Методика проверки трубопровода на устойчивость

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 17 из 26Следующая ⇒

Пример

Определить максимальную длину участка с одним компенсатором D_y = 150 мм типа КСО.

Длина участка , м, с одним компенсатором рассчитывается по формуле (Б.10):

 м < 84 м.

Длина зоны компенсации L_к, м, при применении СК и СКУ рассчитывается по формуле

                              (Б.11)

где F_ст — площадь поперечного сечения стенки трубы, мм²;

E — модуль упругости материала трубы, Н/мм²;

a — коэффициент линейного расширения стали, мм/(м·°С);

Dt = t₁ – t_о, °С;

А — коэффициент, учитывающий активную площадь сильфона СК или СКУ;

f_тр — удельная сила трения на единицу длины трубы, Н/м.

Коэффициент А, учитывающий активную площадь сильфона СК или СКУ, рассчитывается по формуле

                                                            (Б.12)

где D_н — наружный диаметр трубы, мм;

D_с — диаметр, характеризующий эффективную площадь сильфона, мм, определяется по формуле

                                                                  (Б.13)

здесь S_эф — эффективная площадь сильфона, мм².

Системы компенсации II группы не требуют установки постоянно действующих компенсирующих устройств.

Компенсация температурных деформаций происходит за счет изменения осевого напряжения
в защемленной трубе. Поэтому область применения тепловых сетей без постоянно действующих компенсирующих устройств ограничена допустимым перепадом температур Dt.

Системы II группы применяются, как правило, в случаях, когда трасса состоит из длинных прямолинейных участков с зонами защемления L_з.

Максимально допустимый перепад температур Dt, °С, с учетом предварительного нагрева, обычно принимаемого равным 0,5Dt, определяется по формуле

                                                               (Б.14)

где s_доп — допускаемое осевое напряжение в трубе, Н/мм²;

a  — коэффициент линейного расширения стали, мм/(м·°С);

E  — модуль упругости материала трубы, Н/мм²;

Dt = t₁ – t_э, °С.

Максимальная температура теплоносителя t₁, °С, определяется по формуле

                                                                       (Б.15)

Пример

Определить максимальную температуру теплоносителя для прямого участка при [s] = 137 Н/мм² и t_э = t_монт = 10 °С.

По формуле (Б.5) определим допускаемое осевое напряжение s_доп:

s_доп = 1,25 · 137 = 171 Н/мм².

Максимально допустимый перепад температур Dt определяется по формуле (Б.14):

°С.

Максимальная температура теплоносителя t₁ определяется по формуле (Б.15):

t₁ = 128 + 10 = 138 °С.

Системы, относящиеся к группе IIа, предусматривают предварительный нагрев до засыпки грунтом:

— монтируются и до засыпки грунтом нагреваются до температуры предварительного нагрева t_п.н, °С, определяемой по формуле

                                                                        (Б.16)

— ПИ-трубы засыпаются. Температура нагрева должна поддерживаться до полной засыпки их грунтом. Затем трубопроводы охлаждаются до температуры монтажа. В защемленной зоне L_з уровень напряжений, Н/мм², можно определить по формуле

                                                            (Б.17)

где

Затем теплопровод нагревается до рабочей температуры.

В системах, относящихся к группе IIб, предусматривают применение стартовых компенсаторов.

Система полностью монтируется в траншее и засыпается грунтом (за исключением мест установки стартовых компенсаторов). Затем система нагревается до температуры, при которой все стартовые компенсаторы замыкаются. После чего осуществляется их заварка.

Таким образом, стартовые компенсаторы срабатывают 1 раз, после чего система превращается
в неразрезную и компенсация температурных расширений в дальнейшем осуществляется за счет знакопеременных осевых напряжений сжатия – растяжения.

Максимально допустимое расстояние L_ст.к, м, между стартовыми компенсаторами составляет:

                           (Б.18)

где F_ст — площадь кольцевого сечения трубы, мм²;

a — коэффициент линейного расширения стали, мм/(м×°С);

E — модуль упругости материала трубы, Н/мм²;

t₁ — максимальная расчетная температура теплоносителя, °С;

t_э — температура, при которой монтируются стартовые компенсаторы, °С;

f_тр — удельная сила трения на единицу длины трубы, Н/м.

Диапазон температур предварительного нагрева, °С, при которых может быть осуществлена заварка стартового компенсатора, определяется по формулам:

                                                      (Б.19)

                                                      (Б.20)

Формула (Б.19) исходит из достижения допустимых осевых напряжений в холодном состоянии трубопровода после выполнения растяжки, а формула (Б.20) — из достижения таких же напряжений
в рабочем состоянии. В интервале от до  любая t_п.н будет удовлетворять условиям прочности.

При проектировании следует учитывать, что t_э может изменяться в пределах от нуля (при длительной остановке нагрева сетевой воды) до расчетной температуры наружного воздуха, принимаемой для расчета отопления (при глубине прокладки менее 0,7 м). Поэтому рекомендуется принимать t_п.н близко к средней, определенной по формуле (Б.16).

С помощью нагрева до температуры t_п.н, °С, и заварки стартового компенсатора осуществляется растяжка трубопровода на величину DL, мм, определяемую по формуле

,                                      (Б.21)

где

Если при проектировании расстояние между стартовыми компенсаторами требуется уменьшить, в формулу (Б.21) вместо максимально допустимого значения L_ст.к подставляется фактическое.

Пример

Определить предельно допустимое расстояние между стартовыми компенсаторами, температуру предварительного нагрева и величину растяжки при следующих исходных данных.

Трубопровод диаметром 426 мм с толщиной стенки 7 мм с изоляцией, наружный диаметр полиэтиленовой оболочки 560 мм, площадь поперечного сечения трубы 92 см², материал — сталь марки 20, давление в рабочем состоянии 1,6 МПа, наибольшая температура теплоносителя 130 °С, при монтаже компенсаторов — 10 °С, вес трубопровода с изоляцией и водой с учетом коэффициентов перегрузки 2122 Н/м. Трубопровод имеет глубину заложения в грунте Z = 1,1 м, окружающий грунт — песок.

Определяем допускаемое осевое напряжение s_доп по формуле (Б.4):

 Н/мм²

Удельная сила трения на единицу длины трубы f_тр определятся по формуле (Б.3):

Н/м.

Предельно допустимое расстояние между стартовыми компенсаторами L_ст.к определятся по формуле (Б.18):

 м.

Температура предварительного нагрева t_п.н определятся по формулам (Б.19) и (Б.20):

°С,

 °С.

Примем среднее значение t_п.н = 70 °С, тогда осевые напряжения в рабочем состоянии s, Н/мм², составят:

Н/мм².

Определяем DL по формуле (Б.21):

 мм.

где °С.

В практике проектных и монтажных работ допускается использовать приближенные формулы для определения расчетного сжатия стартового компенсатора DL, мм:

,                                                (Б.22)

                                                      (Б.23)

В местах установки стартовых компенсаторов ПИ-трубы должны иметь прямолинейные участки длиной не менее 12 м.

Для уменьшения величины трения трубопровода о грунт допускается его обернуть полиэтиленовой пленкой.

Траншею в местах установки стартовых компенсаторов следует засыпать только после выполнения предварительного нагрева трубопровода, завершения сварочных работ и монтажа соединительных швов.

Расстояние от стартового компенсатора до места установки ответвления должно быть не менее L_ст.к /3.

Приложение В

(справочное)

Критическое усилие, R_кр, Н/м, от наиболее невыгодного сочетания воздействий и нагрузок, при котором неразрезной теплопровод теряет устойчивость, рассчитывается по формуле

                                                              (В.1)

где N — осевое сжимающее усилие в трубе, Н;

i — начальный изгиб трубы, м;

Е — модуль упругости материала трубы, Н/мм²;

I — момент инерции трубы, см⁴.

Начальный изгиб трубы i, м, рассчитывается по формуле

                                                                                (В.2)

где L_изг — длина местного изгиба трубопровода, м, определяется по формуле

                                                                 (В.3)

здесь |N| — абсолютное значение величины осевого сжимающего усилия в трубе, Н.

Вертикальная нагрузка R_ст, Н/м, оказывает стабилизирующее влияние и определяется по формуле

                                                                                       (В.4)

где q_грунта — вес слоя грунта над трубой, Н/м;

q_трубы — вес 1 м трубопровода с водой, Н/м;

S_сдвига — сдвигающая сила, возникающая в результате действия давления грунта в состоянии покоя, Н/м.

Для случаев, когда уровень стояния грунтовых вод ниже глубины заложения трубопровода S_сдвига, Н/м, определяется по формуле

                                                       (В.5)

Вес слоя грунта q_грунта, Н/м, над трубой определяется по формуле

                                                                                                               (В.6)

где g  — удельный вес грунта, Н/м³;

Z — глубина засыпки по отношению к оси трубы, м;

K₀ — коэффициент давления грунта в состоянии покоя, K₀ = 0,5;

j_гр — угол внутреннего трения грунта, град.;

D_об — наружный диаметр полиэтиленовой оболочки, м.

Осевое сжимающее усилие N, Н, в защемленном участке прямой трубы с равномерно распределенной вертикальной нагрузкой определяется по формуле

                          (В.7)

где F_ст — площадь поперечного сечения трубы, мм²;

Е — модуль упругости материала трубы, Н/мм²;

a  — коэффициент линейного расширения стали, мм/(м×°С);

Dt = t₁ – t_монт, °С;

s_раст — растягивающее окружное напряжение от внутреннего давления, Н/мм²;

Р — внутреннее давление, МПа;

F_пл — площадь действия внутреннего давления (0,785 ), мм².

Познавательные статьи:



Где возникла философия и почему?

Относительная высота сжатой зоны бетона

Сущность проекции Гаусса-Крюгера и использование ее в геодезии

Тарифы на перевозку пассажиров