Calcolo P- compensatore figurato è definire dimensioni minime compensatore sufficiente a compensare le deformazioni termiche della condotta. Compilando il modulo sopra è possibile calcolare la capacità di compensazione di un compensatore a U di determinate dimensioni.

L'algoritmo di questo programma online si basa sul metodo per calcolare un compensatore a forma di U fornito nel Manuale del designer "Heat Network Design" a cura di A. A. Nikolaev.

1. Si consiglia di prendere la massima sollecitazione nella parte posteriore del compensatore nell'intervallo da 80 a 110 MPa.


2. Il rapporto ottimale tra l'estensione del compensatore e il diametro esterno del tubo è consigliato da prendere nell'intervallo H / Dn = (10 - 40), mentre l'estensione del giunto di dilatazione di 10DN corrisponde alla tubazione DN350 e l'estensione di 40DN corrisponde alla tubazione DN15.


3. Si consiglia di prendere il rapporto ottimale tra la larghezza del compensatore e la sua portata nell'intervallo L / H = (1 - 1,5), sebbene siano accettati altri valori.


4. Se è necessario un compensatore per compensare anche gli allungamenti termici calcolati grandi formati, può essere sostituito da due compensatori più piccoli.


5. Quando si calcola l'allungamento termico della tubazione, la temperatura del liquido di raffreddamento deve essere considerata come massima e la temperatura dell'ambiente circostante la tubazione come minima.

Sono state prese in considerazione le seguenti restrizioni:

• La tubazione è riempita con acqua o vapore
• La conduttura è realizzata in tubo d'acciaio
• Temperatura massima ambiente di lavoro non supera i 200 °С
• La pressione massima nella tubazione non supera 1,6 MPa (16 bar)
• Il compensatore è installato su una tubazione orizzontale
• Il compensatore è simmetrico e le sue braccia sono della stessa lunghezza
• I supporti fissi sono considerati assolutamente rigidi.
• Il gasdotto non subisce la pressione del vento e altri carichi
• La resistenza delle forze di attrito dei supporti mobili durante l'allungamento termico non viene presa in considerazione
• I gomiti sono lisci

1. Non è consigliabile posizionare supporti fissi a meno di 10DN dal compensatore a forma di U, poiché il trasferimento del momento di pizzicamento del supporto su di esso riduce la flessibilità.


2. Si raccomanda che le sezioni della tubazione dai supporti fissi al compensatore a forma di U abbiano la stessa lunghezza. Se il compensatore non viene posizionato al centro della sezione, ma viene spostato verso uno degli appoggi fissi, allora le forze di deformazione elastica e sollecitazione aumentano di circa il 20-40%, rispetto ai valori ottenuti per il compensatore situato nel mezzo.


3. Per aumentare la capacità di compensazione, viene utilizzato il prestiro del compensatore. Durante l'installazione, il compensatore subisce un carico flettente, quando riscaldato assume uno stato non sollecitato e alla massima temperatura entra in tensione. L'allungamento preliminare del compensatore di un valore pari alla metà dell'allungamento termico della condotta consente di raddoppiarne la capacità di compensazione.

Area di applicazione

I compensatori a forma di U sono usati per compensare allungamenti di temperatura tubi in lunghi tratti rettilinei, se non vi è possibilità di autocompensazione della condotta a causa delle spire della rete di riscaldamento. L'assenza di compensatori su tubazioni fissate rigidamente con una temperatura variabile del mezzo di lavoro comporterà un aumento delle sollecitazioni che possono deformare e distruggere la tubazione.

Vengono utilizzati giunti di dilatazione flessibili

1. Per la posa fuori terra per tutti i diametri di tubo, indipendentemente dai parametri del liquido di raffreddamento.
2. Durante la posa in canali, tunnel e collettori comuni su tubazioni da DN25 a DN200 con una pressione del liquido di raffreddamento fino a 16 bar.
3. Con posa senza canale per tubi con diametro da DN25 a DN100.
4. Se una Temperatura massima ambiente di lavoro supera i 50°C

Vantaggi

• Elevata capacità compensativa
• Senza manutenzione
• Facile da produrre
• Forze insignificanti trasmesse a supporti fissi

Screpolatura

• Grande spesa tubi
• Grande impronta
• Elevata resistenza idraulica

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Calcolo dei compensatori a U

dottorato di ricerca SB Gorunovich,

mani gruppo di progettazione di Ust-Ilimskaya CHPP

Per compensare la dilatazione termica più diffuso nelle reti termiche e nelle centrali elettriche trovano compensatori a U. Nonostante le sue numerose carenze, tra cui: dimensioni relativamente grandi (necessità di nicchie di compensazione negli impianti di riscaldamento con guarnizione del canale), perdite idrauliche significative (rispetto a premistoppa e soffietti); I giunti di dilatazione a forma di U presentano numerosi vantaggi.

Tra i vantaggi, si può innanzitutto individuare semplicità e affidabilità. Inoltre, questo tipo di compensatori è il più studiato e descritto nella letteratura didattica, metodologica e di riferimento. Nonostante ciò, è spesso difficile per i giovani ingegneri che non hanno programmi specializzati calcolare i compensatori. Ciò è dovuto principalmente a una teoria piuttosto complessa, con la presenza di un largo numero fattori di correzione e, purtroppo, con la presenza di errori di battitura e imprecisioni in alcune fonti.

Di seguito è un analisi dettagliata procedure di calcolo per un compensatore a U secondo due fonti principali, , il cui scopo era identificare possibili errori di battitura e imprecisioni, nonché confrontare i risultati.

Il tipico calcolo dei compensatori (Fig. 1, a)), proposto dalla maggior parte degli autori, suggerisce una procedura basata sull'uso del teorema di Castiliano:

dove: u - energia potenziale deformazione del compensatore, e- modulo elastico del materiale del tubo, J- momento d'inerzia assiale della sezione del compensatore (tubo),

dove: S- spessore parete di uscita,

D n- diametro esterno dell'uscita;

M- momento flettente nella sezione compensatore. Qui (dalla condizione di equilibrio, Fig. 1 a)):

M=P yx-P Xy+M 0 ; (2)

l- tutta la lunghezza del compensatore, J X- momento d'inerzia assiale del compensatore, J xy- momento d'inerzia centrifugo del compensatore, S X- momento statico del compensatore.

Per semplificare la soluzione, gli assi delle coordinate vengono trasferiti al baricentro elastico (nuovi assi X, si), poi:

S X= 0, J xy = 0.

Da (1) otteniamo la forza elastica di repulsione P X:

Lo spostamento può essere interpretato come la capacità compensativa del compensatore:

dove: b t- coefficiente di dilatazione termica lineare, (1,2x10 -5 1 / gradi per acciai al carbonio);

t n- temperatura iniziale (temperatura media dei cinque giorni più freddi degli ultimi 20 anni);

t a- temperatura finale (temperatura massima del termovettore);

l uch- la lunghezza del tratto compensato.

Analizzando la formula (3), possiamo concludere che la difficoltà maggiore è la determinazione del momento di inerzia J xs, tanto più che occorre prima determinare il baricentro del compensatore (con y S). L'autore suggerisce ragionevolmente di utilizzare un metodo approssimativo, metodo grafico definizioni J xs, tenendo conto del coefficiente di rigidità (Karman) K:

Il primo integrale è determinato rispetto all'asse y, secondo rispetto all'asse y S(Fig. 1). L'asse del compensatore è disegnato su carta millimetrata in scala. Compensatore dell'albero tutto curvo l suddivisa in molte sezioni ds io. Distanza dal centro del segmento all'asse y io misurato con un righello.

Il coefficiente di rigidità (Karmana) è progettato per riflettere l'effetto sperimentalmente provato dell'appiattimento locale sezione trasversale si piega durante la piegatura, il che aumenta la loro capacità di compensazione. A documento normativo il coefficiente di Karman è determinato da formule empiriche diverse da quelle date in , . Fattore di rigidità K utilizzato per determinare la lunghezza ridotta l pd elemento arco, che è sempre maggiore della sua lunghezza effettiva l G. Nella fonte, il coefficiente di Karman per le curve piegate:

dove: l - curva caratteristica.

Qui: R- raggio di curvatura.

dove: b- angolo di retrazione (in gradi).

Per le piegature stampate saldate e con curve corte, la fonte suggerisce di utilizzare altre dipendenze per determinare K:

dove: h- caratteristiche della piega per piegature saldate e stampate.

Qui: R e è il raggio equivalente del gomito saldato.

Per rami da tre e quattro settori b = 15 gradi, per un ramo rettangolare a due settori si propone di prendere b = 11 gradi.

Si noti che in , coefficiente K ? 1.

Il documento normativo RD 10-400-01 prevede la seguente procedura per la determinazione del coefficiente di flessibilità Per R* :

dove Per R- coefficiente di flessibilità senza tener conto del vincolo di deformazione delle estremità del tratto piegato della condotta; o - coefficiente che tiene conto del vincolo di deformazione alle estremità della sezione curva.

In questo caso, se, allora il coefficiente di flessibilità è preso pari a 1,0.

Valore Per pè determinato dalla formula:

Qui P- eccesso pressione interna, MPa; e t- modulo elastico del materiale a temperatura di esercizio, MPa.

Si può dimostrare che il coefficiente di flessibilità Per R* sarà maggiore di uno, pertanto, nel determinare la lunghezza ridotta del rubinetto secondo (7), è necessario assumerne il valore reciproco.

Per confronto, determiniamo la flessibilità di alcuni rubinetti standard secondo OST 34-42-699-85, a sovrappressione R=2,2 MPa e modulo e t\u003d 2x 10 5 MPa. I risultati sono riassunti nella tabella seguente (Tabella n. 1).

Analizzando i risultati ottenuti, si può concludere che la procedura per la determinazione del coefficiente di flessibilità secondo RD 10-400-01 fornisce un risultato più "rigoroso" (minore flessibilità di piega), tenendo inoltre conto sovrapressione in cantiere e il modulo elastico del materiale.

Il momento d'inerzia del compensatore a forma di U (Fig. 1 b)) rispetto al nuovo asse y SJ xs definire come segue:

dove: l eccetera- ridotta lunghezza dell'asse del compensatore,

y S- coordinata del baricentro del compensatore:

Momento flettente massimo M Massimo(valido nella parte superiore del compensatore):

dove H- offset del compensatore, secondo Fig. 1 b):

H=(m + 2)R.

La sollecitazione massima nella sezione della parete del tubo è determinata dalla formula:

dove: m 1 - fattore di correzione (fattore di sicurezza), tenuto conto dell'aumento delle sollecitazioni sui tratti piegati.

Per curve curve, (17)

Per curve saldate. (diciotto)

w- momento di resistenza della sezione di diramazione:

Sollecitazione ammissibile (160 MPa per compensatori in acciai 10G 2S, St 3sp; 120 MPa per acciai 10, 20, St 2sp).

Vorrei subito notare che il fattore di sicurezza (correzione) è piuttosto elevato e cresce con l'aumento del diametro della tubazione. Ad esempio, per un gomito a 90° - 159x6 OST 34-42-699-85 m 1 ? 2.6; per curva 90° - 630x12 OST 34-42-699-85 m 1 = 4,125.

Fig.2. Schema di calcolo del compensatore secondo RD 10-400-01.

A documento di orientamento il calcolo di una sezione con un compensatore a forma di U, vedi Fig. 2, viene eseguito secondo una procedura iterativa:

Qui vengono impostate le distanze dall'asse del compensatore ai supporti fissi. l 1 e l 2 indietro A e la partenza è determinata N. Nel processo di iterazioni in entrambe le equazioni, si dovrebbe ottenere che diventi uguale; da una coppia di valori si prende il più grande = l 2. Quindi viene determinato l'offset desiderato del compensatore H:

Le equazioni rappresentano componenti geometriche, vedere Fig. 2:

Componenti delle forze elastiche di repulsione, 1/m2:

Momenti di inerzia rispetto agli assi centrali x, y.

Parametro di forza Sono:

[y sk ] - tensione di compensazione consentita,

La tensione di compensazione ammissibile [y sk ] per le tubazioni posizionate su un piano orizzontale è determinata dalla formula:

per condotte poste su un piano verticale secondo la formula:

dove: - sollecitazione nominale ammissibile alla temperatura di esercizio (per acciaio 10G 2S - 165 MPa a 100°? t? 200°, per acciaio 20 - 140 MPa a 100°? t? 200°).

D- diametro interno,

Va notato che gli autori non potevano evitare errori di battitura e imprecisioni. Se usiamo il fattore flessibilità Per R* (9) nelle formule per la determinazione della lunghezza ridotta l eccetera(25), coordinate degli assi centrali e momenti di inerzia (26), (27), (29), (30), quindi si otterrà un risultato sottovalutato (errato), poiché il coefficiente di flessibilità Per R* secondo (9) è maggiore di uno e va moltiplicato per la lunghezza delle curve piegate. La lunghezza data delle curve piegate è sempre maggiore della loro lunghezza effettiva (secondo (7)), solo allora acquisiranno ulteriore flessibilità e capacità compensativa.

Pertanto, per correggere il procedimento di determinazione delle caratteristiche geometriche secondo (25) e (30), è necessario utilizzare il valore reciproco Per R*:

Per R*=1/K R*.

Nello schema di progettazione della Fig. 2, i supporti del compensatore sono fissi ("le croci" di solito indicano supporti fissi (GOST 21.205-93)). Questo può spostare la "calcolatrice" per contare le distanze l 1 , l 2 da supporti fissi, ovvero tenere conto della lunghezza dell'intera sezione di espansione. In pratica, i movimenti laterali dei supporti scorrevoli (mobili) di un tratto di tubazione adiacente sono spesso limitati; da questi mobili, ma limitati nel movimento trasversale degli appoggi, e dovrebbero essere contate le distanze l 1 , l 2 . Se i movimenti trasversali della condotta lungo l'intera lunghezza dal supporto fisso a quello fisso non sono limitati, esiste il pericolo che le sezioni della condotta più vicine al compensatore si stacchino dai supporti. Per illustrazione questo fatto La figura 3 mostra i risultati del calcolo per Compensazione della temperatura luogo conduttura principale Du 800 in acciaio 17G 2S, lunghezza 200 m, differenza di temperatura da -46 ° C a 180 ° C nel programma MSC Nastran. Il movimento trasversale massimo del punto centrale del compensatore è di 1.645 m Un ulteriore pericolo di caduta dai supporti della tubazione è anche il possibile colpo d'ariete. Quindi la decisione sulle lunghezze l 1 , l 2 dovrebbe essere preso con cautela.

Fig.3. Risultati del calcolo della sollecitazione di compensazione sulla sezione della condotta Du 800 con compensatore a forma di U da parte del pacchetto software MSC/Nastran (MPa).

L'origine della prima equazione in (20) non è del tutto chiara. Inoltre, in termini di dimensioni, non è corretto. Dopotutto, tra parentesi sotto il segno del modulo, vengono aggiunti i valori R X e P y(l 4 +…) .

La correttezza della seconda equazione in (20) può essere dimostrata come segue:

a tal fine è necessario che:

Questo è vero se mettiamo

Per un caso speciale l 1 =L 2 , R y=0 , utilizzando (3), (4), (15), (19), si arriva a (36). È importante notare che nella notazione in y=y S.

Per i calcoli pratici, userei la seconda equazione in (20) in una forma più familiare e conveniente:

dove A 1 \u003d A [y ck].

Nel caso particolare quando l 1 =L 2 , R y=0 (compensatore simmetrico):

Gli ovvi vantaggi della tecnica rispetto a è la sua grande versatilità. Il compensatore di Fig. 2 può essere asimmetrico; la normatività consente di eseguire calcoli di compensatori non solo per le reti di riscaldamento, ma anche per condotte critiche alta pressione, che sono nel registro di RosTechNadzor.

Spendiamo analisi comparativa risultati del calcolo dei compensatori a U secondo i metodi , . Impostiamo i seguenti dati iniziali:

a) per tutti i compensatori: materiale - Acciaio 20; P=2,0 MPa; e t\u003d 2x 10 5 MPa; t?200°; carico - allungamento preliminare; curve piegate secondo OST 34-42-699-85; i compensatori si trovano orizzontalmente, da tubi con pelliccia. in lavorazione;

b) schema di progettazione con designazioni geometriche secondo la Fig. 4;

Fig.4. Schema di calcolo per l'analisi comparativa.

c) riassumeremo le dimensioni standard dei compensatori nella tabella n. 2 insieme ai risultati dei calcoli.

	Gomiti e tubi del compensatore, D n H s, mm	Dimensioni, vedere fig.4	Prestiro, m	Massimo stress, MPa	Sollecitazione ammissibile, MPa
							secondo	secondo	secondo	secondo

conclusioni

tensione del tubo di calore del compensatore

Analizzando i risultati dei calcoli utilizzando due metodi diversi: di riferimento - e normativo - si può giungere alla conclusione che, nonostante entrambi i metodi siano basati sulla stessa teoria, la differenza nei risultati è molto significativa. Le dimensioni standard selezionate dei compensatori "passano con un margine" se sono calcolate secondo e non passano secondo le sollecitazioni ammissibili, se sono calcolate secondo . L'influenza più significativa sul risultato è prodotta dal fattore di correzione m 1 , che aumenta la tensione calcolata dalla formula di 2 o più volte. Ad esempio, per un compensatore nell'ultima riga della tabella n. 2 (dal tubo 530Ch12) il coefficiente m 1 ? 4,2.

Il risultato è influenzato anche dal valore della sollecitazione ammissibile, che è significativamente inferiore per l'acciaio 20.

In generale, nonostante la maggiore semplicità, che è associata alla presenza di un minor numero di coefficienti e formule, la metodologia risulta essere molto più rigorosa, soprattutto in termini di tubazioni di grande diametro.

Ai fini pratici, quando si calcolano i giunti di dilatazione a forma di U per le reti di riscaldamento, consiglierei una tattica "mista". Il coefficiente di flessibilità (Karman) e la sollecitazione ammissibile devono essere determinati secondo la norma, ovvero: k=1/Per R* e inoltre secondo le formule (9) h (11); [y sk ] - secondo le formule (34), (35) tenendo conto di RD 10-249-88. Il "corpo" della metodologia dovrebbe essere utilizzato secondo , ma senza tener conto del fattore di correzione m 1 , cioè.:

dove M Massimo determinato da (15) h (12).

La possibile asimmetria del compensatore, di cui si tiene conto, può essere trascurata, perché in pratica, durante la posa di reti di riscaldamento, vengono installati supporti mobili abbastanza spesso, l'asimmetria è casuale e influenza significativa non pregiudica il risultato.

Distanza bè possibile contare non dai cuscinetti radenti adiacenti più vicini, ma decidere di limitare i movimenti trasversali già sul secondo o terzo cuscinetto radente, se conteggiati dall'asse del compensatore.

Usando questa "tattica" il calcolatore "uccide due piccioni con una fava": a) segue rigorosamente documentazione normativa, perché il "corpo" della tecnica lo è caso speciale. La dimostrazione è data sopra; b) semplifica il calcolo.

A questo si può aggiungere un importante fattore di risparmio: in fondo, per scegliere un compensatore da un tubo 530Ch12, vedere la tabella. N. 2, secondo il libro di riferimento, il calcolatore dovrà aumentare le sue dimensioni di almeno 2 volte, ma secondo lo standard attuale, questo compensatore può anche essere ridotto di una volta e mezza.

Letteratura

1. Elizarov D.P. Centrali termoelettriche di centrali elettriche. - M.: Energoizdat, 1982.

2. Acqua rete di riscaldamento: Manuale di riferimento per la progettazione / I.V. Belyaikina, vicepresidente Vitaliev, NK Gromov et al., ed. NK Gromova, E.P. Shubin. - M.: Energoatomizdat, 1988.

3. Sokolov E.Ya. Fornitura di calore e reti di calore. - M.: Energoizdat, 1982.

4. Norme per il calcolo della forza delle tubazioni delle reti di riscaldamento (RD 10-400-01).

5. Norme per il calcolo della forza di caldaie fisse e condutture di vapore e acqua calda(RD 10-249-98).

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Taglia -85

Quando si calcolano i supporti, si dovrebbe prendere in considerazione la profondità di congelamento o scongelamento del suolo, la deformazione del suolo (sollevamento e cedimento), nonché possibili modifiche proprietà del suolo (nei limiti della percezione del carico) a seconda della stagione, regime di temperatura, drenaggio o allagamento di aree adiacenti al percorso e altre condizioni. 8.43. I carichi sui supporti derivanti dagli effetti del vento e dalle variazioni della lunghezza delle tubazioni sotto l'influenza della pressione interna e delle variazioni della temperatura delle pareti dei tubi devono essere determinati in base al sistema adottato per la posa e la compensazione delle deformazioni longitudinali di le tubazioni, tenendo conto della resistenza al movimento della condotta sui supporti.

Calcolo dei compensatori a U

Per compensare le dilatazioni termiche, i giunti di dilatazione a forma di U sono maggiormente utilizzati nelle reti di riscaldamento e nelle centrali elettriche.

Nonostante le sue numerose carenze, tra cui: dimensioni relativamente grandi (necessità di nicchie di compensazione negli impianti di riscaldamento con guarnizione del canale), perdite idrauliche significative (rispetto a premistoppa e soffietti); I giunti di dilatazione a forma di U presentano numerosi vantaggi.

Tra i vantaggi, si può innanzitutto individuare semplicità e affidabilità.

Calcolo del compensatore a U

diametro tubo con curve a gomito con raggio R = 1 m.

partenza l = 5 m; temperatura del liquido di raffreddamento t \u003d 150 ° C e temperatura all'interno della camera t vk. = 19,6°C; sollecitazione di compensazione ammissibile nella condotta s add = 110 MPa. Impianti di riscaldamento e teleriscaldamento sono un anello importante nell'economia energetica e apparecchiature di ingegneria città e aree industriali.

I tubi sono la scelta migliore

Progettazione della conduttura dal polipropilene per i sistemi di approvvigionamento di acqua fredda e calda viene eseguito secondo le normative codici edilizi e regole (SNiP) 2.04.01 85" Impianto idraulico interno e fognatura degli edifici "tenendo conto delle specificità tubi in polipropilene.

La scelta del tipo di tubo viene effettuata tenendo conto delle condizioni operative della tubazione: pressione, temperatura, vita utile richiesta e aggressività del liquido trasportato. Quando si trasportano liquidi aggressivi, i coefficienti delle condizioni operative della condotta devono essere applicati secondo la tabella.

2 del CH 550 82.

Il calcolo idraulico delle tubazioni da PP R 80 consiste nel determinare perdita di pressione(o pressione) per vincere la resistenza idraulica che si manifesta nella tubazione, nelle parti di raccordo, in punti di curve strette e variazioni di diametro della tubazione.

Perdita di carico idraulica in un tubo determinato dai nomogrammi.

Pagina 7); Miglioramento del regime termico e idraulico del sistema di alimentazione del calore

Sollecitazione di compensazione longitudinale flettente nel punto di attacco rigido del braccio più piccolo b(a)= 45,53 MPa Sollecitazione di compensazione longitudinale flettente nel punto di attacco rigido del braccio più grande b(b)= 11,77 MPa Sollecitazione di compensazione longitudinale flettente nel punto di piega b(c)= 20,53 MPa.

I risultati del lavoro del programma Px=1287,88 H sono stati presi come calcolati. valvole di arresto, transizioni, angoli di rotazione, stub; si devono anche tenere conto delle forze di attrito negli appoggi mobili e sul terreno per la posa senza canale, nonché delle reazioni dei compensatori e dell'autocompensazione.

Calcolo online del compensatore a forma di g

L'esecuzione di calcoli utilizzando i programmi START garantisce affidabilità e sicurezza nel funzionamento dei sistemi di tubazioni per vari scopi, facilita il coordinamento del progetto con le autorità di regolamentazione (Rostekhnadzor, Glavsgosexpertiza), riduce i costi ei tempi di messa in servizio.

START è stato sviluppato da OOO NTP Truboprovod, un'organizzazione esperta di Rostekhnadzor. C'è un certificato di conformità agenzia federale sulla regolamentazione tecnica e metrologica.

Per compensare le dilatazioni termiche, i giunti di dilatazione a forma di U sono maggiormente utilizzati nelle reti di riscaldamento e nelle centrali elettriche. Nonostante le sue numerose carenze, tra cui: dimensioni relativamente grandi (necessità di nicchie di compensazione negli impianti di riscaldamento con guarnizione del canale), perdite idrauliche significative (rispetto a premistoppa e soffietti); I giunti di dilatazione a forma di U presentano numerosi vantaggi.

Tra i vantaggi, si può innanzitutto individuare semplicità e affidabilità. Inoltre, questo tipo di compensatori è il più studiato e descritto nella letteratura didattica, metodologica e di riferimento. Nonostante ciò, è spesso difficile per i giovani ingegneri che non hanno programmi specializzati calcolare i compensatori. Ciò è dovuto principalmente a una teoria piuttosto complessa, alla presenza di un gran numero di fattori di correzione e, purtroppo, alla presenza di errori di battitura e imprecisioni in alcune fonti.

Di seguito è riportata un'analisi dettagliata della procedura per il calcolo del compensatore a U per due fonti principali, il cui scopo era identificare possibili errori di battitura e imprecisioni, nonché confrontare i risultati.

Il tipico calcolo dei compensatori (Fig. 1, a)), proposto dalla maggior parte degli autori, suggerisce una procedura basata sull'uso del teorema di Castiliano:

dove: u- energia potenziale di deformazione del compensatore, e- modulo elastico del materiale del tubo, J- momento d'inerzia assiale della sezione del compensatore (tubo),

dove: S- spessore parete di uscita,

D n- diametro esterno dell'uscita;

M- momento flettente nella sezione compensatore. Qui (dalla condizione di equilibrio, Fig. 1 a)):

M=P y x-P X y+M 0 ; (2)

l- tutta la lunghezza del compensatore, J X- momento d'inerzia assiale del compensatore, J xy- momento d'inerzia centrifugo del compensatore, S X- momento statico del compensatore.

Per semplificare la soluzione, gli assi delle coordinate vengono trasferiti al baricentro elastico (nuovi assi X, si), poi:

S X = 0, J xy = 0.

Da (1) otteniamo la forza elastica di rimbalzo Px:

Lo spostamento può essere interpretato come la capacità compensativa del compensatore:

dove: b t- coefficiente di dilatazione termica lineare, (1,2x10 -5 1 / gradi per acciai al carbonio);

t n- temperatura iniziale (temperatura media dei cinque giorni più freddi degli ultimi 20 anni);

t a- temperatura finale (temperatura massima del termovettore);

l uch- la lunghezza del tratto compensato.

Analizzando la formula (3), possiamo concludere che la difficoltà maggiore è la determinazione del momento di inerzia J xs, tanto più che occorre prima determinare il baricentro del compensatore (con y S). L'autore suggerisce ragionevolmente di utilizzare un metodo grafico approssimativo per la determinazione J xs, tenendo conto del coefficiente di rigidità (Karman) K:

Il primo integrale è determinato rispetto all'asse y, secondo rispetto all'asse y S(Fig. 1). L'asse del compensatore è disegnato su carta millimetrata in scala. Compensatore dell'albero tutto curvo l suddivisa in molte sezioni ds io. Distanza dal centro del segmento all'asse y io misurato con un righello.

Il coefficiente di rigidità (Karman) è progettato per riflettere l'effetto sperimentalmente provato dell'appiattimento locale della sezione trasversale delle curve durante la flessione, che aumenta la loro capacità di compensazione. Nel documento normativo, il coefficiente di Karman è determinato da formule empiriche diverse da quelle fornite in , . Fattore di rigidità K utilizzato per determinare la lunghezza ridotta l pd elemento arco, che è sempre maggiore della sua lunghezza effettiva l G. Nella fonte, il coefficiente di Karman per le curve piegate:

dove: l - curva caratteristica.

Qui: R- raggio di curvatura.

dove: b- angolo di retrazione (in gradi).

Per le piegature stampate saldate e con curve corte, la fonte suggerisce di utilizzare altre dipendenze per determinare K:

dove: h- caratteristiche della piega per piegature saldate e stampate.

Qui: R e è il raggio equivalente del gomito saldato.

Per rami da tre e quattro settori b = 15 gradi, per un ramo rettangolare a due settori si propone di prendere b = 11 gradi.

Si noti che in , coefficiente K ? 1.

Il documento normativo RD 10-400-01 prevede la seguente procedura per la determinazione del coefficiente di flessibilità Per R * :

dove Per R- coefficiente di flessibilità senza tener conto del vincolo di deformazione delle estremità del tratto piegato della condotta; o - coefficiente che tiene conto del vincolo di deformazione alle estremità della sezione curva.

In questo caso, se, allora il coefficiente di flessibilità è preso pari a 1,0.

Valore Per pè determinato dalla formula:

Qui P - pressione interna in eccesso, MPa; Et - modulo di elasticità del materiale alla temperatura di esercizio, MPa.

Si può dimostrare che il coefficiente di flessibilità Per R * sarà maggiore di uno, pertanto, nel determinare la lunghezza ridotta del rubinetto secondo (7), è necessario assumerne il valore reciproco.

Per confronto, determiniamo la flessibilità di alcuni rubinetti standard secondo OST 34-42-699-85, a sovrappressione R=2,2 MPa e modulo e t\u003d 2x 10 5 MPa. I risultati sono riassunti nella tabella seguente (Tabella n. 1).

Analizzando i risultati ottenuti, possiamo concludere che la procedura per la determinazione del coefficiente di flessibilità secondo RD 10-400-01 fornisce un risultato più "rigoroso" (minore flessibilità di curvatura), tenendo inoltre conto dell'eccesso di pressione nella tubazione e il modulo elastico del materiale.

Il momento d'inerzia del compensatore a forma di U (Fig. 1 b)) rispetto al nuovo asse y S J xs definire come segue:

dove: l eccetera- ridotta lunghezza dell'asse del compensatore,

y S- coordinata del baricentro del compensatore:

Momento flettente massimo M Massimo(valido nella parte superiore del compensatore):

dove H- offset del compensatore, secondo Fig. 1 b):

H=(m + 2)R.

La sollecitazione massima nella sezione della parete del tubo è determinata dalla formula:

dove: m1 - fattore di correzione (fattore di sicurezza), tenuto conto dell'aumento delle sollecitazioni sui tratti piegati.

Per curve curve, (17)

Per curve saldate. (diciotto)

w- momento di resistenza della sezione di diramazione:

Sollecitazione ammissibile (160 MPa per compensatori in acciai 10G 2S, St 3sp; 120 MPa per acciai 10, 20, St 2sp).

Vorrei subito notare che il fattore di sicurezza (correzione) è piuttosto elevato e cresce con l'aumento del diametro della tubazione. Ad esempio, per un gomito a 90° - 159x6 OST 34-42-699-85 m 1 ? 2.6; per curva 90° - 630x12 OST 34-42-699-85 m 1 = 4,125.

Fig.2.

Nel documento normativo, il calcolo della sezione con compensatore a U, vedi Fig. 2, viene effettuato secondo la procedura iterativa:

Qui vengono impostate le distanze dall'asse del compensatore ai supporti fissi. l 1 e l 2 indietro A e la partenza è determinata N. Nel processo di iterazioni in entrambe le equazioni, si dovrebbe ottenere che diventi uguale; da una coppia di valori si prende il più grande = l 2. Quindi viene determinato l'offset desiderato del compensatore H:

Le equazioni rappresentano componenti geometriche, vedere Fig. 2:

Componenti delle forze elastiche di repulsione, 1/m2:

Momenti di inerzia rispetto agli assi centrali x, y.

Parametro di forza Sono:

[y sk ] - tensione di compensazione consentita,

La tensione di compensazione ammissibile [y sk ] per le tubazioni posizionate su un piano orizzontale è determinata dalla formula:

per condotte poste su un piano verticale secondo la formula:

dove: - sollecitazione nominale ammissibile alla temperatura di esercizio (per acciaio 10G 2S - 165 MPa a 100°? t? 200°, per acciaio 20 - 140 MPa a 100°? t? 200°).

D- diametro interno,

Va notato che gli autori non potevano evitare errori di battitura e imprecisioni. Se usiamo il fattore flessibilità Per R * (9) nelle formule per la determinazione della lunghezza ridotta l eccetera(25), coordinate degli assi centrali e momenti di inerzia (26), (27), (29), (30), quindi si otterrà un risultato sottovalutato (errato), poiché il coefficiente di flessibilità Per R * secondo (9) è maggiore di uno e va moltiplicato per la lunghezza delle curve piegate. La lunghezza data delle curve piegate è sempre maggiore della loro lunghezza effettiva (secondo (7)), solo allora acquisiranno ulteriore flessibilità e capacità compensativa.

Pertanto, per correggere il procedimento di determinazione delle caratteristiche geometriche secondo (25) e (30), è necessario utilizzare il valore reciproco Per R *:

Per R *=1/K R *.

Nello schema di progettazione della Fig. 2, i supporti del compensatore sono fissi ("le croci" di solito indicano supporti fissi (GOST 21.205-93)). Questo può spostare la "calcolatrice" per contare le distanze l 1 , l 2 da supporti fissi, ovvero tenere conto della lunghezza dell'intera sezione di espansione. In pratica, i movimenti laterali dei supporti scorrevoli (mobili) di un tratto di tubazione adiacente sono spesso limitati; da questi mobili, ma limitati nel movimento trasversale degli appoggi, e dovrebbero essere contate le distanze l 1 , l 2 . Se i movimenti trasversali della condotta lungo l'intera lunghezza dal supporto fisso a quello fisso non sono limitati, esiste il pericolo che le sezioni della condotta più vicine al compensatore si stacchino dai supporti. Per illustrare questo fatto, la Fig. 3 mostra i risultati del calcolo per la compensazione della temperatura di una sezione della condotta principale Du 800 in acciaio 17G 2S, lunga 200 m, differenza di temperatura da - 46 ° C a 180 ° C nell'MSC Programma Nastrano. Il movimento trasversale massimo del punto centrale del compensatore è di 1.645 m Un ulteriore pericolo di caduta dai supporti della tubazione è anche il possibile colpo d'ariete. Quindi la decisione sulle lunghezze l 1 , l 2 dovrebbe essere preso con cautela.

Fig.3.

L'origine della prima equazione in (20) non è del tutto chiara. Inoltre, in termini di dimensioni, non è corretto. Dopotutto, tra parentesi sotto il segno del modulo, vengono aggiunti i valori R X e P y (l 4 +…) .

La correttezza della seconda equazione in (20) può essere dimostrata come segue:

a tal fine è necessario che:

Questo è vero se mettiamo

Per un caso speciale l 1 =L 2 , R y =0 , utilizzando (3), (4), (15), (19), si arriva a (36). È importante notare che nella notazione in y=y S .

Per i calcoli pratici, userei la seconda equazione in (20) in una forma più familiare e conveniente:

dove A 1 \u003d A [y ck].

Nel caso particolare quando l 1 =L 2 , R y =0 (compensatore simmetrico):

Gli ovvi vantaggi della tecnica rispetto a è la sua grande versatilità. Il compensatore di Fig. 2 può essere asimmetrico; la normatività consente di eseguire calcoli di compensatori non solo per le reti di riscaldamento, ma anche per condotte critiche ad alta pressione, che sono nel registro di RosTechNadzor.

Eseguiamo un'analisi comparativa dei risultati del calcolo dei compensatori a U secondo i metodi , . Impostiamo i seguenti dati iniziali:

• a) per tutti i compensatori: materiale - Acciaio 20; P=2,0 MPa; e t\u003d 2x 10 5 MPa; t?200°; carico - allungamento preliminare; curve piegate secondo OST 34-42-699-85; i compensatori si trovano orizzontalmente, da tubi con pelliccia. in lavorazione;
• b) schema di calcolo con designazioni geometriche secondo la Fig. 4;

Fig.4.

c) riassumeremo le dimensioni standard dei compensatori nella tabella n. 2 insieme ai risultati dei calcoli.

	Gomiti e tubi del compensatore, D n H s, mm	Dimensioni, vedere fig.4	Prestiro, m	Massimo stress, MPa	Sollecitazione ammissibile, MPa
				secondo	secondo	secondo	secondo

Calcolo dei compensatori

Il fissaggio fisso delle tubazioni viene effettuato per impedirne lo spostamento spontaneo durante gli allungamenti. Ma in assenza di dispositivi che percepiscano l'allungamento delle tubazioni tra fissaggi fissi, sorgono grandi sollecitazioni che possono deformare e distruggere le tubazioni. Le estensioni dei tubi sono compensate vari dispositivi, il cui principio di funzionamento può essere suddiviso in due gruppi: 1) radiale o dispositivi flessibili, percepire l'allungamento dei tubi di calore per flessione (piatta) o torsione (spaziale) sezioni curvilinee di tubi o piegatura di speciali inserti elastici varie forme; 2) dispositivi assiali di tipo scorrevole ed elastico, in cui gli allungamenti sono percepiti dal movimento telescopico di tubi o dalla compressione di inserti elastici.

I dispositivi di compensazione flessibili sono i più comuni. La compensazione più semplice è ottenuta dalla naturale flessibilità delle spire della tubazione stessa, piegate con un angolo non superiore a 150°.

I tubi di sollevamento e abbassamento possono essere utilizzati per la compensazione naturale, ma la compensazione naturale non può sempre essere fornita. Il dispositivo dei compensatori artificiali dovrebbe essere affrontato solo dopo aver utilizzato tutte le possibilità di compensazione naturale.

Sui tratti rettilinei la compensazione degli allungamenti dei tubi è risolta da speciali giunti di dilatazione flessibili di varia configurazione. Giunti di dilatazione a lira, specie con pieghe, da tutti giunti di dilatazione flessibili hanno la massima elasticità, ma a causa della maggiore corrosione del metallo nelle pieghe e della maggiore resistenza idraulica, vengono utilizzati raramente. I giunti di dilatazione a forma di U con le ginocchia saldate e lisce sono più comuni; I giunti di dilatazione a U con pieghe, come quelli a lira, sono usati meno frequentemente per i motivi sopra indicati.

Il vantaggio dei giunti di dilatazione flessibili è che non necessitano di manutenzione e non sono necessarie camere per la loro installazione in nicchie. Inoltre, i giunti di dilatazione flessibili trasmettono solo reazioni di spinta ai supporti fissi. Gli svantaggi dei giunti di dilatazione flessibili comprendono: maggiore resistenza idraulica, maggior consumo di tubazioni, grandi dimensioni, che ne rendono difficile l'utilizzo nella posa urbana quando il tracciato è saturo di utenze urbane sotterranee.

Appartengono ai compensatori delle lenti giunti di dilatazione assiali tipo elastico. Il compensatore è assemblato mediante saldatura da semilenti realizzate mediante stampaggio da acciai ad alta resistenza a lamiera sottile. La capacità di compensazione di una semilente è di 5--6 mm. Nella progettazione del compensatore, è consentito combinare 3-4 lenti, Di più indesiderabile a causa della perdita di elasticità e del rigonfiamento delle lenti. Ogni lente consente il movimento angolare dei tubi fino a 2--3°, quindi i compensatori di lenti possono essere utilizzati quando si posano reti su supporti sospesi che creano grandi distorsioni del tubo.

La compensazione assiale di tipo scorrevole è creata dai compensatori del premistoppa. Le obsolete strutture in ghisa sui giunti flangiati sono state ormai universalmente sostituite da una struttura saldata in acciaio leggera, robusta e di facile realizzazione, mostrata in Figura 5.2.

Figura 5.2. Compensatore premistoppa saldato su un lato flangiato: 1 - flangia di pressione; 2 - grundbuksa; 3 - premistoppa; 4- controcassa; 5 - vetro; 6 - corpo; 7 - passaggio del diametro

La compensazione per le estensioni dei tubi della temperatura viene assegnata quando temperatura media liquido di raffreddamento oltre +50°С. Gli spostamenti termici delle condutture di calore sono causati dall'allungamento lineare dei tubi durante il riscaldamento.

Per un funzionamento senza problemi delle reti di riscaldamento, è necessario che i dispositivi di compensazione siano progettati per il massimo allungamento delle tubazioni. Sulla base di ciò, quando si calcolano gli allungamenti, si presume che la temperatura del liquido di raffreddamento sia massima e la temperatura ambiente-- minimo e pari a: 1) temperatura di progetto aria esterna durante la progettazione del riscaldamento - per la posa di reti fuori terra all'aperto; 2) la temperatura dell'aria stimata nel canale - per la posa del canale delle reti; 3) temperatura del suolo alla profondità delle condutture termiche senza condotto alla temperatura dell'aria esterna di progetto per la progettazione del riscaldamento.

Calcoliamo un compensatore a forma di U, che si trova tra due supporti fissi, nella sezione 2 della rete di riscaldamento con una lunghezza di 62,5 me diametri dei tubi: 194x5 mm.

Figura 5.3 diagramma di un compensatore a forma di U

Definiamo allungamento termico gasdotto secondo la formula:

dove b - coefficiente di allungamento lineare tubi di acciaio preso in funzione della temperatura, in media b = 1,2?10 -5 m/?C; t - temperatura del liquido di raffreddamento, ?С; t 0 \u003d -28 ? С - temperatura ambiente.

Tenendo conto del prestiro a pieno allungamento del 50%:

Utilizzando il metodo grafico, conoscendo l'allungamento termico, il diametro del tubo è determinato dal nomogramma, la lunghezza della spalla del compensatore a forma di U, che è di 2,4 m.