Расчет неподвижных опор.

Неподвижные опоры фик­сируют положение трубопровода в определенных точках и восприни­мают усилия, возникающие в ме­стах фиксации под действием темпе­ратурных деформаций и внутренне­го давления.

Опоры оказывают весьма важное влияние на работу теплопровода. Нередки случаи серьезных аварий из-за неправильного размещения опор, неудачного выбора конструк­ций или небрежного монтажа. Весь­ма важно, чтобы все опоры были нагружены, для чего необходимо при монтаже выверять расстановку их по трассе и положение по вы­соте. При бесканальной прокладке обычно отказываются от установки свободных опор под трубопроводами во избежание неравномерных проса­док, а также дополнительных изги­бающих напряжений. В этих про­кладках трубы укладываются на не­тронутый грунт или тщательно ут­рамбованный слой песка.

От пролета (расстояния) между опорами зависит изгибающее напря­жение, возникающее в трубопрово­де, и стрела прогиба.

При расчете изгибающих напря­жений и деформаций трубопровод, лежащий на свободных опорах, рас­сматривается как многопролетная балка. На рис. Т.с.19 приведена эпю­ра изгибающих моментов многопро­летного трубопровода.

Рассмотрим усилия и напряже­ния, действующие в трубопроводах.

Примем следующие обозначения:

М — силовой момент, Н*м; Q_B, Q_г— усилие вертикальное и гори­зонтальное, Н; q_в, q_г— удельная на­грузка на единицу длины, верти­кальная и горизонтальная, H/m;..N— горизонтальная реакция на опоре, Н.

Максимальный изгибающий мо­мент в многопролетном трубопрово­де возникает на опоре. Величина этого момента (9.11)

где q — удельная нагрузка на еди­ницу длины трубопровода, Н/м; — длина пролета между опорами, м. Удельная нагрузка q определяет­ся по формуле (9-12)

где q_B — вертикальная удельная на­грузка, учитывающая вес трубопро­вода с теплоносителем и тепловой изоляцией; q_г — горизонтальная удельная нагрузка, учитывающая ветровое усилие,

(9-13)

где w — скорость ветра, м/с; — плотность воздуха, кг/м³; d_и — наружный диаметр изоляции трубо­провода, м; k — аэродинамический коэффициент, равный в среднем 1,4—1,6.

Ветровое усилие должно учиты­ваться только в надземных тепло­проводах открытой прокладки.

Изгибающий момент, возникаю­щий в середине пролета,

(9.14)

На расстоянии 0,2 от опоры из­гибающий момент равен нулю.

Максимальный прогиб имеет ме­сто в середине пролета.

Стрела прогиба трубопровода , (9.15)

На основании выражения (9-11) определяется пролет между свобод­ными опорами

(9-16) откуда ,м (9-17)

При выборе пролета между опо­рами для реальных схем трубопро­водов исходят из того, чтобы при наиболее неблагоприятных режимах работы, например при наиболее вы­соких температурах и давлениях теп­лоносителя, суммарное напряжение от всех действующих усилий в са­мом слабом сечении (обычно свар­ном шве) не превосходило допусти­мой величины [ ].

Предварительную оценку рас­стояния между опорами можно про­извести на основе уравнения (9-17), принимая напряжение от изгиба ₄ равным 0,4-0,5 допускаемого напряжения:

Неподвижные опоры воспринимают реакцию внутреннего давления, свободных опор и

компенсатора.

Результирующее усилие, действующее на неподвижную опору, может быть представлено в виде

, где

а - коэффициент, зависящий от направления действия осевых усилий внутреннего давления с обоих сторон опоры. Если опора разгружена от усилия внутреннего давления, то а =0, иначе а =1; р - внутреннее давление в трубопроводе; - площадь внутреннего сечения трубопровода; - коэффициент трения на свободных опорах; - разность длин участков трубопровода с обеих сторон неподвижной опоры; - разность сил трения осевых сколь­зящих компенсаторов или сил упругости гибких компенсаторов с обоих сторон неподвиж­ной опоры.

26. Компенсация тепловых удлиннений трубопроводов систем теплоснабжения. Основы расчета гибких компенсаторов.

В тепловых сетях в настоящее время наиболее широко применяются сальниковые, П- образные, а в последнее время и сильфонные (волнистые) компенсаторы. Кроме специальных компенсаторов используют для компенсации и естественные углы поворотов теплотрассы - самокомпенсацию. 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). Необходимо также определить реакцию компенсатора, используемую при расчетах нагрузок на неподвижные опоры. Тепловое удлинение расчетного участка трубопровода , мм, определяют по формуле

, (2.81)

где - средний коэффициент линейного расширения стали, мм/(м · ^оС), (для типовых расчетов можно принять =1,2· 10ˉ² мм/(м · ^оС),

- расчетный перепад температур, определяемый по формуле , (2.82)

где - расчетная температура теплоносителя, ^оС;

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

L - расстояние между неподвижными опорами, м.

Гибкие компенсаторы в отличие от сальниковых характеризуются мень­шими затратами на обслуживание. Их применяют при всех способах прокладки и при любых параметрах теплоносителя. Использование сальниковых компенса­торов ограничивается давлением не более 2,5 МПа и температурой теплоно­сителя не выше 300°С. Их устанавли­вают при подземной прокладке трубопро­водов диаметром более. 100 мм, при над­земной прокладке на низких опорах труб диаметром более 300 мм, а также в стес­ненных местах, где невозможно разме­стить гибкие компенсаторы.

Гибкие компенсаторы изготовляют из отводов и прямых участков труб с по­мощью электродуговой сварки. Диа­метр, толщина стенки и марка стали ком­пенсаторов такие же, как и трубопрово­дов основных участков. При монтаже гибкие компенсаторы располагают го­ризонтально; при вертикальном или на­клонном размещении требуются воз­душные или дренажные устройства, ко­торые затрудняют обслуживание.

Для создания максимальной компен­сационной способности гибкие компен­саторы перед монтажом растягивают в холодном состоянии и в таком положе­нии закрепляют распорками. Величину

растяжки компенсатора записывают в специальный акт. Растянутые компенса­торы присоединяют к теплопроводу с по­мощью сварки, после чего распорки уда­ляют. Благодаря предварительной рас­тяжке компенсационная способность уве­личивается почти вдвое. Для установки гибких компенсаторов устраивают ком­пенсаторные ниши. Ниша представляет собой непроходной канал такой же кон­струкции, по конфигурации соответст­вующий форме компенсатора.

Сальниковые (осевые) компенсаторы изготовляют из труб и из листовой стали двух типов: односторонние и двусторон­ние. Размещение двусторонних компен­саторов хорошо сочетается с установ­кой неподвижных опор. Сальниковые компенсаторы устанавливают строго по оси трубопровода, без перекосов. На­бивка, сальникового компенсатора представляет собой кольца, выполненные из асбестового прографиченного шнура и термостойкой резины. Осевые компенса­торы целесообразно применять при бесканальной прокладке трубопроводов.

Компенсационная способность саль­никовых компенсаторов с увеличением диаметра повышается.

Расчет гибкого компенсатора.

Тепловое удлинение расчетного участка трубопровода , мм, определяют по формуле

, (2.81)

где - средний коэффициент линейного расширения стали, мм/(м · ^оС), (для типовых расчетов можно принять =1,2· 10ˉ² мм/(м · ^оС),

- расчетный перепад температур, определяемый по формуле

, (2.82)

где - расчетная температура теплоносителя, ^оС;

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

L - расстояние между неподвижными опорами, м.

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

Реакция сальникового компенсатора - сила трения в сальниковой набивке определяется по формуле , (2.83)

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.

Технические характеристики сильфонных компенсаторов приведены в табл. 4.14 - 4.15 [5]. Осевая реакция сильфонных компенсаторов складывается из двух слагаемых

(2.84)

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

, (2.85)

где 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

, (2.86)

где - 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 ; (2.87)

для углов более 90^о, т.е. 90+b, по формуле (2.88)

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.

27. Определение расчетных расходов теплоносителя. (Рис. Т.с.22,23,24)

Основная задача при расчете местных или групповых тепловых пунктов заключается:

- в определении расчетных расходов теплоносителей,

- в выборе типоразмеров подогревателей, насосных установок и смесительных устройств.

При чисто отопительной нагрузке расчетный эквивалент расхода сетевой воды опр-ся:

,

где G’- расчетный расход сетевой воды,

Q₀’- расчетная отопительная нагрузка,

τ_1’ – t воды в подающем трубопроводе при расчетном расходе теплоты на отопленеие.

При зависимой схеме подключения с-мы отопления:

- t воды после отопительной установки,

При независимой схеме подключения с-мы отопления:

- t воды после подогревателя с-мы отопления (теплообменника),

- эквивалент расхода сетевой воды на теплообменник при расчетном расходе теплоты на с-му отопления.

При наличии 2 видов тепловой нагрузки расчетный эквивалент расхода сетевой воды на тепловом пункте опр-ся по режиму работы в сети при t воды в подающем трубопроводе тепловой сети = τ₁’’’ (t точки излома).

Расчетный эквивалент расхода сетевой воды W^p зав-т от СТС и схемы присоединения абонентской установки в тепловой сети..

При закрытой схеме т.с. и присоединения аб. уст-ки по параллельной схеме или по смешанной схеме W^p опр-ся по ф-ле:

- расчетный расход сетевой воды на т. пункт,

и - это соответственно расчетные эквиваленты расхода сетевой воды на отопление и ГВС.

где соответствует t_н.и.

а) при параллельной схеме подключения подогревателей ГВС опр-ся по формуле:

б) При двухступенчатой смешанной схеме подключения подогревателей ГВС:

в) При двухступенчатой последовательной схеме подключения подогревателей ГВС:

При зависимой схеме ,

При независимой схеме

- t сетевой воды после подогревателя ГВС, определяется на основе технико-экон. расчетов. Предварительно можно принять 25-30⁰С,

- температура холодной воды,

- температура горячей воды.

- температура водопроводной воды после подогревателя нижней ступени в точке излома температурного графика.

опр-ся на основе технико-экономических расчетов. Предварительно можно принять 5-10⁰С.

При любой схеме присоединения подогревателей ГВС расход сетевой воды на тепловой пункт при t_но не может быть меньше расчетного расхода воды на с-му отопления. Если все же , то принимаем равным .

При наличии у абонентов аккумуляторов г.в.

При отсутствии:

1) при параллельной и смешанной схемах присоединения подогревателей ГВС ,

2) при двуступенчатой последовательной и предвключенной с-мах опр-ся по балансовой нагрузке ГВС

- коэф-т, учитывающий небаланс теплоты на с-му отопления, который вызван неравномерностью потребления гор. воды. =1,1-1,2 – для технических расчетов.