Термафлекс
ИЗОПРОФЛЕКС-115А

Расчет П-образных компенсаторов

к. т. н. С. Б. Горунович, рук. конструкторской группы Усть-Илимской ТЭЦ

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 [2], [4], целью которого являлось выявление возможных опечаток и неточностей, а так же сравнение результатов.

Типовой расчет компенсаторов (рис.1, а)), предлагаемый большинством авторов [1]÷[4], предполагает процедуру, в основе которой лежит использование теоремы Кастилиано:

; (1)

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

;

где: s – толщина стенки отвода,

Dн – внешний диаметр отвода;

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

M = Py x – Px y + M0 ; (2)

L – полная длина компенсатора, Jx – осевой момент инерции компенсатора, Jxy – центробежный момент инерции компенсатора, Sx – статический момент компенсатора.

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

Sx = 0, Jxy = 0.

Из (1) получим силу упругого отпора Px:

. (3)

Перемещение можно трактовать как компенсирующую способность компенсатора:

; (4)

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

tн – начальная температура (средняя температура наиболее холодной пятидневки за последние 20 лет);

tк – конечная температура (максимальная температура теплоносителя);

Lуч – длина компенсируемого участка.

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

(5)

Первый интеграл определяем относительно оси y, второй относительно оси ys (рис.1). Ось компенсатора вычерчивается на милиметровой бумаге в масштабе. Вся кривая ось компенсатора L разбивается на множество отрезков Δsi. Расстояние от центра отрезка до оси yi 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 [4] коэффициент Кармана определяется по эмпирическим формулам, отличным от приведенных в [2], [3].

Коэффициент жесткости k используется для определения приведенной длины LпрД дугового элемента, которая всегда больше его фактической длины lг. В источнике [2] коэффициент Кармана для гнутых отводов:

; (6)

где:– характеристика гиба.

Здесь: R – радиус отвода.

Тогда:

; (7)

где: α – угол отвода (в градусах).

Для сварных и короткозагнутых штампованных отводов источник [2] предлагает воспользоваться другими зависимостями для определения k:

; (8)

где:– характеристика гиба для сварных и штампованных отводов.

Здесь:– эквивалентный радиус сварного отвода.

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

Следует отметить, что в [2], [3] коэффициент k ≤ 1.

Нормативный документ РД 10-400-01 [4] предусматривает следующую процедуру определения коэффициента гибкости Кр*:

; (9)

где Кр – коэффициент гибкости без учета стесненности деформации концов изогнутого участка трубопровода;

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

Величина Кp определяется по формуле:

, (10)

 

где.

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

, (11)

Можно доказать, что по [4] коэффициент гибкости Кр* 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 Еt=2х105 МПа. Результаты сведем в таблицу ниже (табл. №1).

Табл. №1

N п/пНаименование отводаКоэффициент Кармана (по [2])Коэффициент жесткости по [4], (обратная величина –1/ Кр*)
190° – 89x3,50,1540,207
290° – 159x60,1540,206
390° – 325x100,1340,176
490° – 630x120,1060,113

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что процедура определения коэффициента гибкости по РД 10-400-01 [4] 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 ys Jxs определяем следующим образом [2]:

; (12)

где: Lпр – приведенная длина оси компенсатора,

; (13)

ys – координата центра тяжести компенсатора:

. (14)

Максимальный изгибающий момент Ммакс (действует вверху компенсатора):

; (15)

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

Н=(m + 2)R.

Максимальное напряжение в сечении стенки трубы определяется по формуле:

; (16)

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


Cтраницы: 1 | 2 | читать дальше>>

Поиск по по статьям

Горунович С.Б.,Расчет П-образных компенсаторов
Источник: Информационная система по теплоснабжению, www.rosteplo.ru
Скачать архивскачать архив.zip (129 кБт) Распечатать Распечатать статью Форум Обсудить статью в форуме

Все статьи Посмотреть все статьи по теме: Тепловые сети

Чтобы комментировать материал, пройдите авторизацию.


  • Специалист
  • Организация

Вход для специалистов

Логин:
Пароль: запомнить
забыли пароль? регистрация

Вход для организаций

Логин:
Пароль: запомнить
забыли пароль? регистрация
Новые темы Форума:
Новые записи в блогах:
Авторские права на размещенные материалы принадлежат авторам
Возрастная категория Интернет-сайта "18+"
© РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению, 2003-2014
О проекте | Реклама на РосТепло.ru | E-mail: