Расчет компенсатора онлайн. Проектирование тепловых сетей промышленного предприятия г

На сегодняшний день применение компенсаторов П-образного типа или любого другого осуществляется в том случае, если вещество, проходящее через трубопровод, характеризуется температурой 200 градусов по Цельсию или выше, а также высоким давлением.

Общее описание компенсаторов

Металлические компенсаторы - это устройства, которые предназначены для того, чтобы скомпенсировать либо уравновесить влияние разнообразных факторов на работу трубопроводных систем. Другими словами, основное предназначение этого изделия - это обеспечить отсутствие повреждений трубы при транспортировке веществ по ней. Такие сети, обеспечивающие транспортировку рабочей среды, практически постоянно подвергаются таким негативным влияниям, как температурное расширение и давление, вибрации, а также оседание фундамента.

Именно для того, чтобы устранить эти дефекты, необходимо устанавливать гибкие элементы, которые стали называть компенсаторами. П-образный тип - это лишь один из многих видов, который применяется в этих целях.

Что представляют собой П-образные элементы

Сразу стоит отметить, что П-образный тип деталей - это наиболее простой вариант, который помогает решить проблему компенсации. Эта категория устройств имеет наиболее широкий диапазон применения по температурным показателям, а также по показателям давления. Для изготовления П-образных компенсаторов используется либо одна длинная труба, которую сгибают в нужных местах, либо прибегают к свариванию нескольких гнутых, крутоизогнутых или сварных отводов. Тут стоит отметить, что некоторые из трубопроводов необходимо периодически разбирать для очистки. Для таких случаев компенсаторы этого типа изготавливаются с присоединительными концами на фланцах.

Так как компенсатор П-образного типа является наиболее простой конструкцией, он имеет ряд определенных недостатков. К ним можно отнести большой расход труб для создания элемента, большие габариты, необходимость в монтаже дополнительных опор, а также наличие сварных соединений.

Требования компенсаторов и стоимость

Если рассматривать установку компенсаторов П-образного типа с точки зрения материальных средств, то наиболее невыгодным будет их монтаж в системах, имеющих большой диаметр. Расход труб и материальных средств на создание компенсатора будет слишком велик. Здесь можно сравнить данное оборудование с Действие и параметры этих элементов примерно одинаковые, а вот стоимость монтажа у П-образного примерно в два раза больше. Основная причина такого расхода денежных средств в том, что необходимо множество материалов для постройки, а также монтаж дополнительных опор.

Для того чтобы П-образный компенсатор смог полностью нейтрализовать давление на трубопровод, откуда бы оно ни исходило, необходимо монтировать такие приспособления в одной точке с разницей в 15-30 градусов. Данные параметры подходят лишь в том случае, если температура рабочего вещества внутри сети не будет превышать 180 градусов по Цельсию и не будет опускаться ниже 0. Только в этом случае и при таком монтаже устройство сможет компенсировать напряжение на трубопровод от подвижек грунта с любой точки.

Расчеты для установки

Расчет П-образного компенсатора заключается в том, чтобы выяснить, каких минимальных размеров устройства хватит на то, чтобы скомпенсировать давление на трубопровод. Для того чтобы проводить расчет, используют определенные программы, однако эту операцию можно выполнить даже через онлайн-приложения. Здесь главное - придерживаться определенных рекомендаций.

• Максимальное напряжение, которое рекомендуется принимать для спинки компенсатора, находится в пределах от 80 до 110 МПа.
• Также имеется такой показатель, как вылет компенсатора к наружному диаметру. Данный параметр рекомендуется принимать в пределах H/Dn=(10 - 40). При таких значениях необходимо учитывать, что 10Dn будет соответствовать трубопроводу с показателем 350DN, а 40Dn - трубопроводу с параметрами 15DN.
• Также при расчете П-образного компенсатора необходимо учитывать ширину устройства к его вылету. Оптимальными значениями считаются L/H=(1 - 1,5). Однако здесь допускается введение и других числовых параметров.
• Если при проведении расчета выходит так, что для данного трубопровода необходимо создавать слишком большой компенсатор этого типа, то рекомендуется подобрать другой вид устройства.

Ограничения при расчетах

Если расчеты проводит не опытный специалист, то лучше ознакомиться с некоторыми ограничениями, которые нельзя превышать при вычислениях или введении данных в программу. Для П-образного компенсатора из труб имеются следующие ограничения:

• Рабочее вещество может быть либо водой, либо паром.
• Сам по себе трубопровод должен быть выполнен только из стальной трубы.
• Максимальный температурный показатель для рабочей среды - 200 градусов по Цельсию.
• Максимальное давление, которое наблюдается в сети, не должно превышать 1,6 МПа (16 бар).
• Установка компенсатора может осуществляться лишь на горизонтальный тип трубопровода.
• Размеры П-образного компенсатора должны быть симметричными, а его плечи одинаковыми.
• Сеть трубопровода не должна испытывать дополнительных нагрузок (ветровых или любых других).

Установка устройств

Во-первых, располагать неподвижные опоры далее чем на 10DN от самого компенсатора не рекомендуется. Это обусловлено тем, что передача момента защемления опоры будет сильно снижать гибкость конструкции.

Во-вторых, настоятельно рекомендуется разбивать участки от неподвижной опоры до П-образного компенсатора одинаковой длины, на протяжении всей сети. Также здесь важно отметить, что смещение места установки приспособления от центра трубопровода к одному из его краев увеличит силу упругой деформации, а также напряжения примерно на 20-40% от тех значений, которые можно получить, если монтировать конструкцию посредине.

В-третьих, для того чтобы сильнее увеличить компенсирующую способность, используется растяжка П-образных компенсаторов. В момент установки конструкция будет испытывать изгибающуюся нагрузку, а при нагреве будет принимать ненапряженное состояние. Когда температура достигнет максимального значения, то и устройство придет снова в напряжение. На основе этого, был предложен способ растягивания. Предварительная работа заключается в том, чтобы растянуть компенсатор на величину, которая будет равна половине теплового удлинения трубопровода.

Плюсы и минусы конструкции

Если говорить в общем об этой конструкции, то можно с уверенностью сказать, что она обладает такими положительными качествами, как простота в производстве, высокая способность компенсации, отсутствие необходимости в обслуживании, усилия, которые передаются на опоры, незначительные. Однако среди явных недостатков выделяются следующие: большой расход материала и большое количество пространства, занимаемого конструкцией, высокий показатель гидравлического сопротивления.

Здравствуйте! При нагревании трубопроводы системы теплоснабжения имеют свойство удлиняться. И то, насколько они увеличатся по длине, будет зависеть от их начальных габаритов, от материала, из которого они изготовлены, и температуры вещества, транспортируемого по трубопроводу. В потенциале изменение линейных размеров трубопроводов может привести к разрушению резьбовых, фланцевых, сварных соединений, повреждению иных элементов. Разумеется, при конструировании трубопроводов учитывается то, что они удлиняются при нагревании и укорачиваются при наступлении низких температур.

Самокомпенсация теплотрасс и дополнительные компенсирующие элементы

Существует в сфере теплоснабжения такое явление, как самокомпенсация. Под этим понимается способность трубопровода самостоятельно, без помощи специальных устройств и приспособлений, компенсировать те изменения размеров, которые происходят в результате теплового воздействия, за счёт упругости металла и геометрической формы. Самокомпенсация возможна только при наличии в трубопроводной системе изгибов либо поворотов. Но не всегда при проектировании и монтаже имеется возможность для создания большого количества таких «естественных» компенсаторных механизмов. В таких случаях актуально подумать над созданием и установкой дополнительных компенсаторов. Они бывают следующих типов:

П-образные;

линзовые;

сальниковые;

волнистые.

Способы изготовления П-образных компенсаторов

В данной статье мы подробно поговорим о П-образных компенсаторах, которые на сегодняшний день являются самыми распространёнными. Данные изделия, покрытые полиэтиленовыми оболочками, можно применять на технологических трубопроводах всех типов. По сути, они являются одним из методов самокомпенсации - на коротком отрезке создаётся несколько изгибов в виде буквы «П», а затем трубопровод продолжает идти по прямой. Такие П-образные конструкции делаются из цельных изогнутых труб, из отрезков труб или отводов, которые сваривают между собой. То есть изготавливают их из того же самого материала, из той же марки стали, что и трубы.

Экономичней всего гнуть компенсаторы из одной цельной трубы. Но если общая длина изделия составляет более 9 метров, то их следует изготовлять из двух, трёх или семи частей.

В случае, если компенсатор нужно изготовить из двух составных частей, то шов располагается на так называемом вылете.

Трёхчастная конструкция предполагает, что гнутую «спинку» изделия будут создавать из цельного куска трубы, а потом к ней приварят два прямых отвода.

Когда частей предполагается семь, то четыре из них должны быть коленцами, а остальные три - патрубками.

Важно помнить и то, что радиус сгиба отводов при заготовке компенсаторов из прямых частей должен быть равен четырём наружным диаметрам трубы. Это можно выразить следующей несложной формулой: R=4D.

Из скольких бы частей не изготавливался описываемый компенсатор, сварной шов всегда желательно располагать на прямом участке отвода, который будет равен диаметру трубы (но не менее 10 сантиметров). Впрочем, бывают ещё и крутозагнутые отводы, где прямые элементы отсутствуют вовсе - в таком случае можно отойти от вышеуказанного правила.

Достоинства и недостатки рассматриваемых изделий

Компенсаторы данного типа специалисты рекомендуют применять для трубопроводов небольшого диаметра - до 600 миллиметров. Участки в виде больших букв «П» на данных трубопроводах при возникновении каких-либо колебаний эффективно гасят их за счёт изменения своего положения по продольной оси. Это как бы не позволяет колебаниям «продвигаться» по теплотрассе дальше. В трубопроводах, требующих разбора для того, чтобы произвести очистку, П-образные компенсаторы дополнительно снабжают присоединительными деталями на фланцах.

П-образные изделия хороши тем, что они не нуждаются в контроле в период эксплуатации. Это их отличает от изделий сальникового типа, для обслуживания которых нужны специальные камеры ответвлений. Однако для обустройства П-образных компенсаторов требуется некоторое пространство, а в плотно застроенном городе оно находится не всегда.

У рассматриваемых компенсаторов, разумеется, есть не только достоинства, но и недостатки. Самый очевидный из них такой – для изготовления компенсаторов дополнительно расходуются трубы, а они стоят денег. Кроме того, установка данных компенсаторов ведёт к тому, что увеличивается общее сопротивление движению жидкости-теплоносителя. Плюс ко всему такие компенсаторы отличают значительные размеры, и потребность в специальных опорах.

Расчёты для П-образных компенсаторов

В России по-прежнему не стандартизированы параметры для П-образных компенсаторов. Их производят в соответствии с нуждами проекта и по тем данным, которые в этом проекте прописываются (тип, размеры, диаметр, материал и т. д.). Но всё-таки определять габариты П-образного компенсатора наобум, конечно, не следует. Специальные расчёты помогут узнать те габариты компенсатора, которые окажутся достаточными для компенсации деформаций теплотрассы из-за температурных перепадов.

При подобных расчётах, как правило, принимаются следующие условия:

трубопровод изготовлен из стальных труб;

по нему течёт вода либо пар;

давление внутри трубопровода не превышает 16 бар;

температура рабочей среды не более 2000 градусов по Цельсию

компенсаторы симметричны, длина одного плеча строго равна длине второго плеча;

трубопровод находится в горизонтальном положении;

на трубопровод не действует давление ветра и прочие нагрузки.

Как мы видим, здесь берутся идеальные условия, что, разумеется, делает конечные цифры весьма условными и приблизительными. Но такие расчёт всё равно позволяют снизить риск повреждений трубопровода при эксплуатации.

И ещё одно важное дополнение. При расчётах изменения трубопровода под воздействием тепла за основу берётся наибольшая температура перемещаемой воды или пара, а температура окружающей среды, наоборот, выставляется минимальная.

Сборка компенсаторов

Собирать компенсаторы необходимо на стенде или на абсолютно ровной твёрдой площадке, на которой удобно будет производить сварочные работы и подгонку. Начиная работы, нужно точно нанести ось будущего П- участка и установить контрольные маячки для элементов компенсатора.

После изготовления компенсаторов нужно также проверить их размеры - отклонение от намеченных линий должно не превышать четырёх миллиметров.

Место для П-образных компенсаторов обычно выбирается с правой стороны теплопровода (если смотреть от источника тепла к конечному пункту). Если же справа нет необходимого пространства, то возможно (но лишь в качестве исключения) устроить вылет для компенсатора слева, не меняя в целом расчётные габариты. При таком решении с внешней стороны будет находиться обратный трубопровод, и размеры его окажутся чуть больше тех, что требовались согласно предварительным вычислениям.

Пуск теплоносителя всегда создаёт в трубах из металлов значительное напряжение. Чтобы справиться с ним, П-образный компенсатор в процессе монтажа следует растянуть по максимуму – это увеличит его эффективность. Растяжку делают после установки и фиксации опор с обеих сторон от компенсатора. Трубопровод при растяжке в зонах его приваривания к опорам должен оставаться строго неподвижным. П-образные компенсаторы сегодня растягивают при помощи талей, домкратов и прочих подобных приспособлений. Величину предварительной растяжки компенсирующего элемента (или величину его сжатия) следует обязательно указать в паспорте на теплотрассу и проектных документах.

Если планируется расположение П-образных элементов группами на нескольких трубопроводах, идущих параллельно, то растяжку заменяют такой процедурой, как натяжка труб в «холодном» состоянии. Подобный вариант предполагает и особый порядок проведения монтажных процедур. В данном случае компенсатор прежде всего следует установить на опоры и сварить стыки.

Но при этом в одном из стыков должен остаться зазор, который будет соответствовать заданной растяжке П-компенсатора. Для того, чтобы избежать снижения компенсационной способности изделия и предотвратить перекосы, для натяжения следует воспользоваться стыком, который будет находиться от оси симметрии компенсатора на расстоянии от 20 до 40 трубных диаметров.

Установка опор

Особо стоит сказать об установке опор для П-компенсаторов. Их необходимо смонтировать так, чтобы трубопровод перемещался лишь вдоль продольной оси и никак иначе. В таком случае компенсатор примет на себя все возникающие продольные колебания.

Сегодня для одного П-компенсатора необходимо устанавливать не менее трёх качественных опор. Две из них следует располагать под теми участками компенсатора, которые состыкуются с основным трубопроводом (то есть под двумя вертикальными палочками буквы «П»). Допустимо также монтировать опоры на самом трубопроводе поблизости от компенсатора. Причём между краем опоры и сварным стыком должно быть хотя бы на полметра. Ещё одна опора создаётся под спинкой компенсатора (горизонтальной палочкой в букве «П»), как правило, на особой подвеске.

Если теплотрасса имеет уклон, то боковые части П-образных элементов должны располагаться строго по уровню (то бишь уклон должен соблюдаться). В большинстве случаев компенсаторы в виде буквы «П» устанавливаются горизонтально. Если же компенсатор устанавливается в вертикальном положении внизу обязательно должна быть организована соответствующая дренажная система.

Какие данные о компенсаторах нужно занести в паспорт теплотрассы?

По окончании монтажа П-образного компенсатора в паспорт теплопровода вносятся такие сведения:

технические параметры компенсатора, предприятие-изготовитель и год производства;

расстояние меж опорами, производимая компенсация и величина растяжения;

температура окружающей атмосферы в период, когда проводились работы, и дата установки.

Что касается, например, компенсирующей способности П-образного изделия, то она имеет чёткую зависимость от ширины, от радиуса изгибов и вылета.

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 , , целью которого являлось выявление возможных опечаток и неточностей, а так же сравнение результатов.

Типовой расчет компенсаторов (рис.1, а)), предлагаемый большинством авторов ч, предполагает процедуру, в основе которой лежит использование теоремы Кастилиано:

где: U - потенциальная энергия деформации компенсатора, Е - модуль упругости материала трубы, J - осевой момент инерции сечения компенсатора (трубы),

где: s - толщина стенки отвода,

D н - внешний диаметр отвода;

М - изгибающий момент в сечении компенсатора. Здесь (из условия равновесия, рис.1 а)):

M = P y x - P x y + M 0 ; (2)

L - полная длина компенсатора, J x - осевой момент инерции компенсатора, J xy - центробежный момент инерции компенсатора, S x - статический момент компенсатора.

Для упрощения решения оси координат переносят в упругий цент тяжести (новые оси Xs , Ys ), тогда:

S x = 0, J xy = 0.

Из (1) получим силу упругого отпора Px:

Перемещение можно трактовать как компенсирующую способность компенсатора:

где: б t - коэффициент линейного температурного расширения, (1,2х10 -5 1/град для углеродистых сталей);

t н - начальная температура (средняя температура наиболее холодной пятидневки за последние 20 лет);

t к - конечная температура (максимальная температура теплоносителя);

L уч - длина компенсируемого участка.

Анализируя формулу (3), можно прийти к выводу, что наибольшее затруднение вызывает определение момента инерции J xs , тем более, что предварительно необходимо определиться с центром тяжести компенсатора (с y s ). Автор резонно предлагает использовать приближенный, графический метод определения J xs , при этом учитывая коэффициент жесткости (Кармана) k :

Первый интеграл определяем относительно оси y , второй относительно оси y s (рис.1). Ось компенсатора вычерчивается на милиметровой бумаге в масштабе. Вся кривая ось компенсатора L разбивается на множество отрезков Дs i . Расстояние от центра отрезка до оси y i измеряется линейкой.

Коэффициент жесткости (Кармана) призван отобразить экспериментально доказанный эффект местного сплющивания поперечного сечения отводов при изгибе, что увеличивает их компенсирующую способность. В нормативном документе коэффициент Кармана определяется по эмпирическим формулам, отличным от приведенных в , . Коэффициент жесткости k используется для определения приведенной длины L прД дугового элемента, которая всегда больше его фактической длины l г . В источнике коэффициент Кармана для гнутых отводов:

где: л - характеристика гиба.

Здесь: R - радиус отвода.

где: б - угол отвода (в градусах).

Для сварных и короткозагнутых штампованных отводов источник предлагает воспользоваться другими зависимостями для определения k :

где: h - характеристика гиба для сварных и штампованных отводов.

Здесь: R э - эквивалентный радиус сварного отвода.

Для отводов из трех и четырех секторов б=15 град, для прямоугольного двухсекторного отвода предлагается принять б = 11 град.

Следует отметить, что в , коэффициент k ? 1.

Нормативный документ РД 10-400-01 предусматривает следующую процедуру определения коэффициента гибкости К р * :

где К р - коэффициент гибкости без учета стесненности деформации концов изогнутого участка трубопровода; о - коэффициент, учитывающий стесненность деформации на концах изогнутого участка.

При этом если, то коэффициент гибкости принимают равным 1,0.

Величина К p определяется по формуле:

Здесь P - избыточное внутреннее давление, МПа; Et - модуль упругости материала при рабочей температуре, МПа.

Можно доказать, что по коэффициент гибкости К р * будет больше единицы, следовательно, при определении приведенной длины отвода по (7) необходимо брать его обратную величину.

Для сравнения определим гибкость некоторых стандартных отводов по ОСТ 34-42-699-85, при избыточном давлении Р =2,2 МПа и модуле Е t =2х 10 5 МПа. Результаты сведем в таблицу ниже (табл. №1).

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что процедура определения коэффициента гибкости по РД 10-400-01 дает более "строгий" результат (меньшую гибкость отвода), при этом дополнительно учитывает избыточное давление в трубопроводе и модуль упругости материала.

Момент инерции П-образного компенсатора (рис.1 б)) относительно новой оси y s J xs определяем следующим образом :

где: L пр - приведенная длина оси компенсатора,

y s - координата центра тяжести компенсатора:

Максимальный изгибающий момент М макс (действует вверху компенсатора):

где Н - вылет компенсатора, согласно рис.1 б):

Н=(m + 2)R .

Максимальное напряжение в сечении стенки трубы определяется по формуле:

где: m1 - коррекционный коэффициент (коэффициент запаса), учитывающий увеличение напряжений на гнутых участках.

Для гнутых отводов, (17)

Для сварных отводов. (18)

W - момент сопротивления сечения отвода:

Допускаемое напряжение (160 МПа для компенсаторов из сталей 10Г 2С, Ст 3сп; 120 МПа для сталей 10, 20, Ст 2сп).

Хочется сразу отметить, что коэффициент запаса (коррекционный) довольно высок и растет с увеличением диаметра трубопровода. Например для отвода 90° - 159x6 ОСТ 34-42-699-85 m 1 ? 2,6; для отвода 90° - 630x12 ОСТ 34-42-699-85 m 1 = 4,125.

Рис.2.

В руководящем документе расчет участка с П-образным компенсатором, см. рис.2, производится по итерационной процедуре:

Здесь задаются расстояния от оси компенсатора до неподвижных опор L 1 и L 2 спинка В и определяется вылет Н. В процессе итераций в обоих уравнениях следует добиваться, чтобы стало равным; из пары значений берется наибольшее = l 2 . Затем определяется искомый вылет компенсатора Н:

В уравнениях представлены геометрические компоненты, см. рис.2:

Компоненты сил упругого отпора, 1/м 2:

Моменты инерции относительно центральных осей x, y.

Параметр прочности A, м :

[у ск ] - допускаемое компенсационное напряжение,

Допускаемое компенсационное напряжение [у ск ] для трубопроводов, расположенных в горизонтальной плоскости определяется по формуле:

для трубопроводов, расположенных в вертикальной плоскости по формуле:

где: - номинальное допускаемое напряжение при рабочей температуре (для стали 10Г 2С - 165 МПа при 100°?t?200°, для стали 20 - 140 МПа при 100°?t?200°).

D - внутренний диаметр,

Хочется отметить, что авторам не удалось избежать опечаток и неточностей. Если использовать коэффициент гибкости К р * (9) в формулах для определения приведенной длины l пр (25), координат центральных осей и моментов инерции (26), (27), (29), (30), то получится заниженный (некорректный) результат, так, как коэффициент гибкости К р * по (9) больше единицы и должен на длину гнутых отводов умножаться. Приведенная длина гнутых отводов всегда больше их фактической длины (по (7)), только тогда они обретут дополнительную гибкость и компенсационную способность.

Следовательно, чтобы скорректировать процедуру определения геометрических характеристик по (25) ч (30) необходимо использовать обратную величину К р *:

К р *=1/ К р *.

В расчетной схеме рис.2 опоры компенсатора - неподвижные ("крестиками" принято обозначать неподвижные опоры (ГОСТ 21.205-93)). Это может подвигнуть "расчетчика" отсчитывать расстояния L 1 , L 2 от неподвижных опор, то есть учитывать длину всего компенсационного участка. На практике поперечные перемещения скользящих, (подвижных) опор соседнего участка трубопровода часто ограничены; от этих подвижных, но ограниченных по поперечному перемещению опор и следует отсчитывать расстояния L 1 , L 2 . Если не ограничивать поперечные перемещения трубопровода по всей длине от неподвижной до неподвижной опоры возникает опасность схода с опор участков трубопровода, ближайших к компенсатору. Для иллюстрации данного факта на рис.3 приведены результаты расчета на температурную компенсацию участка магистрального трубопровода Ду 800 из стали 17Г 2С длиной 200 м, перепад температур от - 46 С° до 180 С° в программе MSC Nastran. Максимальное поперечное перемещение центральной точки компенсатора - 1,645 м. Дополнительную опасность схода с опор трубопровода представляют также возможные гидроудары. Поэтому решение о длинах L 1 , L 2 следует принимать с осторожностью.

Рис.3.

Не совсем понятно происхождение первого уравнения в (20). Тем более, что по размерности оно не является корректным. Ведь в скобках под знаком модуля складываются величины Р х и P y (l 4 +…) .

Корректность второго уравнения в (20) можно доказать следующим образом:

для того, чтобы, необходимо, чтобы:

Это действительно так, если положить

Для частного случая L 1 =L 2 , Р y =0 , используя (3), (4), (15), (19), можно прийти к (36). Важно учесть, что в системе обозначений в y = y s .

Для практических расчетов я бы использовал второе уравнение в (20) в более привычной и удобной форме:

где А 1 =А[у ск ].

В частном случае когда L 1 =L 2 , Р y =0 (симметричный компенсатор):

Очевидными достоинствами методики по сравнению с является ее большая универсальность. Компенсатор рис.2 может быть несимметричным; нормативность позволяет проводить расчеты компенсаторов не только теплосетей, но и ответственных трубопроводов высокого давления, находящихся в реестре РосТехНадзора.

Проведем сравнительный анализ результатов расчета П-образных компенсаторов по методикам , . Зададимся следующими исходными данными:

• а) для всех компенсаторов: материал - Сталь 20; Р=2,0 МПа; Е t =2х 10 5 МПа; t?200°; нагружение - предварительная растяжка; отводы гнутые по ОСТ 34-42-699-85; компенсаторы расположены горизонтально, из труб с мех. обработкой;
• б) расчетная схема с геометрическими обозначениями по рис.4;

Рис.4.

в) типоразмеры компенсаторов сведем в таблицу №2 вместе с результатами расчетов.

Исходные данные:

диаметр трубы с гнутыми отводами радиусом R = 1 м , температура теплоносителя  = 110°С, а температура грунта t гр. = 4°С;

1. Линейное удлинение компенсируемого участка теплопровода.

∆L=a*l(t 1 -t вк ), мм

∆L=1.2 ·0.01(110-(-25)) ·48=81.64

Учитывая предварительное растяжение компенсатора

∆Х=ε* ∆ L

∆Х= 0.5 ·81.64=40.82

Расчет производился для участка 11 с диаметром труб равным 0,07

3. Технологическая часть

3.1Описание проектируемой системы теплоснабжения

В курсовом проекте разработана открытая. централизованная. водяная. зависимая система ТС состоящая из трех элементов:

Источник теплоты

Потребителей теплоты

Тепловых сетей

Открытые системы теплоснабжения – системы, в которых происходит водоразбор горячей воды для нужд потребителя непосредственно из теплосети. При этом водоразбор может быть частичным или полным. Оставшаяся в системе горячая вода используется для отопления и вентиляции. Расход воды в теплосети при этом компенсируется дополнительным количеством воды, подающимся в тепловую сеть. Основное преимущество открытой системы теплоснабжения – ее экономическая выгода. Производство тепловой энергии осуществляется следующим образом: схема водогрейной котельной.

По условиям предупреждения коррозии металла температура воды на входе в котел при работе на газовом топливе должна быть не ниже 60 °С во избежание конденсации водяных паров, содержащихся в уходящих газах. Так как температура обратной воды почти всегда ниже этого значения, то в котельных со стальными котлами часть горячей воды подается в обратную линию рециркуляционным насосом. В коллектор сетевого насоса из бака поступает подпиточная вода (насос, компенсирующая расход воды у потребителей). Исходная вода, подаваемая насосом, проходит через подогреватель, фильтры химводоочистки и после умягчения через второй подогреватель, где нагревается до 75- 80 °С. Далее вода поступает в колонку вакуумного деаэратора. Вакуум в деаэраторе поддерживается за счет отсасывания из колонки деаэратора паровоздушной смеси с помощью водоструйного эжектора. Рабочей жидкостью эжектора служит вода, подаваемая насосом из бака эжекторной установки. Пароводяная смесь, удаляемая из деаэраторной головки, проходит через теплообменник – охладитель выпара. В этом теплообменнике происходит конденсация паров воды, и конденсат стекает обратно в колонку деаэратора. Деаэрированная вода самотеком поступает к подпиточному насосу, который подает ее во всасывающий коллектор сетевых насосов или в бак подпиточной воды.

Подогрев в теплообменниках химически очищенной и исходной воды осуществляется водой, поступающей из котлов. Во многих случаях насос, установленный на этом трубопроводе (показан штриховой линией), используется также и в качестве рециркуляционного. Если отопительная котельная оборудована паровыми котлами, то горячую воду для системы теплоснабжения получают в поверхностных пароводяных подогревателях. Пароводяные водоподогреватели чаще всего бывают отдельно стоящие, но в некоторых случаях применяются подогреватели, включенные в циркуляционный контур котла, а также надстроенные над котлами или встроенные в котлы. В проекте принято схема совмесного подключения систем отопления и гвс, по принципу связанного регулирования (см.Лист 2).Трассировка тепловой энергии осуществляется о двух трубным водяным, тупиковым тепловым сетям(см Лист1,2). Протяженность тепловых сетей от котельной до наиболее удаленного потребителя составляет 262м. Диаметр трубопроводов подобран в соответствии с гидравлическим расчетом(см пункт 2.4)и составляет от 50 до 380мм.По трассе ТС на участках 9 и 11 установлены П образный компенсатор. Для распределения теплоты, его учета по трассе предусматривается узлами трубопроводов, где устанавливаются задвижки. В советский период примерно 50% всех систем теплоснабжения были открытого типа. Недостатков у такой системы несколько. Прежде всего - невысокое санитарно-гигиеническое качество воды. Отопительные приборы, трубопроводные сети придают воде цветность, запах, появляются различные примеси, бактерии. Для очистки воды в открытой системе применяются различные методы, но их использование снижает экономический эффект.

3.2 Эксплуатация системы теплоснабжения.

Комплекс работ по поддержанию в исправном состоянии и использованию по назначению системы теплоснабжения. В крупных городах и промышленных районах создаются специальные предприятия по эксплуатации тепловых сетей от районной котельной, котельных и тепловых сетей от них. Организационная структура эксплуатации предприятий теплоснабжения зависит от их мощности, характера потребителей и источников теплоты. Непосредственно связаны с эксплуатацией такие структурные подразделения, как сетевые районы, инженерные службы и производственно-технические отделы. Основным производственно-техническим подразделением является сетевой район, который осуществляет всю эксплуатацию сетей и их сооружений, проводит тепловой надзор за потребителями, распределяет и учитывает теплоту. Сетевые районы располагают штатом обходчиков сетей и тепловых пунктов, ремонтным персоналом и наладчиками. Оперативную деятельность районов по взаимоотношению с потребителями выполняет дежурный персонал, работающий круглосуточно. Сетевым районам оказывают содействие следующие инженерные службы: ремонта тепловых сетей, аварийно-восстановительная служба системы теплоснабжения, электрохозяйства, присоединений, диспетчерская, тепловая инспекция, производственная лаборатория, контрольно-измерительных приборов и автоматики, отдел АСУ. Диспетчерская служба и отдел АСУ создаются для диспетчерского управления теплоснабжением и функционирования автоматизированной систеы диспетчерского управления централизованным теплоснабжением и автоматизированной системы управления технологическими процессами централизованного теплоснабжения. Для обслуживания теплоэнергетических объединений создаются ремонтно-производственные базы, которые обеспечивают: средний и капитальный ремонт оборудования, восстановительный ремонт строительных конструкций тепловых сетей; аварийно-восстановительные работы с помощью выездных бригад; наладку и испытания оборудования котельных, насосных станций, тепловых пунктов; изготовление запасных деталей и изделий; хранение приборов, материалов, аппаратуры. При эксплуатации систем теплоснабжения большое значение имеют систематически проводимые гидравлические и температурные испытания. Цель гидравлических испытаний - выявление участков теплопроводов, подвергшихся наружной или внутренней коррозии. Ежегодно в летний период все теплопроводы испытывают на герметичность и прочность с помощью стационарных опрессовочных пунктов и передвижных насосов-прессов. Цель температурных испытаний - проверка прочности оборудования тепловых сетей в условиях температурных деформаций и определение фактической компенсирующей способности сетевых компенсаторов. Во время испытаний температуpa воды в подающих трубопроводах поддерживается равной расчетной, в обратных трубопроводах - не выше 90°С. Все вновь присоединяемые и реконструируемые системы теплопотребления должны быть выполнены в соответствии с действующими Правилами устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды, другими правилами Госгортехнадзора России, Правилами эксплуатации теплопотребляющих установок и тепловых сетей потребителей, Правилами техники безопасности при эксплуатации теплопотребляющих установок и тепловых сетей потребителей, строительными нормами и правилами (СНиП), настоящими Правилами, а также обеспечены проектной и технической документацией.

До пуска в эксплуатацию новых тепловых сетей и систем теплопотребления должны быть проведены их приемо - сдаточные испытания и они должны быть приняты заказчиком от монтажной организации по акту в соответствии с действующими правилами, после чего они должны быть предъявлены для осмотра и допуска в эксплуатацию органу государственного энергетического надзора и теплоснабжающей организации. Одновременно должны быть представлены проектная и исполнительная документация.

Допуск систем теплопотребления строящихся зданий и тепловых сетей во временную эксплуатацию для проведения отделочных работ разрешается при условии выполнения работ по утвержденной пусковой схеме и заключения договора на теплоснабжение.

Допуск систем теплопотребления и тепловых сетей как в постоянную, так и во временную эксплуатацию возможен только при наличии подготовленного персонала, прошедшего проверку знаний в установленном порядке, и назначении приказом по предприятию (организации) ответственного за тепловое хозяйство лица, прошедшего проверку знаний в установленном порядке.

Список информационных источников.

СНиП 2.01.01-82 Строительная климатология и геофизика.1982

СНиП 41-02-2003Тепловые сети.2003.

СНиП 2.04.01-85*.Внутренний водопровод и канализация зданий.1985

СНиП 41-03-2003 Тепловая изоляция оборудования трубопроводов.2003

СНиП 23-01-99 Строительная климатология.1999

ГОСТ 21.605-82. Сети тепловые (Тепломеханическая часть) рабочие чертежи. 1986

Е.Я.Соколов., Теплофикация и тепловые сети; М., Энергоиздат, 2009., -472

Б.Н.Голубков., Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий – М., Энергия, 2008

Манюк В.И., Каплинский Я.И., Хиж Э.Б. И др. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: Cправочник. Изд.4 Ид:Лань.,2009, -432.

Боровков В.М. Ремонт теплотехнического оборудования и тепловых сетей (1-е изд.) учебник., Ид: Лань., 2011, -208 (гриф СПО)

Теплотехнический справочник. Под общей редакцией В.Н.Гренева и П.Д.Лебедева. М., «Энергия», 1975.

Щекин Р.В. справочник по теплоснабжению и вентиляции, т.I, К., «Будивельник»,1976

Расчёт П-образного компенсатора заключается в определении минимальных размеров компенсатора, достаточных для компенсации температурных деформаций трубопровода. Заполнив выше приведенную форму, вы сможете рассчитать компенсирующую способность П-образного компенсатора заданных размеров.

В основе алгоритма данной online программы лежит методика расчёта П-образного компенсатора приведенная в — Справочнике проектировщика «Проектирование тепловых сетей» под редакцией А. А. Николаева.

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

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