубы
рекомендуется принимать в диапазоне H/Dн = (10 — 40), при этом вылет компенсатора в
10DN соответствует трубопроводу DN350, а вылет в 40DN – трубопроводу DN15.
3.
Оптимальное отношение ширины компенсатора к его вылету рекомендуется
принимать в диапазоне L/H= (1 — 1,5), хотя могут быть приняты и другие значения.
4.
Если для компенсации расчётных тепловых удлинений необходим компенсатор
слишком больших размеров, возможна его замена двумя меньшими компенсаторами.
5.
При расчёте тепловых удлинений трубопровода температуру теплоносителя следует
принимать максимальной, а температуру окружающей трубопровод среды минимальной.
В расчёте приняты следующие ограничения:
Трубопровод заполнен водой или паром
Трубопровод выполнен из стальной трубы
Максимальная температура рабочей среды не превышает 200 °С
Максимальное давление в трубопроводе не превышает 1,6 МПа (16 бар)
Компенсатор установлен на горизонтальном трубопроводе
Компенсатор симметричен, а его плечи одинаковой длины
Неподвижные опоры считаются абсолютно жёсткими
Трубопровод не испытывает ветрового давления и других нагрузок
Сопротивление сил трения подвижных опор при тепловом удлинении не учитывается
Отводы гладкие
Рекомендации к монтажу
1.
Не рекомендуется располагать неподвижные опоры на расстоянии менее 10DN от П–
образного компенсатора, так как передача на него момента защемления опоры снижает
гибкость.
2.
Участки трубопровода от неподвижных опор до П-образного компенсатора
рекомендуется принимать одинаковой длины. Если компенсатор располагают не посредине
участка а смещают в сторону одной из неподвижных опор, то силы упругой деформации и
напряжения увеличиваются примерно на 20-40%, по отношению к значениям полученным
для компенсатора, расположенного посередине.
3.
Для увеличения компенсирующей способности применяют предварительное
растягивание компенсатора. При монтаже компенсатор испытывает изгибающую нагрузку,
нагреваясь принимает ненапряжённое состояние, а при максимальной температуре
приходит в напряжение. Предварительное растягивание компенсатора на величину равную
половине теплового удлинения трубопровода, позволяет увеличить его компенсирующую
способность вдвое.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
П-образные компенсаторы применяют для компенсации температурных удлинений труб на
протяжённых прямых участках, если возможности самокомпенсации трубопровода за счёт
поворотов тепловой сети — нет. Отсутствие компенсаторов на жёстко закреплённых
трубопроводах с переменной температурой рабочей среды, приведёт к росту напряжений
способных деформировать и разрушить трубопровод.
Гибкие компенсаторы применяют
1.
При надземной прокладке для всех диаметров труб независимо от параметров
теплоносителя.
2.
При прокладке в каналах туннелях и общих коллекторах на трубопроводах от DN25 до
DN200 при давлении теплоносителя до 16бар.
3.
При бесканальной прокладке для труб диаметром от DN25 до DN100.
4.
Если максимальная температура рабочей среды превышает 50°C
Достоинства
Высокая компенсирующая способность
Не требует обслуживания
Прост в изготовлении
Незначительные усилия передаваемые на неподвижные опоры
Недостатки
Большой расход труб
Большая занимаемая площадь
Высокое гидравлическое сопротивление
Z - образными компенсаторами называют участки трубопровода с двумя отводами в одной
плоскости. Их используют для самокомпенсации тепловых удлинений в тепловых сетях при
любых способах прокладки независимо от диаметра трубопровода.
Расчёт Z-образного компенсатора выполняется для определения размеров вылета (Н) и
плеч (L, P), при которых изгибающее напряжение от тепловой деформации трубопровода, не
превысит допустимого значения в 80 МПа.
Приводим ниже результат
рассчета напряжения изгиба на критических участках
трубопровода, c Z-образным компенсатором заданных размеров.
