Расчет и подбор конструкций

Расчет сильфонного компенсатора Тепловые удлинения трубопроводов при температуре теплоносителя от.

50 ^оС и выше должны восприниматься специальными компенсирующими устройствами, предохраняющими трубопровод от возникновения недопустимых деформаций и напряжений.

В качестве компенсирующих устройств применяются гибкие или сальниковые и сильфонные компенсаторы. Повороты трубопроводов по трассе тепловых сетей используется для самокомпенсации. Выбор способа компенсации зависит от параметров теплоносителя, способа прокладки тепловых сетей и других местных условий.

Определим количество сильфонных компенсаторов для участка № 5 тепловой сети d_н = 325×8 мм и длиной L = 213 м, а так же определим реакцию компенсатора Р_к. Расчетная температура теплоносителя t₁ 125 °C. Расчетная температура наружного воздуха tо -23 °С .

Приняв коэффициент температурного удлинения, используя данные табл. 14.2 прил. 14 [1] определим максимальную длину участка, на которой может обеспечить компенсацию один сильфонный компенсатор:

где — амплитуда осевого хода, мм, = 90 мм.

Необходимое количество компенсаторов n на расчетном участке составит:

Определим фактическую амплитуду компенсатора _ф при длине пролета между неподвижными опорами:

Определим осевую реакцию компенсатора R_с.к:

R_c.к = R_ж + R_р, (1.27).

где R_ж — осевая реакция, возникающая вследствие жесткости осевого хода, определяется по формуле:

R_ж = С _ф = 445 • 72,9 = 32 440 Н, где С — жесткость волны, Н/мм, (С = 445 Н/мм);

R_р — осевая реакция от внутреннего давления, определяется по формуле.

R_c.к = 32 440 +2679 = 35 119 Н К установке принят сильфонный компенсатор СК-МК (СК-160.000.00 ТУ):

• — диаметр сильфона 325 мм,
• — масса 39 кг,
• — эффективная площадь 1001 см²
• — жёсткость компенсатора 445 Н/мм
• — амплитуда осевого хода 90 мм

Расчёт толщины тепловой изоляции Тепловые расчеты изоляционных конструкции проводятся с целью определения тепловых потерь трубопроводами с заданной конструкцией тепловой изоляции при данном типе прокладки. Тепловые расчеты выполняются также с целью определения по заданным значениям этих потерь соответствующих толщин изоляционных слоев, выполняемых из материалов с известной теплопроводностью.

Определение толщины тепловой изоляции участка № 10 для двухтрубной тепловой сети с dн = 159 мм, проложенной в канале типа КЛП 90×45. Глубина заложения канала hк = 1,0 м. Среднегодовая температура грунта на глубине заложения оси трубопроводов tо = 4 °C. Теплопроводность грунта лгр = 2,0 Вт/(м · град).

Тепловая изоляция — маты минераловатные при подземной прокладке трубопроводов. Среднегодовая температура теплоносителя в подающем трубопроводе составляет ф1 = 86 °C, в обратном ф2 = 48 °C.

Расчёт произведён по методике, приведённой [8]:

1. определим внутренний dв. э и наружный dн. э эквивалентные диаметры канала по внутренним (0,9· 0,45 м) и наружным (1,15· 0,63 м) размерам его поперечного сечения:

d_вэ=4· F/P=4·0,9·0,45/2·(0,9+0,45)=0,6 м (1.29).

d_нэ=4· F/P=4·1,15·0,63/2·(1,15+0,63)=0,81 м (1.30).

2. определим термическое сопротивление внутренней поверхности канала.

R_пк=1/б_епd_вэ=1/8· 3,14·0,6=0,066 м· °С/Вт (1.31).

3. определим термическое сопротивление стенки канала Rк, приняв коэффициент теплопроводности железобетона :

R_к=ln (d_нэ/d_вэ)/2пл_ст=ln (0,81/0,6)/2· 3,14·2,04 =0,024м· °С/Вт (1.32).

4. определим при глубине заложения оси труб h=1,3 м и теплопроводности грунта термическое сопротивление грунта.

= (1.33).

5. приняв температуру поверхности теплоизоляции 40 °C, определим средние температуры теплоизоляционных слоев подающего tт. п и обратного tт. о трубопроводов:

t_тп=(ф₁+40)/2=(86+40)/2=63 °С (1.34).

t_то=(ф₂+40)/2=(48+40)/2=44 °С (1.35).

6. определим коэффициенты теплопроводности тепловой изоляции для подающего лк1 и обратноголк2 трубопроводов:

л_к1=0,032+0,19· t_тп=0,032+0,19·63=0,044 Вт/м°С (1.36).

л_к2=0,032+0,19· t_то=0,032+0,19·44=0,040 Вт/м°С (1.37).

7. определим термическое сопротивление поверхности теплоизоляционного слоя:

R_пс=1/б_еп (d_н+0,1)=1/8· 3,14·0,259=0,154 м· °С/Вт (1.38).

• 8. примем нормируемые линейные плотности тепловых потоков для подающего q_l1 = 39,5 Вт/м и обратного q_l2 = 15,8 Вт/м трубопроводов. Определим суммарные термические сопротивления для подающего R_tot1 и обратного R_tot2 трубопроводов при К₁ = 0,92:
• 9.

R_tot1=(ф₁-t_o)/k₁q_l1=(86−4)/0,92· 39,5=2,26 м· °С/Вт (1.39).

R_tot2=(ф₂-t_o)/k₁q_l2=(48−4)/0,92· 15,8=3,03 м· °С/Вт (1.40).

• 10. определим коэффициенты взаимного влияния температурных полей подающего ц₁ и обратного ц₂ трубопроводов:
• 11.

ц₁= q_l2/q_l1=15,8/39,5=0,40 (1.41).

ц₂= q_l1/q_l2=39,5/15,8=2,50 (1.42).

• 12. определим требуемые термические сопротивления слоёв для подающего R_кп и обратного R_ко трубопроводов, м· °С/Вт:
• 13.

R_кп= R_tot1— R_пс-(1+ ц₁) · (R_пк+ R_к +R_гр) (1.43).

=2,26−0,154-(1+0,40) · (0,066+0,0205+0,149)=1, 98 м· °С/Вт.

R_ко= R_tot2— R_пс-(1+ ц₂) · (R_пк+ R_к +R_гр) (1.44).

=3,03−0,154-(1+2,50) · (0,066+0,0205+0,149)=2,11 м· °С/Вт.

• 14. определим значения В для подающего и обратного трубопроводов:
• 15.

В₁=е^{2плк1Rкп} = 2,7^{2*3,14*0,043*1,98} =1,635 (1.45).

В₂=е^{2плк2Rко} = 2,7^{2*3,14*0,040*2,11} =1,696 (1.46).

16. определим требуемые толщины слоев тепловой изоляции для подающего.

_к1 и обратного _к2 трубопроводов:

_к1=d_н· (В₁-1)/2=0,159· (1,635−1)/2=0,055 м (1.47).

_к2=d_н· (В₂-1)/2=0,159· (1,696−1)/2=0,050 м (1.48).

Принимаем толщину основного слоя изоляции для подающего и обратного трубопроводов 60 мм. Результаты расчётов по толщины тепловой изоляции по формулам (1.29−1.48) приведены в таблице 1.8.

Таблица 1.8 Толщина тепловой изоляции.

Расчёт трубопроводов на самокомпенсацию температурны расширений При расчете самокомпенсации основной задачей является определение максимального напряжения у основания короткого плеча угла поворота трассы и определение упругого отпора. Участок № 6−7 d_у =325×8мм, расчетная температура теплоносителя = 125⁰С, температура окружающей среды t_о= -23^оС, коэффициент линейного расширения = 1,25•10^-5 1/^оC.

Максимальное напряжение определяют для углов поворотов 90^о по формуле:

(1.49).

где L — удлинение меньшего плеча, м;

L — длина меньшего плеча, м;

Е — модуль продольной упругости, равный в среднем для стали 2•10⁵ МПа;

d — наружный диаметр трубы, м;

n = L₁/L — отношение длины длинного плеча к короткому.

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

Определим линейное удлинение L₁ короткого плеча L₁:

Следовательно, данный угол поворота может быть использован для самокомпенсации.

• 1. ДL1= б l1(ф — to) = 1,25· 10^-5·15(125 + 23) = 0,027 м (1.50)
• 2. при и n=20/15=1,3 находим изгибающее напряжение у опоры Н19

(1.51).

Полученное изгибающее напряжение не превышает допускаемое _доп = 80 МПа. Следовательно, данный угол поворота может быть использован для самокомпенсации.

• 3. определим силу упругой деформации Р_y
• 4.

Р_у= В· (б· F·I/10⁷) · (ф₁-t_о)/ l₂² (1.52).

теплоснабжение заземление насосный температура Значение б· F·I/10⁷ определяем по таблице при наружном диаметре.

d_н = 32,5 см б· F·I/10⁷ =24,0 кгс· м²/°С Значение коэффициента В определяем по номограмме, В=6,1.

Р_у=6,1· 24·148/ 15²=9,6 кгс =96 Н Расчёт усилий на подвижные и неподвижные опоры 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, 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.

Неподвижная опора Н19.

Определим результирующие усилие N на неподвижную опору Н19. Определим вертикальную нормативную нагрузку F_v.

Трубопровод с d_нxS = 325×8 мм проложен в не проходном канале. Вес одного погонного метра трубопровода с водой и изоляцией G_h = 1670 Н/м. Расстояние между подвижными опорами L = 8 м. Коэффициент трения в подвижных опорах = 0,1. Реакция компенсатора P_к = 35 119 Н. Сила упругой деформации угла поворота P_х = 96 Н.

• 1. расчет результирующих усилий N на опору Н19 для различных тепловых режимов работы трубопровода выполним по формулам:
  • — на нагрев

(1.53).

• — на охлаждение
• -

(1.54).

В качестве расчетного усилия принимаем наибольшее значение N=32 641 Н.

Принята неподвижная щитовая опора 325×8 Т8.07.00.000.СБ согласно серии 4.903−10 выпуск 4.

вертикальную нормативную нагрузку на подвижную опору F_v определим по формуле:

(1.55).

где м_х — коэффициент трения в опорах, для скользящих опор при трении стали о сталь принимают равным 0,3.

Принята опора скользящая Т13.10.00.000СБ.

Расчёт диаметров спускников и воздушников Определение диаметров спускных устройств производится с целью обеспечения слива воды из трубопровода теплосети за определенный период времени.

Диаметр штуцера и запорной арматуры d, м, для спуска воды из секционируемого участка трубопровода определяют по формуле:

где d _red, l, i _red — соответственно приведенный диаметр, м; общая длина, м; приведенный уклон секционируемого участка трубопровода определяемые по следующим формулам:

d _red = (d₁ l₁ + d₂ l₂ + … + d_n l_n) / l (1.57).

i _red = (i₁ l₁ + i₂ l₂ + … + i_n l_n) / l (1.58).

где l₁, l₂, …, l_n — длины отдельных участков трубопровода, м, с диаметрами d₁, d₂, …, d_n, м, при уклонах i₁, i₂, …, i₃;

m — коэффициент расхода арматуры, принимаемый для вентилей.

m = 0,0144, для задвижек m = 0,011;

n — коэффициент, зависящий от времени спуска воды t.

при t = 4 ч (для труб диаметром 350−400 мм) n = 0,5.

d _red = 0,426 м (т.к. диаметр не меняется);

Для расчета выбран участок теплосети (см. профиль трассы в графической части) с установкой спускника в камере УТ4.

Уклон прилегающих участков определяется по формуле:

Так как расчетный диаметр спускного устройства d = 42 мм меньше рекомендованного d_у = 100 мм, то к установке принимаем диаметр спускника 100 мм. Диаметр воздушников по требованиям составил 25 мм.

Результаты расчёта спускных устройств по формулам (1.56−1.59) приведены в таблице 1.9.

Таблица 1.9 Диаметр спускных устройств.