Kompenzacijske naprave v ogrevalnih omrežjih služijo za odpravo (ali znatno zmanjšanje) sil, ki nastanejo med toplotnim raztezkom cevi. Posledično se zmanjšajo napetosti v stenah cevi in ​​sile, ki delujejo na opremo in nosilne strukture.

Raztezek cevi zaradi toplotnega raztezanja kovine je določen s formulo.

kjer je koeficient linearne razteznosti, 1/°С; l - dolžina cevi, m; t— delovna temperatura stene, 0 C; t m - temperatura namestitve, 0 C.

Za cevovode ogrevalnega omrežja se vrednost t vzame enaka delovni (najvišji) temperaturi hladilne tekočine; t m—izračunana temperatura zunanjega zraka za ogrevanje. pri povprečje= 12 · 10 -6 1/°С za ogljikovo jeklo, podaljšek 1 m cevi na. vsakih 100 °C sprememba temperature bo l = 1,2 mm/m.

Za kompenzacijo raztezanja cevi se uporabljajo posebne naprave - kompenzatorji, izkoriščajo pa tudi prožnost cevi na zavojih na trasi ogrevalnih omrežij (naravna kompenzacija).

Po principu delovanja so kompenzatorji razdeljeni na aksialne in radialne. Aksialni kompenzatorji so nameščeni na ravnih odsekih toplovoda, saj so zasnovani tako, da kompenzirajo sile, ki nastanejo samo kot posledica aksialnih raztezkov. Radialni kompenzatorji so nameščeni na ogrevalnih omrežjih katere koli konfiguracije, saj kompenzirajo tako aksialne kot radialne sile. Naravna kompenzacija ne zahteva namestitve posebnih naprav, zato jo je treba najprej uporabiti.

V ogrevalnih omrežjih se uporabljata dve vrsti aksialnih kompenzatorjev: polnilna škatla in leča. V kompenzatorjih polnilne škatle (sl. 6.11) toplotne deformacije cevi vodijo do premikanja stekla 1 znotraj ohišja 5, med katerim je tesnilna polnilna škatla 3 nameščena za tesnjenje. Tesnilo je vpeto med potisni obroč 4 in ozemljitveno pušo 2 z uporabo vijakov 6.

riž. 6.11. Raztezni spoji polnilne škatle

a - enostransko; b - dvostranski: 1 - steklo; 2 - zemeljska knjiga; 3 — polnilna škatla; 4 - potisni obroč; 5 - telo; 6 - zatezni vijaki

Kot omentalno tesnilo se uporablja azbestno tiskana vrvica ali toplotno odporna guma. Tesnilo se med delovanjem obrablja in izgublja elastičnost, zato je potrebno občasno zategovanje (vpenjanje) in menjavo. Da bi bilo mogoče izvesti ta popravila, so kompenzatorji polnilne škatle nameščeni v komorah.

Priključitev dilatacijskih spojev na cevovode se izvede z varjenjem. Med namestitvijo je treba pustiti vrzel med ovratnikom skodelice in potisnim obročem telesa, s čimer se odpravi možnost nateznih sil v cevovodih, če temperatura pade pod temperaturo namestitve, in skrbno poravnajte središčno črto na preprečite izkrivljanje in zagozditev skodelice v telesu.

Glavne prednosti dilatacijskih spojev so majhne dimenzije (kompaktnost) in nizek hidravlični upor, zaradi česar so ugotovili široka uporaba v ogrevalnih omrežjih, zlasti pri polaganju pod zemljo. V tem primeru so nameščeni na d y = 100 mm ali več, za nadzemno namestitev - na d y = 300 mm ali več.

V kompenzatorjih leč (slika 6.12). Ko se cevi pri temperaturi razširijo, se stisnejo posebne elastične leče (valovi). To zagotavlja popolno tesnost v sistemu in ne zahteva vzdrževanja dilatacijskih spojev.

Leče so izdelane iz jeklene pločevine ali vtisnjenih polleč z debelino stene od 2,5 do 4 mm s plinskim varjenjem. Za zmanjšanje hidravličnega upora je v notranjost kompenzatorja vzdolž valov vstavljena gladka cev (plašča).

Lečni kompenzatorji imajo relativno majhno kompenzacijsko zmogljivost in veliko aksialno reakcijo. V zvezi s tem za kompenzacijo temperaturnih deformacij cevovodov ogrevalnega omrežja namestijo veliko število valove ali jih predhodno raztegnite. Običajno se uporabljajo do tlakov približno 0,5 MPa, saj je pri visokih tlakih možno nabrekanje valov, povečanje togosti valov s povečanjem debeline sten pa vodi do zmanjšanja njihove kompenzacijske sposobnosti in povečanja aksialne reakcije. .

Naravna kompenzacija temperaturnih deformacij se pojavi kot posledica upogibanja cevovoda. Upognjeni deli (zavoji) povečajo prožnost cevovoda in povečajo njegovo kompenzacijsko sposobnost.

Z naravno kompenzacijo na zavojih na trasi temperaturne deformacije cevovodov vodijo do bočnih premikov odsekov (slika 6.13). Količina premika je odvisna od lokacije fiksnih nosilcev: kot daljša dolžina preseka, večji je njegov raztezek. To zahteva povečanje širine kanalov in otežuje delovanje premičnih nosilcev, poleg tega pa ne omogoča uporabe sodobnega brezkanalnega polaganja na zavojih poti. Največje upogibne napetosti se pojavijo pri fiksni podpori kratkega odseka, saj se premakne za veliko količino.

Radialni ekspanzijski spoji, ki se uporabljajo v ogrevalnih omrežjih, vključujejo fleksibilne in valovite tečaje. V fleksibilnih dilatacijskih spojih se toplotne deformacije cevovodov odpravijo s pomočjo upogibanja in zvijanja posebej upognjenih ali varjenih delov cevi različnih konfiguracij: v obliki črke U in S, v obliki lire, v obliki omega itd. dilatacijski spoji so najbolj razširjeni v praksi zaradi enostavnosti izdelave (slika 6.14,a).

Njihova kompenzacijska sposobnost je določena z vsoto deformacij - vzdolž osi vsakega od odsekov cevovoda. V tem primeru se največje upogibne napetosti pojavijo v odseku, ki je najbolj oddaljen od osi cevovoda - zadnji strani kompenzatorja. Slednji se pri upogibanju premakne za količino y, za katero je potrebno povečati dimenzije kompenzacijske niše.

Za povečanje kompenzacijske zmogljivosti kompenzatorja ali zmanjšanje količine premika je nameščen s predhodnim (montažnim) raztezanjem (slika 6.14,b). V tem primeru je zadnji del kompenzatorja, ko ni v uporabi, upognjen navznoter in doživlja upogibne napetosti. Ko se cevi podaljšajo, kompenzator najprej pride v nenapetostno stanje, nato pa se hrbet upogne navzven in v njem nastanejo upogibne napetosti nasprotnega znaka.

Če v skrajnih položajih, tj. To pomeni, da so med predraztezanjem in v delovnem stanju dosežene največje dovoljene napetosti, nato pa se kompenzacijska zmogljivost kompenzatorja podvoji v primerjavi s kompenzatorjem brez predraztezanja. V primeru kompenzacije enakih temperaturnih deformacij v kompenzatorju s predraztezanjem se naslonjalo ne bo premaknilo navzven in posledično se bodo zmanjšale dimenzije kompenzacijske niše. Delovanje fleksibilnih kompenzatorjev drugih konfiguracij poteka približno na enak način.

Izračun naravnega nadomestila in fleksibilni kompenzatorji je določiti silo in največje napetosti, ki nastanejo v nevarnih odsekih, izbrati dolžine odsekov cevovoda, pritrjenih na fiksne nosilce, in geometrijske dimenzije kompenzatorjev ter določiti velikost premikov pri kompenzaciji temperaturnih deformacij. .

Metoda izračuna temelji na zakonih teorije elastičnosti, ki povezujejo deformacije z napetostmi in geometrijskimi dimenzijami cevi, upogibnimi koti in kompenzatorji. V tem primeru se napetosti v nevarnem odseku določijo ob upoštevanju skupnega učinka sil zaradi temperaturnih deformacij cevovodov, notranjega tlaka hladilne tekočine, teže obremenitve itd. Skupne napetosti ne smejo presegati dovoljene vrednosti.

V praksi se izračun največjih upogibnih napetosti v upognjenih dilatacijskih spojih in naravnih kompenzacijskih območjih izvaja po posebnih nomogramih in grafih. Kot primer na sl. 6.15 prikazuje nomogram za izračun kompenzatorja v obliki črke U.

Izračun kompenzatorja v obliki črke U po nomogramu se izvede glede na temperaturni raztezek cevovoda t in sprejeto razmerje med dolžino hrbtne strani kompenzatorja B in njegovim previsom H (prikazano s puščicami).

Nomogrami so izdelani za različne standardne premere cevovodov d y , način izdelave in polmere upogibnih kotov. V tem primeru so navedene tudi sprejete vrednosti dovoljenih upogibnih napetosti, koeficienta linearnega raztezanja in pogojev namestitve.

Valoviti dilatacijski spoji šarnirskega tipa (slika 6.16) so lečasti dilatacijski spoji, pritrjeni z vezmi na šarnirsko napravo 1 s pomočjo podpornih obročev 2, nameščenih na cevi. Ko so nameščeni na trasi, ki ima prekinjeno črto, kompenzirajo znatne toplotne raztezke z upogibanjem okoli svojih tečajev. Takšni kompenzatorji so izdelani za cevi z d y = 150-400 mm za tlak P y 1,6 in 2,5 MPa in temperature do 450 ° C. Kompenzacijska sposobnost zgibnih dilatacij je odvisna od največjega dovoljenega kota zasuka dilatacij in razporeditve njihove vgradnje na trasi.

riž. 6.16. Najenostavnejši dizajn kompenzator tečaja; 1 - tečaji; 2 - podporni obroč

riž. 6.15. Nomogram za izračun dilatacije cevovoda v obliki črke U flfy = 70 cm.

Vsak material: trdna, tekoča, plinasta, v skladu z zakoni fizike spreminja svojo prostornino sorazmerno s spremembo temperature. Za predmete, katerih dolžina znatno presega širino in globino, na primer cev, je glavni indikator vzdolžno raztezanje vzdolž osi - toplotni (temperaturni) raztezek. Ta pojav je treba upoštevati pri izvajanju določenih inženirskih del.

Na primer, med vožnjo z vlakom se sliši značilno udarjanje zaradi termičnih spojev tirnic (slika 1) ali pa so pri polaganju daljnovodov žice nameščene tako, da se povesijo med nosilci (slika 2).

Slika 4

Enako se dogaja v inženirskih vodovodih. Pod vplivom toplotnega raztezanja, pri uporabi neustreznih materialov in odsotnosti ukrepov za toplotno kompenzacijo v sistemu, pride do povešanja cevi (slika 4 desno), povečajo se sile na pritrdilne elemente fiksnih nosilcev in na elemente vgradnje, kar zmanjša vzdržljivost sistema kot celote in v skrajnih primerih lahko povzroči nesrečo.

Povečanje dolžine cevovoda se izračuna po formuli:

ΔL - povečanje dolžine elementa [m]

α - koeficient toplotnega raztezanja materiala

lo - začetna dolžina elementa [m]

T2 - končna temperatura [K]

T1 - začetna temperatura [K]

Kompenzacija toplotnih raztezkov za cevovode inženirskih sistemov se izvaja predvsem na tri načine:

• naravna kompenzacija s spremembo smeri trase plinovoda;
• uporaba kompenzacijskih elementov, ki lahko absorbirajo linearno raztezanje cevi (kompenzatorji);
• prednapenjanje cevi (ta metoda je precej nevarna in jo je treba uporabljati zelo previdno).

Slika 5

Naravna kompenzacija se uporablja predvsem pri "skriti" metodi vgradnje in je sestavljena iz polaganja cevi v poljubnih lokih (slika 5). Ta metoda je primerna za polimerne cevi nizke togosti, kot so cevovodi KAN-therm Push System: PE-X ali PE-RT. Ta zahteva je določena v SP 41-09-2005(Načrtovanje in namestitev notranji sistemi oskrba z vodo in ogrevanje objektov s cevmi iz "zamreženega" polietilena) v točki 4.1.11 V primeru polaganja PE-S cevi v talno konstrukcijo napetost v ravni črti ni dovoljena, vendar jih je treba položiti. v lokih rahle ukrivljenosti (kača) (... )

Ta vgradnja je smiselna pri vgradnji cevovodov po principu »cev v cevi«, tj. v valoviti cevi ali v toplotni izolaciji cevi, ki je navedena ne le v SP 41-09-2005, ampak tudi v SP 60.13330-2012 (Ogrevanje, prezračevanje in klimatizacija) v klavzuli 6.3.3 ... Polaganje cevovodov iz polimernih cevi je treba skriti : v tleh (v valoviti cevi)…

Toplotni raztezek cevovodov se kompenzira s prazninami v zaščitni valovite cevi ali toplotno izolacijo.

Pri izvajanju te vrste kompenzacije bodite pozorni na uporabnost okovja. Prekomerna obremenitev zaradi upogibanja cevi lahko privede do razpok v T-kolu (slika 6). Da bi se temu izognili, mora biti sprememba smeri trase cevovoda na razdalji vsaj 10 zunanjih premerov od šobe fitinga, cev ob fitingu pa mora biti togo pritrjena, kar zmanjša vpliv upogibnih obremenitev na priključnih šobah.

Slika 6

Druga vrsta naravne temperaturne kompenzacije je tako imenovana "toga" pritrditev cevovodov. Sestavljen je iz razdelitve cevovoda na omejene odseke temperaturne kompenzacije na tak način, da najmanjša povečava cev ni bistveno vplivala na linearnost njenega polaganja, presežna napetost pa je šla v prizadevanja za pritrditev točk fiksnih nosilcev (slika 7).

Slika 7

Ta vrsta kompenzacije deluje pri vzdolžnem upogibanju. Za zaščito cevovodov pred poškodbami je treba cevovod razdeliti s točkami fiksnih nosilcev na kompenzacijske odseke, ki niso daljši od 5 m. Upoštevati je treba, da pri taki namestitvi na pritrditve cevovoda ne vpliva le teža opreme, temveč temveč tudi zaradi napetosti zaradi toplotnega raztezanja. Zaradi tega je treba vsakič izračunati največjo dovoljeno obremenitev na vsakem nosilcu.

Sile, ki izhajajo iz toplotnih raztezkov in delujejo na fiksne podporne točke, se izračunajo po naslednji formuli:

DZ - zunanji premer cevovoda [mm]

s - debelina stene cevovoda [mm]

α - koeficient toplotnega raztezka cevi

E - modul elastičnosti (Youngov) materiala cevi [N/mm]

ΔT - sprememba (povečanje) temperature [K]

Poleg tega na točko fiksne podpore vpliva tudi lastna teža odseka cevovoda, napolnjenega s hladilno tekočino. V praksi je glavna težava, da niti en proizvajalec pritrdilnih elementov ne posreduje podatkov o maksimumu dovoljene obremenitve na njihovih pritrdilnih elementih.

Naravni kompenzatorji temperaturnih raztezkov so Dilatacijski spoji v obliki črke L, P, Z. Ta rešitev se uporablja tam, kjer je mogoče proste toplotne podaljške cevovodov preusmeriti v drugo ravnino (slika 8).

Slika 8

Velikost kompenzacijskega kraka za kompenzatorje tipa “G”, “P” in “Z” se določi glede na nastale toplotne raztezke, vrsto materiala in premer cevovoda. Izračun se izvede po formuli:

[m]

K - konstanta materiala cevi

Dz - zunanji premer cevovoda [m]

ΔL - toplotni raztezek odseka cevovoda [m]

Materialna konstanta K je povezana z obremenitvami, ki jih lahko prenese. ta tip material cevovoda. Za posamezne sisteme Vrednosti KAN-term materialna konstanta K so predstavljeni spodaj:

Potisnite PlatinumK = 33

Kompenzacijska roka kompenzatorja tipa "G":

A - dolžina kompenzacijske roke

L - začetna dolžina odseka cevovoda

ΔL - podaljšanje odseka cevovoda

PP - premična podpora

A - dolžina kompenzacijske roke

PS - točka fiksne podpore (fiksna pritrditev) cevovoda

S - širina dilatacije

Za izračun kompenzacijske roke A je treba vzeti večjo od vrednosti L1 in L2 kot ekvivalentno dolžino Lе. Širina S mora biti S = A/2, vendar ne manj kot 150 mm.

A - dolžina kompenzacijske roke

L1, L2 - začetna dolžina segmentov

ΔLx - podaljšanje odseka cevovoda

PS - točka fiksne podpore (fiksna pritrditev) cevovoda

Za izračun kompenzacijskega kraka je treba kot ekvivalentno dolžino Lе vzeti vsoto dolžin segmentov L1 in L2: Lе = L1+L2.

Slika 9

Poleg geometrijskih temperaturnih kompenzatorjev obstajajo veliko število konstruktivne rešitve ta vrsta elementa:

• dilatacijski spoji z mehom,
• elastomerni kompenzatorji,
• tkaninski dilatacijski spoji,
• kompenzatorji v obliki zanke.

Zaradi relativno visoka cena nekatere možnosti se takšne dilatacije največkrat uporabljajo na mestih, kjer je prostor omejen oz tehnične zmogljivosti geometrijski kompenzatorji ali naravna kompenzacija. Ti dilatacijski spoji imajo omejeno življenjsko dobo, izračunano v obratovalnih ciklih - od polnega raztezanja do popolnega stiskanja. Iz tega razloga za opremo, ki deluje ciklično ali z spremenljivi parametri, je težko določiti končni čas delovanja naprave.

Mehasti ekspanzijski spoji uporabljajo elastičnost materiala meha za kompenzacijo toplotnega raztezanja. Mehi so pogosto izdelani iz nerjavno jeklo. Ta zasnova določa življenjsko dobo elementa - približno 1000 ciklov.

Življenjska doba mehastih aksialnih razteznih spojev se znatno zmanjša, če raztezni spoj ni poravnan. Ta funkcija zahteva visoko natančnost njihove namestitve, pa tudi njihove pravilno pritrjevanje:

• v območju temperaturne kompenzacije med 2 sosednjima točkama fiksnih nosilcev je možno namestiti največ en kompenzator;
• premični nosilci morajo popolnoma zapreti cevi in ​​ne smejo ustvarjati velikega upora za kompenzacijo. Največja velikost rež ni večja od 1 mm;
• Za večjo stabilnost je priporočljivo, da se aksialni kompenzator namesti na razdalji 4Dn od enega od fiksnih nosilcev;

Če imate vprašanja o temperaturni kompenzaciji cevovodov sistema KAN-therm, se lahko obrnete na .

Kompenzacija temperaturnih deformacij jekleni cevovodi je izjemno pomemben v tehnologiji prenosa toplote.

Če v cevovodu ni kompenzacije temperaturnih deformacij, lahko z močnim segrevanjem v steni cevovoda nastanejo velike destruktivne napetosti. Vrednost teh napetosti je mogoče izračunati z uporabo Hookovega zakona

, (7.1)

kje E– modul vzdolžne elastičnosti (za jeklo E= 2 10 5 MPa); i– relativna deformacija.

Ko se temperatura poveča, se dolžina cevi poveča l na Dt raztezek naj bo

kjer je a koeficient linearnega raztezka, 1/K (za ogljikovo jeklo a = 12-10 -6 1/K).

Če je del cevi stisnjen in se pri segrevanju ne podaljša, potem je njegovo relativno stiskanje

Iz spojne rešitve (7.1) in (7.3) lahko ugotovimo tlačno napetost, ki nastane v jeklena cev pri ogrevanju ravnega stisnjenega (brez kompenzatorjev) odseka cevovoda

Za jeklo s= 2,35 D t MPa.

Kot je razvidno iz (7.4), tlačna napetost, ki nastane v stisnjenem ravnem odseku cevovoda, ni odvisna od premera, debeline stene in dolžine cevovoda, ampak je odvisna samo od materiala (modula elastičnosti in koeficienta linearnega raztezka) in temperaturna razlika.

Sila stiskanja, ki se pojavi pri segrevanju ravnega cevovoda brez kompenzacije, je določena s formulo

, (7.5)

kje f- površina prečnega prereza sten cevovoda, m2.

Po svoji naravi lahko vse kompenzatorje razdelimo v dve skupini: aksialni in radialno.

Aksialni kompenzatorji se uporabljajo za kompenzacijo toplotnega raztezanja ravnih odsekov cevovoda.

Radialno kompenzacijo je mogoče uporabiti v kateri koli konfiguraciji cevovoda. Radialna kompenzacija se pogosto uporablja na toplovodih, položenih na ozemlju industrijskih podjetij, in z majhnimi premeri toplovodov (do 200 mm) - tudi v mestnih ogrevalnih omrežjih. Na toplovodih velik premer, položenih pod mestnimi dovozi, so vgrajeni predvsem aksialni dilatatorji.





Aksialna kompenzacija. V praksi se uporabljata dve vrsti aksialnih kompenzatorjev: omentalna in elastična.

Na sl. Slika 7.27 prikazuje enosmerni kompenzator polnilne škatle. Med steklom 1 in telesom 2 kompenzatorja je tesnilo 3. Tesnilo tesnila, ki zagotavlja gostoto, je vpeto med potisni obroč 4 in pušo 5. Običajno je tesnilo izdelano iz azbestnih obročev kvadratnega prereza. impregniran z grafitom. Kompenzator je privarjen v cevovod, zato njegova namestitev na linijo ne vodi do povečanja števila prirobničnih priključkov.



riž. 7.27. Enostranski kompenzator polnilne škatle:
1 – steklo; 2 – telo; 3 – pakiranje; 4 – potisni obroč; 5 – zemeljska knjiga

Na sl. Na sliki 7.28 je prikazan prečni prerez dvostranskega kompenzatorja tesnila. Pomanjkljivost vseh vrst dilatacijskih spojk je tesnilo, ki med delovanjem zahteva sistematično in skrbno vzdrževanje. Tesnilo v polnilni škatli se obrabi, sčasoma izgubi elastičnost in začne puščati hladilno tekočino. Zategovanje omentuma v teh primerih ne daje pozitivne rezultate, zato je treba tesnila po določenem času prekiniti.



riž. 7.28. Dvostranski kompenzator polnilne škatle

Vse vrste elastičnih kompenzatorjev so brez te pomanjkljivosti.

Na sl. Slika 7.29 prikazuje prerez trivalovnega kompenzatorja z mehom. Za zmanjšanje hidravlični upor Znotraj dela meha je privarjena gladka cev. Preseki meha so običajno izdelani iz legiranih jekel ali zlitin.
V naši državi so mehovi kompenzatorji izdelani iz jekla 08Х18Н10Т.



riž. 7.29. Trivalni kompenzator z mehom

Kompenzacijsko zmogljivost mehovih razteznikov običajno določimo z rezultati preskusov ali vzamemo po podatkih proizvajalca. Za kompenzacijo velikih toplotnih deformacij je več delov meha zaporedno povezanih.

Aksialna reakcija dilatacijskih spojev z mehom je vsota dveh členov

, (7.6)

kje s do– aksialna reakcija zaradi temperaturne kompenzacije zaradi deformacije valov med toplotnim raztezanjem cevovoda, N; s d– aksialna reakcija zaradi notranjega tlaka, N.

Za povečanje odpornosti proti deformacijam meha pod vplivom notranjega tlaka so raztezni spoji razbremenjeni notranjega tlaka z ustrezno razporeditvijo odsekov meha v telesu kompenzatorja iz cevi. večji premer. Ta zasnova kompenzatorja je prikazana na sl. 7.30.



riž. 7.30. Uravnotežen kompenzator meha:
l p – dolžina v raztegnjenem stanju; lсж – stisnjena dolžina

Obetavna metoda za kompenzacijo temperaturnih deformacij je lahko uporaba samokompenzacijskih cevi. Pri proizvodnji spiralno varjenih cevi iz trakov pločevina nanj z valjčkom iztisnemo približno 35 mm globok vzdolžni utor. Po varjenju takšne pločevine se utor spremeni v spiralno valovitost, ki lahko kompenzira temperaturno deformacijo cevovoda. Eksperimentalno testiranje takih cevi je pokazalo pozitivne rezultate.

Radialna kompenzacija. Pri radialni kompenzaciji toplotno deformacijo cevovoda zaznavajo zavoji posebnih elastičnih vložkov ali naravni zavoji (zavoji) trase posameznih odsekov samega cevovoda.

Najnovejša metoda za kompenzacijo toplotnih deformacij, ki se pogosto uporablja v praksi, se imenuje naravno nadomestilo. Prednosti te vrste kompenzacije pred drugimi vrstami: enostavnost zasnove, zanesljivost, pomanjkanje potrebe po nadzoru in vzdrževanju, razbremenitev fiksnih nosilcev pred notranjimi tlačnimi silami. Pomanjkljivost naravne kompenzacije je prečno premikanje deformiranih odsekov cevovoda, kar zahteva povečanje širine neprehodnih kanalov in otežuje uporabo izolacije za zasip in struktur brez kanalov.

Izračun naravne kompenzacije je sestavljen iz iskanja sil in napetosti, ki nastanejo v cevovodu pod vplivom elastične deformacije, izbire dolžin medsebojno delujočih krakov cevovoda in določanja bočnega premika njegovih odsekov med kompenzacijo. Metoda izračuna temelji na osnovnih zakonih teorije elastičnosti, ki povezuje deformacije z delujočimi silami.

Odseki cevovoda, ki zaznavajo temperaturne deformacije med naravno kompenzacijo, so sestavljeni iz zavojev (komolcev) in ravnih odsekov. Upognjeni zavoji povečajo prožnost cevovoda in povečajo njegovo kompenzacijsko sposobnost. Vpliv upognjenih komolcev na kompenzacijsko zmogljivost je še posebej opazen pri cevovodih velikega premera.

Upogibanje ukrivljenih delov cevi spremlja sploščenje preseka, ki se spremeni iz okroglega v elipsastega.

Na sl. Slika 7.31 prikazuje ukrivljeno cev s polmerom ukrivljenosti R. Naj izpostavimo z dvema razdelkoma ab in CD cevni element. Pri upogibanju stene cevi na konveksni strani nastanejo natezne sile, na konkavni pa tlačne sile. Tako natezna kot tlačna sila dajeta rezultante T, normalno na nevtralno os.






riž. 7.31. Sploščenje cevi pri upogibanju

Kompenzacijsko zmogljivost dilatacijskih spojev lahko podvojite tako, da jih med vgradnjo predhodno raztegnete za polovico toplotnega raztezka cevovoda. Na osnovi navedene metodologije so bile pridobljene enačbe za izračun največje upogibne napetosti in kompenzacijske sposobnosti simetričnih kompenzatorjev različnih vrst.

Toplotni izračun

Na nalogo toplotni izračun vključuje reševanje naslednjih vprašanj:

· določanje toplotnih izgub toplovoda;

· izračun temperaturnega polja okoli toplovoda, to je določitev temperatur izolacije, zraka v kanalu, sten kanala in zemlje.

· izračun padca temperature hladilne tekočine vzdolž toplovoda;

· izbor debeline toplotne izolacije toplovoda.

Količina toplote, ki prehaja na časovno enoto skozi verigo zaporedno povezanih toplotnih uporov, se izračuna po formuli

kje q– specifično toplotne izgube toplotne cevi; t– temperatura hladilne tekočine, °C; t o- temperatura okolju, °С; R– skupni toplotni upor kroga hladilno sredstvo-okolje (toplotni upor izolacije toplotne cevi).

Pri izvajanju toplotnih izračunov ogrevalnih omrežij je običajno treba določiti toplotni tokovi skozi plasti in cilindrične površine.

Specifične toplotne izgube q in toplotne odpornosti R se običajno nanašajo na enoto dolžine toplotne cevi in ​​se merijo v W/m oziroma (m K)/W.

V izoliranem cevovodu, obdanem z zunanjim zrakom, mora toplota prehajati skozi štiri zaporedno povezane upore: notranjo površino delovne cevi, steno cevi, plast izolacije in zunanjo površino izolacije. Ker je skupni upor enak aritmetični vsoti zaporedno vezanih uporov, potem

R = R v + R tr + R i + R n, (7.8)

kje R in, R tr, R in in R n– toplotna upornost notranje površine delovne cevi, stene cevi, izolacijske plasti in zunanje površine izolacije.

Pri izoliranih toplovodih je toplotna odpornost toplotnoizolacijskega sloja bistvenega pomena.

Pri toplotnih izračunih obstajata dve vrsti toplotnih uporov:

· površinska odpornost;

· odpornost plasti.

Toplotna odpornost površine. Toplotna upornost cilindrične površine je

kje pd– površina 1 m dolžine toplotne cevi, m; a– koeficient prehoda toplote s površine.

Za določitev toplotne upornosti površine toplotne cevi je potrebno poznati dve količini: premer toplotne cevi in ​​koeficient toplotne prehodnosti površine. Premer toplotne cevi med toplotnim izračunom je določen. Koeficient prehoda toplote z zunanje površine toplotne cevi na okoliški zrak je vsota dveh členov - koeficient toplotnega prehoda sevanja a l in konvekcijski koeficient toplotnega prehoda a do:

Koeficient prehoda toplote sevanja a l se lahko izračuna z uporabo Stefan-Boltzmannove formule:

, (7.10)

kje Z– emisijska sposobnost; t– temperatura sevalne površine, °C.

Emisivnost popolnoma črnega telesa, tj. površina, ki absorbira vse žarke, ki padejo nanjo, in ne odbija ničesar, Z= 5,7 W/(m K) = 4,9 kcal/(h m 2 K 4).

Emisivnost »sivih« teles, kamor sodijo površine neizoliranih cevovodov in izolacijskih konstrukcij, je 4,4 – 5,0 W/(m 2 K 4). Koeficient toplotne prehodnosti iz vodoravna cev zraku med naravno konvekcijo, W/(m K), se lahko določi z uporabo Nusseltove formule

, (7.11)

kje d– zunanji premer toplovodne cevi, m; t, t o– temperature površine in okolice, °C.

S prisilno konvekcijo zraka ali vetra koeficient prenosa toplote

, (7.12)

kje w– hitrost zraka, m/s.

Formula (7.12) velja za w> 1 m/s in d> 0,3 m.

Za izračun koeficienta toplotnega prehoda z uporabo (7.10) in (7.11) je potrebno poznati površinsko temperaturo. Ker je pri določanju toplotnih izgub površinska temperatura toplovoda običajno vnaprej neznana, se problem rešuje z metodo zaporednih približkov. Koeficient toplotne prehodnosti zunanje površine toplotne cevi je vnaprej nastavljen a, poiščite specifične izgube q in temperaturo površine t, preverite pravilnost sprejeta vrednost a.

Pri določanju toplotnih izgub izoliranih toplovodnih cevi ni treba izvajati verifikacijskih izračunov, saj je toplotna upornost izolacijske površine majhna v primerjavi s toplotno upornostjo njene plasti. Tako 100-odstotna napaka pri izbiri koeficienta površinskega prenosa toplote običajno povzroči napako pri določanju toplotne izgube 3–5%.

Za predhodno določitev koeficienta toplotnega prenosa površine izolirane toplotne cevi, W/(m K), kadar površinska temperatura ni znana, se lahko priporoči formula

, (7.13)

kje w– hitrost zraka, m/s.

Koeficienti prenosa toplote s hladilne tekočine na notranjo površino cevovoda so zelo visoki, kar določa tako nizke vrednosti toplotne upornosti notranje površine cevovoda, ki jih je v praktičnih izračunih mogoče zanemariti.

Toplotna odpornost plasti. Izraz za toplotno upornost homogene valjaste plasti zlahka izpeljemo iz Fourierjeve enačbe, ki ima obliko

kje l– toplotna prevodnost plasti; d 1 , d 2 – notranji in zunanji premeri plast.

Za toplotne izračune so pomembne samo plasti z visoko toplotno odpornostjo. Takšni sloji so toplotna izolacija, stena kanala, zemeljska masa. Iz teh razlogov se pri izvajanju toplotnih izračunov izoliranih toplovodnih cevi običajno ne upošteva toplotna upornost kovinske stene delovne cevi.

Toplotna odpornost izolacijskih konstrukcij nadzemnih toplovodov. V nadzemnih toplotnih ceveh med hladilno tekočino in zunanjim zrakom so zaporedno povezani naslednji toplotni uporniki: notranja površina delovna cev, njena stena, ena ali več plasti toplotne izolacije, zunanja površina toplovodne cevi.

Prva dva toplotna upora se v praktičnih izračunih navadno zanemarita.

včasih toplotna izolacija izvedite večplastno, na podlagi različnih dovoljenih temperatur za uporabljeno izolacijski materiali ali iz ekonomskih razlogov zaradi delne zamenjave dragih izolacijskih materialov s cenejšimi.

Toplotna upornost večslojne izolacije je enaka aritmetični vsoti toplotnih uporov zaporedno nanesenih plasti.

Toplotna upornost cilindrične izolacije se povečuje z naraščanjem razmerja med zunanjim in notranjim premerom. Zato je pri večslojni izolaciji priporočljivo prve plasti položiti iz materiala z nižjo toplotno prevodnostjo, kar povzroči največ učinkovita uporaba izolacijski materiali.

Temperaturno polje nadzemnega toplovoda. Temperaturno polje toplotne cevi se izračuna na podlagi enačbe toplotna bilanca. V tem primeru izhajamo iz pogoja, da je v stabilnem stanju toplotno stanje količina toplote, ki teče od hladilne tekočine do koncentrične cilindrične površine, ki poteka skozi katero koli točko v polju, je enaka količini toplote, ki teče od te koncentrične površine do zunanjega okolja.

Temperatura površine toplotne izolacije iz enačbe toplotne bilance bo enaka

. (7.15)

Toplotna odpornost tal. Pri podzemnih toplovodih je upor tal vključen kot eden od zaporedno povezanih toplotnih uporov.

Pri izračunu toplotnih izgub za temperaturo okolja t o Praviloma vzamejo naravno temperaturo tal v globini osi toplovodne cevi.

Samo pri majhnih globinah osi toplotne cevi ( h/d < 2) за температуру окружающей среды принимают естественную температуру поверхности грунта.

Toplotno odpornost tal je mogoče določiti s Forchheimerjevo formulo (slika 7.32)

, (7.16)

kje l– toplotna prevodnost tal; h– globina osi toplotne cevi; d– premer toplotne cevi.

Pri polaganju podzemnih toplovodov v kanalih, ki niso valjaste oblike, v (7.16) namesto premera nadomestite enakovreden premer

kje F– površina prečnega prereza kanala, m; p– obseg kanala, m.

Toplotna prevodnost tal je odvisna predvsem od njihove vlažnosti in temperature.

Pri temperaturah tal 10 – 40 °C je toplotna prevodnost tal s povprečno vlažnostjo v območju 1,2 – 2,5 W/(m K).

velikost pisave

ODLOČBA Gosgortekhnadzorja Ruske federacije z dne 06/10/2003 80 O ODOBRITVI PRAVIL ZA OBLIKOVANJE IN VARNO DELOVANJE TEHNOLOŠKIH ... Ustrezno v letu 2018

5.6. Kompenzacija temperaturnih deformacij cevovodov

5.6.1. Temperaturna deformacija je treba izravnati z zavoji in ovinki trase plinovoda. Če se ni mogoče omejiti na samokompenzacijo (na primer na popolnoma ravnih odsekih velike dolžine), so na cevovodih nameščeni U-oblika, leča, valoviti in drugi kompenzatorji.

V primerih, ko projektiranje vključuje parno čiščenje oz topla voda, mora biti kompenzacijska zmogljivost cevovodov zasnovana za te pogoje.

5.6.2. Na procesnih cevovodih, ki prenašajo medije skupin A in B, ni dovoljeno uporabljati kompenzatorjev tesnilne škatle.

Namestitev leč, tesnilne škatle in valovitih dilatacijskih spojev na cevovodih z nazivnim tlakom nad 10 MPa (100 kgf / cm2) ni dovoljena.

5.6.3. Za procesne cevovode vseh kategorij je treba uporabiti kompenzatorje v obliki črke U. Izdelane so bodisi upognjene iz polnih cevi bodisi z uporabo upognjenih, strmo ukrivljenih ali varjenih kolen.

5.6.4. Za dilatacijske spoje v obliki črke U je treba uporabiti upognjene zavoje samo iz brezšivnih cevi, varjene zavoje pa za brezšivne in varjene cevi z ravnim šivom. Uporaba varjenih krivin za izdelavo razteznih spojev v obliki črke U je dovoljena v skladu z navodili iz točke 2.2.37 tega pravilnika.

5.6.5. Za izdelavo dilatacijskih spojev v obliki črke U ni dovoljeno uporabljati cevi za vodo in plin, električne varjene cevi s spiralnim šivom pa se priporočajo samo za ravne odseke dilatacijskih spojev.

5.6.6. Kompenzatorje v obliki črke U je treba namestiti vodoravno, pri čemer je treba ohraniti zahtevani splošni naklon. Izjemoma (če omejeno območje) se lahko postavijo navpično z zanko navzgor ali navzdol z ustrezno drenažno napravo na najnižji točki in zračniki.

5.6.7. Pred montažo je treba na cevovode namestiti kompenzatorje v obliki črke U skupaj z distančnimi napravami, ki se odstranijo po pritrditvi cevovodov na fiksne nosilce.

5.6.8. Za procesne cevovode v skladu z regulativno in tehnično dokumentacijo se uporabljajo raztezni spoji z lečami, aksialni in zgibni raztezni spoji.

5.6.9. Pri nameščanju kompenzatorjev leče na vodoravne plinovode s kondenzacijskimi plini je treba za vsako lečo zagotoviti odvod kondenzata. Povezava za drenažna cev izdelan iz brezšivne cevi. Pri nameščanju kompenzatorjev leč z notranjim tulcem na vodoravne cevovode je treba na vsaki strani kompenzatorja zagotoviti vodilne opore na razdalji največ 1,5 DN kompenzatorja.

5.6.10. Pri nameščanju cevovodov morajo biti kompenzacijske naprave predhodno raztegnjene ali stisnjene. Količina predhodnega raztezanja (stiskanja) kompenzacijske naprave je navedena v projektna dokumentacija in v potnem listu za cevovod. Količina raztezanja se lahko spremeni z višino popravka ob upoštevanju temperature med namestitvijo.

5.6.11. Kakovost dilatacijskih spojev za vgradnjo na procesne cevovode mora biti potrjena s potnimi listi ali certifikati.

5.6.12. Pri namestitvi kompenzatorja se v potni list cevovoda vnesejo naslednji podatki:

tehnične lastnosti, proizvajalec in leto izdelave kompenzatorja;

razdalja med fiksne podpore, potrebna kompenzacija, količina predraztezanja;

temperatura okoliškega zraka pri namestitvi kompenzatorja in datum.

5.6.13. Izračun v obliki črke U, L in Dilatacijski spoji v obliki črke Z mora biti izdelan v skladu z zahtevami regulativne in tehnične dokumentacije.

Sodoben način podaljšanja življenjske dobe cevovodnih sistemov je uporaba dilatacijskih spojev. Pomagajo preprečiti različne spremembe, ki nastanejo v ceveh zaradi stalnih sprememb temperature, tlaka in različne vrste vibracije Odsotnost kompenzatorjev na ceveh lahko povzroči neželene posledice, kot so sprememba dolžine cevi, njeno širjenje ali stiskanje, kar posledično povzroči preboj cevovoda. V zvezi s tem je problemu zanesljivosti cevovodov in kompenzatorjev namenjena največja pozornost in iskanje optimalne rešitve za zagotavljanje tehnična varnost kompenzacijski sistemi.

Obstajajo kompenzatorji cevi, polnilne škatle, leče in meha. večina na preprost način je uporaba naravne kompenzacije zaradi fleksibilnosti samega cevovoda s pomočjo kolen V obliki črke U. Dilatacijski spoji v obliki črke U se uporabljajo za nadzemno in kanalsko polaganje cevovodov. Za nadzemno namestitev zahtevajo dodatne podpore, in s kanalom - posebne kamere. Vse to vodi do znatnega povečanja stroškov plinovoda in prisilne odtujitve območij dragih zemljišč.

Raztezni spoji, ki so se do nedavnega najpogosteje uporabljali v ruskih ogrevalnih sistemih, imajo tudi številne resne pomanjkljivosti. Po eni strani lahko kompenzator polnilne škatle zagotovi kompenzacijo za aksialne premike katere koli velikosti. Po drugi strani pa trenutno ni nobenih tesnil, ki bi lahko dolgo časa zagotavljala tesnost cevovodov s toplo vodo in paro. V zvezi s tem je potrebno redno vzdrževanje dilatacijskih spojev tesnilne škatle, vendar tudi to ne prepreči puščanja hladilne tekočine. In ker so pri polaganju toplovodov pod zemljo potrebne posebne servisne komore za namestitev kompenzatorjev polnilne škatle, to bistveno oteži in oteži draga gradnja in delovanje ogrevalnih vodov s kompenzatorji te vrste.

Lečni kompenzatorji se uporabljajo predvsem na toplovodih in plinovodih, vodovodih in naftovodih. Togost teh dilatacijskih spojev je takšna, da je za njihovo deformacijo potreben velik napor. Vendar imajo kompenzatorji leč zelo nizko kompenzacijsko sposobnost v primerjavi z drugimi vrstami kompenzatorjev, poleg tega je delovna intenzivnost njihove izdelave precej visoka, veliko število zvarov (ki jih povzroča tehnologija izdelave) zmanjšuje zanesljivost teh naprav. .

Glede na to okoliščino postaja trenutno aktualna uporaba mehastih dilatacijskih spojev, ki ne puščajo in ne zahtevajo vzdrževanja. Mehasti kompenzatorji so majhni, jih je mogoče namestiti kjerkoli v cevovodu s katerim koli načinom polaganja in ne zahtevajo gradnje posebnih komor ali vzdrževanja v celotni življenjski dobi. Njihova življenjska doba praviloma ustreza življenjski dobi cevovodov. Uporaba dilatacijskih spojev z mehom zagotavlja zanesljivo in učinkovito zaščito cevovodov pred statičnimi in dinamičnimi obremenitvami, ki nastanejo zaradi deformacij, vibracij in vodnih udarcev. Zahvaljujoč uporabi visokokakovostnih nerjavnih jekel pri izdelavi meha lahko mehovi kompenzatorji delujejo v najtežjih pogojih s temperaturami delovnih medijev od "absolutne ničle" do 1000 ° C in prenesejo delovne tlake od vakuuma do 100 ° C. atm, odvisno od zasnove in pogojev delovanja.

Glavni del dilatacijskega spoja z mehom je meh - elastična valovita kovinska lupina, ki se lahko razteza, upogne ali premakne pod vplivom temperaturnih sprememb, tlaka in drugih vrst sprememb. Med seboj se razlikujejo po parametrih, kot so dimenzije, tlak in vrste pomikov v cevi (aksialni, strižni in kotni).

Na podlagi tega kriterija so kompenzatorji razdeljeni na aksialne, strižne, kotne (rotacijske) in univerzalne.

Mehi sodobnih dilatacijskih spojk so sestavljeni iz več tankih plasti nerjavečega jekla, ki so oblikovane s hidravličnim ali klasičnim stiskanjem. Večslojni dilatacijski spoji nevtralizirajo udarce visok pritisk in različne vrste vibracije, ne da bi pri tem povzročile reakcijske sile, ki jih nato izzove deformacija.

Podjetje Kronstadt (Sankt Peterburg), uradni zastopnik Danski proizvajalec Belman Production A/S, potrošni material ruski trg dilatacijski spoji z mehom, izdelani posebej za ogrevalna omrežja. Ta vrsta kompenzatorja se pogosto uporablja pri gradnji ogrevalnih omrežij v Nemčiji in Skandinaviji.

Zasnova tega kompenzatorja ima številne značilnosti.

Prvič, vsi sloji meha so izdelani iz visokokakovostnega nerjavečega jekla AISI 321 (analogno 08Х18Н10Т) ali AISI 316 TI (analogno 10Х17Н13М2Т). Trenutno se pri gradnji ogrevalnih omrežij pogosto uporabljajo dilatacijski spoji, pri katerih so notranji sloji meha izdelani iz materiala nižje kakovosti od zunanjih. To lahko privede do tega, da iz katerega koli razloga, tudi manjše poškodbe zunanji sloj ali z rahlo napako zvariti, bo voda, ki vsebuje klor, kisik in različne soli, prišla v meh in čez nekaj časa se bo zrušil. Nekoliko nižji je seveda strošek meha, pri katerem so samo zunanje plasti izdelane iz kakovostnega jekla. Toda te razlike v ceni ni mogoče primerjati s stroški dela v primeru nujne zamenjave pokvarjenega kompenzatorja.

Drugič, kompenzatorji Belman so opremljeni z zunanjim zaščitnim ohišjem, ki ščiti meh pred mehanskimi poškodbami, in notranjo cevjo, ki ščiti notranje plasti meha pred učinki abrazivnih delcev, ki jih vsebuje hladilno sredstvo. Poleg tega prisotnost notranja zaščita meh preprečuje nalaganje peska na leče meha in zmanjšuje pretočni upor, kar je pomembno tudi pri projektiranju toplovoda.

Druga možnost je enostavnost namestitve posebnost Belman kompenzatorji. Ta kompenzator je za razliko od svojih analogov dobavljen popolnoma pripravljen za vgradnjo v ogrevalno omrežje: prisotnost posebne pritrdilne naprave omogoča montažo kompenzatorja brez predhodnega raztezanja in ne zahteva dodatnega ogrevanja odseka ogrevalnega omrežja pred namestitvijo. . Kompenzator je opremljen z varnostno napravo, ki ščiti meh pred zvijanjem med montažo in preprečuje prekomerno stiskanje meha med delovanjem.

V primerih, ko voda, ki teče po cevovodu, vsebuje veliko klora ali lahko pride v kompenzator podtalnice, Belman ponuja meh, pri katerem sta zunanja in notranja plast izdelana iz posebne zlitine, ki je posebej odporna na agresivne snovi. Za brezvodno montažo ogrevalnih vodov so ti kompenzatorji izdelani v izolaciji iz poliuretanske pene in so opremljeni s sistemom za daljinsko upravljanje na spletu.

Vse naštete prednosti kompenzatorjev za toplotna omrežja proizvajalca Belman skupaj z visoko kakovostjo izdelave omogočajo nemoteno delovanje meha vsaj 30 let.

Literatura:

1. Antonov P.N. "O posebnostih uporabe kompenzatorjev", revija " Priključki za cevi«, št. 1, 2007.
2. Polyakov V. “Lokalizacija deformacije cevi z uporabo dilatacijskih spojev z mehom”, “Industrijske vedomosti” št. 5-6, maj-junij 2007
3. Logunov V.V., Polyakov V.L., Slepchenok V.S. "Izkušnje pri uporabi kompenzatorjev z aksialnim mehom v ogrevalnih omrežjih", revija "Novice o oskrbi s toploto", št. 7, 2007.