Опорный конспект дисциплины «Источники и системы теплоснабжения предприятий», страница 67

Напряжение сжатия (кПа), возникающее при повышении температуры прямолинейного защемленного (без компенсаторов) участка трубопровода на ∆t (°С), и соответствующее усилие (кН) рассчитываются по формулам

σ = α Е ∆t,                                                      (4.109)

Р = σf = Еif,                                                    (4.110)

где  α - коэффициент линейного удлинения, 1/К (для углеродистой стали
α = 12∙10^-6 1/К);  Е – модуль продольной упругости, кПа (для стали Е = 2∙10⁸ кПа); f – площадь поперечного сечения стенки трубы, м²; i = α∆t –относительное сжатие.

Для трубных сталей   σ  = 2,35 ∆t МПа = 24 ∆t  кгс/см² и при расчётном режиме по температурному графику 150-70 °С с монтажом в летних условиях составит σ = 2,35*(150 – 18) = 310,2 МПа, что примерно в 2-3 раза превышает σ_доп трубных сталей (табл. 4.7).

Следовательно, напряжение сжатия в защемленном прямолинейном участке трубопровода не зависит от диаметра, толщины стенки и длины трубопровода, а зависит только от материала (модуля упругости и коэффициента линейного удлинения) и перепада температур. Уровень возникаэщих при этом напряжений обусловливает необходимость их компенсации.

Способы компенсации температурных удлинений, применяемые в тепловых сетях, разнообразны. Все компенсаторы делятся на две группы: осевые и радиальные. Осевые компенсаторы применяются для компенсации температурных удлинений прямолинейных участков трубопровода. Радиальная компенсация может быть использована при любой конфигурации трубопровода и широко применяется на теплопроводах, прокладываемых на территориях промышленных предприятий, а при небольших диаметрах теплопроводов (до 200 мм) – также и в городских теплосетях.

Приведённое суммарное с учётом компенсационного напряжения от продольного изгиба σ₄ равно

σ_пр = (σ_р² + σ₃² + σ₄²)^0,5 ≤ φ σ_доп.                                   (4.111)

Самокомпенсация. Трубопроводы, самокомпенсирующиеся за счет собственной гибкости, находят самое широкое применение в проектировании и строительстве ТС. Участки трубопроводов с самокомпенсацией наиболее надежны в эксплуатации, не имеют утечек теплоносителя и не требуют регулярного наблюдения за работой.

Посредством неподвижного закрепления трубопроводов на опорах, устанавливаемых в ряде точек по длине трассы, можно так распределить температурное удлинение труб под влиянием нагрева между отдельными участками, что перемещения труб, усилия и напряжения в них не будут превышать допустимых заранее заданных величин.

Нашли применение следующие самокомпенсирующиеся схемы трубопроводов: плоскостные Г-образные с прямым или тупым углом поворота, Z-образные с тремя расчетными участками, пространственные Z-образные схемы с тремя участками, расположенными в трех различных плоскостях (применяются только в пределах ИТ, тепловых пунктов, насосных перекачивающих станций).

Существенная экономия труб и снижение затрат на строительно-монтажные работы для тепловых магистралей большого диаметра от загородных ТЭЦ и АСТ с прямыми участками большой длины надземной прокладки, могут быть получены при использовании зигзагообразной самокомпенсирующейся схемы (рис. 4.23).

Рис. 4.23. Схема зигзагообразного самокомпенсирующегося трубопровода

НО при этом расположены в точках пересечения осей трубопроводов с осью трассы. Компенсация температурных удлинений осуществляется за счет свободного перемещения труб на углах поворота. При расчёте компенсации трубопроводов большого диаметра (D_у 1000-1400 мм) рекомендуются в качестве исходных величин (рис. 4.23): L = 200 м;  f = 8-10 м при D_у = 1000-1200 мм и f = 10-12 м при D_у = 1400 мм.

Методика расчёта гибких компенсаторов и участков самокомпенсации представлена в справочниках[59]

.Компенсации тепловых удлинений бесканальных теплопроводвов