Механический расчет теплопроводов

В курсовом проекте требуется определить вертикальную и горизонтальную нормативные нагрузки на одну из неподвижных опор и рассчитать по одному компенсатору каждого типа из принятых в проекте.

При расчете горизонтальной нагрузки на неподвижную опо­ру необходимо учитывать: силы трения в подвижных опорах тру­бопроводов; силы трения в сальниковых компенсаторах; неурав­новешенные силы внутреннего давления при применении сальни­ковых компенсаторов на участках теплопроводов, имеющих за­порную арматуру, переходы, повороты или заглушки; силы упру­гой деформации при гибких компенсаторах и при самокомпенса­ции; силы трения трубопроводов об оболочку или силы трения оболочки о грунт при бесканальном способе прокладки; горизон­тальную ветровую нагрузку при надземной прокладке теплопро­водов. Горизонтальная осевая нагрузка на промежуточную непо­движную опору определяется как сумма сил, действующих с каж­дой стороны. Причем меньшая сумма сил, за исключением не­уравновешенных сил внутреннего давления, принимается с коэф­фициентом 0,7. При равенстве суммарных сил с каждой стороны опоры в качестве расчетной принимается равнодействующая сил с одной стороны опоры с коэффициентом 0,3.

Горизонтальная осевая нагрузка на концевую неподвижную опору определяется как равнодействующая всех горизонтальных сил на опоре [8, прил.8].

Силы трения в сальниковом компенсаторе, Н, определяют по выражению:

, (75)

где Р_р – рабочее давление теплоносителя; l_с – длина сальниковой набивки по оси компенсатора, м; d_н – наружный диаметр патруб­ка компенсатора, м; µ_c– коэффициент трения сальниковой набив­ки о стакан, среднее значение которого можно принимать µ_c =0,15.

Силы трения в подвижных опорах, Н, находят по формуле:

, (76)

где µ – коэффициент трения на подвижных опорах, принимается в зависимости от конструкции и типа опоры: для катковой илиша­риковой µ = 0,1; для скользящих – в зависимости от конструкций. При трении стали по стали µ = 0,3-0,4; стали по бетону – 0,6; чугуна по стали – 0,35; G_h – сила тяжести единицы длины теп­лопровода с изоляцией и водой, Н/м. Значение принимают по [7, прил.23]; l – длина участка теплопровода от рас­сматриваемой неподвижной опоры до компенсатора или до угла поворота, м.

Неуравновешенные силы внутреннего давления, Н, возни­кают при применении сальниковых компенсаторов. Силы внут­реннего давления передаются только на те опоры, которые распо­ложены между неуравновешенным компенсатором и поворотом трубы, на участке с задвижкой при ее закрытии и на конечном участке с заглушкой, а также между двумя смежными участками с переходом диаметров труб.

Рассчитывают силы внутреннего давления по формуле:

, (77)

где Р_р – рабочее давление теплоносителя, Па; F_в– площадь попе­речного сечения трубопровода по внутреннему диаметру; – ко­эффициент, равный единице, если на опору действует неуравно­вешенное усилие от внутреннего давления. Для опор, уравнове­шенных от сил внутреннего давления, коэффициент

a = 0. Для случаев с переходом диаметров труб:

.(78)

Распорные усилия сильфонных компенсаторов от внутренне­го давления , Н, определяют по выражению:

, (79)

где F_S – эффективная площадь поперечного сечения компенсатора: , (80)

где , – соответственно наружный и внутренний диаметры гибкого элемента компенсатора, м.

Силы упругой деформации от температурных удлинений при гибких компенсаторах и самокомпенсации N_K , Н, определяют расчетом труб на компенсацию температурных деформаций [1, С.173-184].

При бесканальной прокладке теплопроводов возникают большие усилия от трения поверхности теплопровода или поверх­ности теплоизоляции в грунте. Величину сил трения N_тр , H, определяют по зависимости:

, (81)

где Е – модуль продольной упругости, для стали Е = 2 10¹¹ Па; F – площадь поперечного сечения стенки трубы, м²; – коэффициент линейного удлинения стали, = 12 10^-6 1/°С; ∆t – перепад температуры стенки трубопровода от расчетной до температуры во время монтажа, °С; ∆l – расчетное температурное удлинение, м, участка теплопровода длиной l м, от опоры до компенсатора.

Для расчета усилия на неподвижную опору рекомендуется методика, изложенная в [7, С.267-268]. В [1, С.172] приводятся расчетные формулы для определения горизонтальных нагрузок на неподвижные опоры для наиболее распространенных схем. Вертикальная нагрузка определяется в соответствии с [8, прил.8, п. 1]. Расчет сальниковых и линзовых компенсаторов можно про­изводить по методике, изложенной в [4, С.240, 241]. При этом расчетную компенсирующую способность сальникового компенса­тора всегда следует принимать меньше предусмотренной кон­струкцией на z = 50 мм для каждого стакана компенсатора [3, п.7.31].

При разработке монтажной схемы выбирают типы компен­саторов и места их установки, причем по возможности предусмат­риваются участки с естественной самокомпенсацией (углы поворо­тов от 90 до 130°, Z-образные участки и др.).

При бесканальной прокладке участки естественной само­компенсации необходимо размещать в каналах для обеспечения поперечных смещений трубопроводов. Расчет участков самоком­пенсации можно производить по выражениям [10, форм.(9.13)-(9.18)].

П-образные компенсаторы следует рассчитывать по методи­ке, изложенной в [7, С.275-277], причем при применении жестких сварных отводов расчет несколько упрощается. Определение на­пряжений в компенсаторе допускается производить по упрощен­ным выражениям [10, форм.(9.12), (9.19), (3.20)]. Для увеличения компенсирующей способности П-образных компенсаторов их уста­навливают с предварительной растяжкой, которую учитывают с помощью коэффициента ε , [8, табл.5], к расчетному тепловому удлинению компенсируемого участка. При определении теплового удлинения за расчетную температуру окружающей среды следует принимать температуру наружного воздуха для проектирования отопления t_о , если устанавливают размеры гибких компенсаторов или определяют расчетные напряжения в компенсаторах. Дей­ствительные напряжения находят приняв за расчетную темпера­туру наружного воздуха во время монтажа теплопровода t_м. В целях облегчения конструктивного расчета П-образных компенса­торов составлены номограммы [4, рис.VIII.7].

При проверочных расчетах компенсаторов максимальные компенсационные напряжения не должны превышать допус­каемых. Для предварительной оценки можно ориентироваться на усредненные допускаемые компенсационные напряжения при =150°С и Р_р = 1,6 МПа: для гибких компенсаторов с = 110МПа; для участков самокомпенсации с = 80 МПа.