Определение усилий на неподвижные опоры

Усилия, воспринимаемые неподвижными опорами, складываются из неуравновешенных сил внутреннего давления, сил трения в сальниковых компенсаторах, в подвижных опорах и сил упругой деформации П-образных компенсаторов и самокомпенсации. При определении усилий на неподвижные опоры учитывается схема участка трубопровода, тип подвижных опор и компенсирующих устройств, расстояние между неподвижными опорами и наличие запорных органов и ответвлений.

В таблице 6 приведены наиболее характерные схемы расчётных участков трубопроводов и расчётные формулы. Неравномерность затяжки сальниковых компенсаторов и работы подвижных опор учитывается коэффициентом 0,3.

При определении нормативной горизонтальной нагрузки на неподвижную опору труб следует учитывать:

1. Силы трения в подвижных опорах труб , Н, определяемые по формуле

, (6.1)

где: – коэффициент трения в подвижных опорах труб, для катковой и шариковой опоры , для скользящих – в зависимости от конструкции. При трении стали по стали ; стали по бетону ; чугуна по стали ;

– вес одного метра трубопровода в рабочем состоянии, включающий вес трубы, теплоизоляционной конструкции и воды для водяных и конденсатных сетей (вес воды в паропроводах не учитывается), Н/м;

– длина трубопровода от неподвижной опоры до компенсатора или угла поворота трассы при самокомпенсации, м.

2. Силы трения в сальниковых компенсаторах , Н, определяемые по формулам:

; (6.2)

, (6.3)

где: – рабочее давление теплоносителя п.10.6 [13], Па, (но не менее
1,0 × 10⁶ Па);

– длина слоя набивки по оси сальникового компенсатора, м (65÷70 мм у компенсаторов с D_у 175 мм и 120 мм у компенсаторов с D_у>175 мм);

– наружный диаметр патрубка сальникового компенсатора, м;

– коэффициент трения набивки о металл, принимаемый равным 0,15;

– число болтов компенсатора;

– площадь поперечного сечения набивки сальникового компенсатора, м², определяемая по формуле

; (6.4)

– внутренний диаметр корпуса сальникового компенсатора, м.

При определении величины по формуле (6.2) величину принимают не менее 1 × 10⁶ Па. В качестве расчётной принимают бóльшую из сил, полученных по формулам (6.2) и (6.3).

3. Неуравновешенные силы внутреннего давления при применении сальниковых компенсаторов , Н, на участках трубопроводов, имеющих запорную арматуру, переходы, углы поворота или заглушки, определяемые по формуле

, (6.5)

где: – рабочее давление теплоносителя, Па;

– площадь поперечного сечения по наружному диаметру патрубка сальникового компенсатора, м².

Неуравновешенные силы внутреннего давления возникают вследствие разности давлений или площадей сечений. В симметричных по обе стороны неподвижной опоры участках они взаимно уравновешиваются (компенсируются). При этом неподвижные опоры, на которые не действуют силы внутреннего давления, принято называть разгруженными, а при их наличии – неразгруженными. Пример расчёта неподвижных опор приведён на странице 404 [9, С.404; 19, С.399].

В курсовом проекте необходимо определить осевое усилие, действующее на промежуточную опору в УТ (указанном преподавателем).

Таблица 6

Расчётные формулы для определения осевых и боковых сил на неподвижные опоры трубопроводов (от одной трубы) [9]

Номер схемы	Схема расчётного участка трубопроводов	Расчётные формулы

7. Расчёт компенсации тепловых удлинений трубопровода

Для компенсации тепловых удлинений трубопроводов используются повороты трассы (самокомпенсация), применяются сальниковые, а также П-образные компенсаторы. При подземной прокладке за пределами населённых мест применяются гибкие компенсаторы. Пример расчёта сальникового компенсатора приведён в [9, С. 388]. П-образные компенсаторы следует рассчитывать в курсовом проекте по методике, изложенной в [9, С.401], в дипломном проекте – [6, С.173-179]. Для увеличения компенсирующей способности компенсатора или уменьшения величины смещения его устанавливают с предварительной (монтажной) растяжкой, которую в расчётах учитывают с помощью коэффициента e (e = 0,5 при температуре теплоносителя до 250^оС [4, С.237]). Для облегчения конструктивного расчёта П-образного компенсатора составлены номограммы [9, лист VI.9-VI.13]. Допускаемое изгибающее компенсационное напряжение зависит от способа компенсации, схемы участка и др. определяется расчётом. Для труб тепловых сетей величину для усредненных условий можно принимать равной при и МПа для расчёта П-образных компенсаторов =110 МПа, для участков самокомпенсации = 80 МПа. Величина теплового удлинения трубопровода определяется по формуле:

, мм, (7.1)

где: - коэффициент линейного расширения углеродистых трубных сталей, мм/м×°С [9, табл. VI.25] или таблица 7;

- длина рассматриваемого участка трубопровода, м;

- максимальная температура стенки трубы, принимаемая равной максимальной температуре теплоносителя, ^оС;

- минимальная температура стенки трубы, принимаемая равной расчётной температуре наружного воздуха для отопления , ^оС.

Таблица 7

Коэффициенты линейного расширения трубных сталей и

модуль упругости Е [9]

Таблица 8

Основные характеристики сальниковых компенсаторов [9]

, мм	, мм	Наружный диаметр расточки стакана , мм	Площадь сечения стакана , см2	Наружный диаметр фланцев , мм	Наружный диаметр корпуса , мм	Длина компенсатора , мм	Наибольшая компенсирующая способность , мм	Масса, кг
						820/1620	250/2´250	20,5/41,6
						835/1620	25,4/49,9
						990/1900	300/2´300	43,8/86,4
						1160/2160	92/177
						1210/2160	125,9/243
						1170/2160	158/305
						1175/2160	167/318
						1360/2560	400/2´400	212/405

Примечание. В числителе указаны размеры для одностороннего компенсатора, в знаменателе – для двустороннего.

Расчётная компенсирующая способность компенсатора:

L_расч = l_к – Z , мм . (7.2)

При определении габаритов камер в случае неполного использования компенсирующей способности компенсатора его установочную длину L_уст находят по формуле:

L_уст=A_м – Z – (L_расч – Dl) , мм, (7.3)

где: А_м – максимальная длина компенсатора, мм;

Z- величина, учитывающая возможное смещение неподвижных опор и неточность изготовления (для односторонних компенсаторов Z = 40÷50 мм, для двусторонних компенсаторов Z = 100 мм).

Монтажная длина сальникового компенсатора L_м определяется с учётом температуры наружного воздуха при монтаже трубопроводов по формуле:

L_м = L_уст – 0,0125(t_м-t_о)l , мм, (7.4)

где t_м – температура наружного воздуха, при которой производится монтаж трубопровода, °С (по заданию t_м = +10 °С).