Трубы и араматура. Для строительства тепловых сетей ирюльзуют стальные трубы, соединяемые при помощи электрической или газо­вой сварки Стальные трубы подвергаются внутренней и наружной коррозии, что снижает срок службы и надежность тепловых сетей. В связи с этим для местных систем горячего водоснабжения, кото­рые подвержены усиленной коррозии, применяют трубы стальные оцинкованные. В ближайшем будущем намечается применение эма­лированных труб.

Из стальных труб для тепловых сетей в настоящее время исполь­зуют в основном электросварные с продольным прямым и спираль­ным швом и бесшовные горячедеформированные и холоднодеформи- рованные, изготовляемые из сталей марок Ст. 3, 4, 5, 10, 20 и низко­легированных. Выпускаются электросварные трубы до условного диаметра 1400 мм, бесшовные — 400 мм. Для сетей горячего водо­снабжения могут применяться также водогазопроводные стальные трубы.

В последние годы ведутся работы по использованию для тепло­снабжения неметалличёских труб (асбестоцементных, полимерных, стеклянных и др.). К их достоинствам относится высокая антикорро­зионная устойчивость, а у полимерных и стеклянных труб и более низкая шероховатость по сравнению со стальными трубами. Асбесто - цементные и стеклянные трубы, соединяют при помощи специальных конструкций, а полимерные трубы — на сварке, что значительно уп­рощает монтаж и повышает надежность и герметичность соединений. Основным недостатком указанных неметаллических труб являются невысокие допустимые значения температур и давлений теплоноси­теля — примерно 100°С и 0,6 МПа. В связи с э^им их можно исполь­зовать только в сетях, работающих с низкими параметрами воды, например в системах горячего водоснабжения, конденсатопрово - дах и др.

Арматура, применяемая в тепловых сетях, по назначению подраз­деляется на запорную, регулировочную, предохранительную (защит­ную), дросселирующую, конденсатоотводящую и контрольно-измери­тельную.

К основной арматуре общего назначения относят обычно запор­ную арматуру, так как она используется наиболее широко непосред­ственно на трассе тепловых сетей. Остальные виды арматуры уста­навливаются, как правило, в тепловых пунктах, насосных и дроссе­лирующих подстанциях и др. Они рассмотрены в гл. 3.

Основными типами запорной арматуры тепловых сетей являются задвижки и вентили. Задвижки применяются обычно в водяных се­тях, вентили — в паровых. Изготовляют их из стали и чугуна с флан - цевьщи и муфтовыми присоединительными концами, а также с концами под приварку труб на различные условные диаметры.

Запорная арматура в тепловых сетях устанавливается на всех трубопроводах, отходящих от источника тепла, в узлах ответвлений с 100 мм, в узлах ответвлений к отдельным зданиям при

DY ^ 50 мм и длине ответвления / ^ 30 м или к группе зданий с сум­марной нагрузкой до 600 кВт (0,5 Гкал/ч), а также на штуцерах для спуска воды, выпуска воздуха и пусковых дренажей. Кроме того, в водяных сетях устанавливаются секционирующие задвижки: при 100 мм через /секц^ЮОО м; при dy=350...500 мм через ^секц^1500 м при условии спуска воды из секции и ее заполнения водой не более чем за 4 ч, и при dY ^ 600 мм через /СЄкц ^ 3000 м при условии спуска воды из секции и ее заполнения водой не более чем за 5 і.

В местах установки секционирующих задвижек делаются перемыч­ки между подающими и обратными трубопроводами с диаметром, равным 0,3 диаметра основных трубопроводов, для создания цирку­ляции теплоносителя при авариях. На перемычке последовательно устанавливаются две задвижки и контрольный - вентиль между ними на dy = 25 мм для проверки плотности закрытия задвижек.

Для облегчения открытия задвижек с 350 мм на водяных

Сетях и с dy ^ 200 мм и 1,6 МПа на паровых сетях, требующих большого вращательного момента, делают обводные линии (разгру­зочные байпасы) с запорным вентилем. В этом случае затвор раз­гружается от сил давления при открытии задвижек и уплотнительные поверхности предохраняются от износа. В паровых сетях обводные линии используются также для пуска паропроводов. Задвижки с ■dy ^ 500 мм, требующие для своего открытия или закрытия враща­тельного момента более 500 Н-м, должны применяться с электро­приводом[23]. С электроприводом предусматривают также все задвижки при дистанционном управлении.

Трубы и арматуру выбирают из выпускаемого сортамента в за­висимости от условного давления, рабочих (расчетных) параметров теплоносителя и окружающей среды.

Условное давление определяет максимально допустимое давление, которое длительно могут выдержать трубы и арматура определенно­го типа при нормальной температуре среды + 20°С. При повышении температуры среды допустимое давление снижается.

Рабочие давления и температуры теплоносителя для выбора труб, арматуры и оборудования тепловых сетей, а также для расчета трубопроводов на прочность и при определении нагрузок на строи­тельные конструкции должны приниматься равными, как правило, номинальным (максимальным) значениям в подающих трубопрово­дах или на нагнетании насосов с учетом рельефа местности. Значе­ния рабочих параметров для различных случаев, а также ограниче­ния при выборе материалов труб и арматуры в зависимости от ра­бочих параметров теплоносителя и окружающей среды указаны в СНиП П-36-73.

Необходимую толщину стенки труб, мм, определяют в зависимо­сти от внутреннего (рабочего) давления теплоносителя (другие на­грузки не учитываются), по уравнению*

Рраб £>н

S== 2-Ю4 [а] ф + Рраб +С'

Где рраб — рабочее давление теплоносителя, Па; DH — наружный диаметр трубы, мм; [а] —допустимое напряжение материала трубы при рабочей температуре теплоноси­теля, Па; <р — коэффициент прочности сварного шва; с — прибавка к расчетной тол­щине стенки трубы, мм.

В качестве допустимого напряжения [а] по правилам Госгортех - надзора следует принимать наименьшую из трех величин:

4 0 Д п

I'Klji 1«1<-1Т: [°1<тх '

Где ffg —временное сопротивление стали разрыву (предел текучести); —услов­ный (при остаточной деформации 0,2%) предел текучести стали при растяжении; (Гд п — условный предел длительной прочности стали при растяжении (напряжение, вызывающее разрушение через 100 тыс. ч).

Значения сг в, От и о>І. п определяются, согласно ГОСТу, по проч­ностным характеристикам сталей при рабочей температуре тепло­носителя. Коэффициент прочности сварного шва (р, характеризующий относительное снижение допустимого напряжения для шва по срав­нению с целой стенкой, принимается в зависимости от типа шва в пределах 0,7—1. Прибавка с берется равной наибольшему минусо­вому допуску по толщине стенки, предусмотренному ГОСТом на тру­бы или листы, но не менее 0,5 мм.

Теплоизоляционные материалы и конструкции. Тепловая ичоЛя - ция устраивается на трубопроводах, арматуре, фланцевых соедине­ниях, компенсаторах и опорах для следующих целей:

1) уменьшения потерь тепла при его транспортировании, что снижает установленную мощность источника тепла и расход топлива;

2) уменьшения падения температуры теплоносителя, подаваемого к потребителям, что снижает требуемый расход теплоносителя и по­вышает качество теплоснабжения;

3) понижения температуры на поверхности теплопровода и воз­духа в местах обслуживания (камерах, каналах), что устраняет опасность ожогов и облегчает обслуживание теплопроводов.

Кроме того, теплоизоляционные покрытия выполняют иногда роль антикоррозионной защиты наружной поверхности стальных труб и оборудования, что повышает их долговечность и надежность тепло­снабжения.

Для тепловой изоляции применяют материалы, имеющие низкую теплопроводность и низкий коэффициент коррозионной активности, малое водопоглощение, высокое электросопротивление и высокую механическую прочность. Не допускается использовать материалы, подверженные горению и гниению, а также содержащие вещества, способные выделять кислоты, крепкие щелочи, вредные газы и серу.

Наиболее тяжелые условия для работы теплопроводов возникают при подземной канальной и особенно бесканальной прокладке вслед­ствие увлажнения тепловой изоляции грунтовыми и поверхностными водами и наличия в грунте блуждающих токов. В связи с этим к важ­нейшим требованиям к теплоизоляционным материалам относятся малое водопоглощение, высокое электросопротивление, а при беска­нальной прокладке высокая механическая прочность.

В - качестве тепловой изоляции в тепловых сетях в настоящее вре­мя применяют в основном изделия из неорганических материалов (минеральной и стеклянной ваты), известково-кремнеземистые, совелитовые, вулканитовые, а также составы, изготовляемые из ас­беста, бетона, асфальта, битума, цемента, песка или других компо­нентов для бесканальной прокладки: битумоперлит, асфальтоизол, армопенобетон, асфальтокерамзитобетон и др.

В зависимости от вида используемых изделий тепловую изоляцию подразделяют на оберточную (маты, полосы, шнуры, жгуты), штуч­ную (плиты, блоки, кирпичи, цилиндры, полуцилиндры, сегменты, скорлупы), заливочную (монолитную и литую), мастичную и засып­ную.

Оберточные и штучные изделия • применяют для всех элементов тепловых сетей и могут быть как съемными — для оборудования, требующего обслуживания (сальниковые компенсаторы, фланцевые соединения), так и несъемными. Крепят их при помощи бандажей, проволоки, винтов и т. п., выполненных из оцинкованных, кадмиро - ванных или коррозионно-стойких материалов, и покровного слоя. Заливочную и засыпную изоляцию применяют обычно для элементов » тепловых сетей, не требующих обслуживания. Мастичную изоляцию допускается использовать для запорной и дренажной арматуры и сальниковых компенсаторов при условии выполнения съемных кон­струкций для патрубков сальниковых компенсаторов и сальников
уплотнении арматуры. Основные данные применяемых в настоящее время теплоизоляционных материалов и изделий приведены в табл 6.1.

°сновньш данные теплоизоляционных материалов

И изделии (усредненные)

Максимальная температура теп­лоносителя, °С

Теплопроводность, Вт/(м-°С),

При 20°С и влажности, % |

Плотность, кг/м3

Материалы или изделия

О I 20 1

Минеральная вата Изоляция:

Из минеральной ваты из непрерывного стек­ловолокна

Из штапельного стекло­волокна Изделия:

Совелитовые вулканитовые известково-кремнеземис - тые Монолитные:

Армопенобетон битумоперлит асфальтокерамзитобе - тон

Пенобетон

Фторопласт і

Самоспекающийся асфаль - тоизол

600 400 450 180

0,05 0,06 0,06 0,05

0,13 0,17 0,13 0,12

500 600 600

0,08 0,085 0,065

150 150 150 400 150 150 100

0,1 0,09 0,12 0,12, 0,06 0,1 0,06,5

0,16 0,16 0,00

Плиты торфяные

Ствие этого исключается появление зазора между трубой и изоля­ционной оболочкой и возможность проникания через него влаги и воздуха к поверхности трубы, что значительно снижает вероятность наружной коррозии стальных труб. По этой причине в таких конст­рукциях отсутствует противокоррозионный слой.

В случае заводского изготовления теплоизоляционных конструк­ций на трубах элементы теплопровода длиной от 6 до 12 м достав­ляются на место строительства, где производятся их монтаж и свар­ка. Изоляция стыков выполняется обычно из оберточных или штуч­ных изделий с нанесением противокоррозионных покрытий и покрывного слоя. При этом следует применять те же материалы, что и в основной конструкции, для устранения возникновения электриче­ских потенциалов, ведущих к. коррозии труб.

При бесканальной прокладке теплопроводов с монолитной изоля­цией последняя совмещает функции изоляционной и несущей кон­струкций, поэтому она должна иметь высокую механическую проч­ность. Наиболее слабым местом является, как правило, изоляция стыков, которая выполняется также из оберточных и штучных изде­лий. Через эти места влага из грунта может поступать к поверхности труб и вызывать коррозию. »

Помимо монолитной при бесканальной прокладке находят приме­нение засыпные и литые конструкции изоляции. Выполняются они обычно при строительстве на смонтированных и опрессованных трубо­проводах путем засыпки порошкообразного или заливки жидкого состава в траншею либо опалубку, в которой уложены трубы. Для получения равномерной изоляционной конструкции трубы уклады­ваются на специальные подкладки (бетонные столбики, куски асбестоцементных труб и т. п.).

Компенсационные устройства в тепловых сетях служат для уст­ранения (или значительного уменьшения) усилий, возникающих при тепловых удлинениях труб. В результате снижаются напряжения в стенках труб и силы, действующие на оборудование и опорные кон­струкции.

Удлинение труб в результате теплового расширения металла оп­ределяют їіо формуле

А / = а/ (i-tu), (6.1)

Где а — коэффициент линейного расширения, 1/°С; I — длина трубы, м; t — рабочая температура стенки, °С; tK — температура монтажа, °С.

Для трубопроводов Тепловой'сети значение t принимают равным рабочей (максимальной) температуре теплоносителя; tм — расчетной для отопления температуре наружного воздуха. При средней величи­не а=12-10_6 1/°С для углеродистой стали удлинение 1 м трубы на каждые 100°С изменения температур составит_ А/=1,2 мм/м, или при т? = 150°С и tp„=— 26°С (для Москвы) А/ = 2,1 мм/м.

Если не предусмотреть компенсации удлинения труб, то в прямо­линейном защемленном с обеих сторон участке трубопровода возник­нут напряжения сжатия, определяемые по закону Гука:

А I

О = Е —j - = а Е (t - tu),

Где Е — модуль продольной упругости, равный в среднем для стали 2-Ю5 МГЇа (2Х XI 0е кгс/см2); Al/l — относительное удлинение.

При температурах т? = 150°С и /н. от =—26°С и указанных зна­чениях а и Е напряжение составит о = 414,1 МПа (4224 кгс/см2), что значительно превышает допустимое напряжение jta] = 100... ...150 МПа (1000...1500 кгс/см2).

Сила, которая действовала бы на защемляющие конструкции (ес­ли бы труба не изогнулась и не разрушилась), определяется по формуле

Р = a fст = Е - /сТ,

Где /ст — площадь поперечного сечения стенки трубы.

Для трубы диаметром dnfdBn = 326/310 мм площадь стенки fcт = = 80 см2 = 0,008 м2, а сила Р = 414,1 -0,008 л; 3,25 МН.

Для компенсации удлинения труб применяют специальные устрой­ства — компенсаторы, а также используют гибкость труб на поворо­тах трассы тепловых сетей (естественную компенсацию).

По принципу работы компенсаторы подразделяют на осевые и радиальные. Осевые компенсаторы устанавливают на прямолинейных участках теплопровода, так как они предназначены для компенсации усилий, возникающих только в результате осевых удлинений. Ра­диальные компенсаторы устанавливают на теплосети любой конфигу­рации, так как они компенсируют как осевые, так и радиальные усилия. Естественная компенсация не требует установки специальных устройств, поэтому ее необходимо использовать в первую очередь.

В тепловых сетях находят применение осевые компенсаторы двух типов: сальниковые и линзовые. В сальниковых компенсаторах (рис. 6.11) температурные деформации труб приводят к перемещению стака­на 1 внутри корпуса 5, между которьщи для герметизации помещается сальниковая набивка 3. Зажимается набивка между упорным кольцом 4 и грундбуксой 2 при помощи болтов 6.

В качестве сальниковой набивки применяют асбестовый прографи - ченный шнур или термостойкую резину. В процессе работы набивка изнашивается и теряет упругость, поэтому требуются периодическая ее подтяжка (зажатие) и замена. Для возможности проведения ука­занных ремонтов сальниковые компенсаторы размещают в камерах.

Рис 6 11 Сальниковые компенсаторы А — односторонний; б — двусторонний: / — стакан, 2 — грундбукса, 3 — сальниковая иабивка, 4 — > угорное кольцо, 5 — корпус, 6 — затяжные болты

J 70

Соединение компенсаторов с трубопроводами осуществляется сваркой. При монтаже необходимо оставлять зазор между буртом стакана и упорным кольцом корпуса, исключающий возможность возникновения растягивающих усилий в трубопроводах в случае по­нижения температуры ниже температуры монтажа, а также тщатель­но выверять осевую линию во избежание перекосов и заедания стака­на в корпусе.

В каталогах указывается возможное перемещение стакана внутри корпуса А/ с учетом монтажного зазора, являющееся максимальной (предельной) компенсирующей способностью компенсатора. Реаль­ную компенсирующую способность А/р принимают обычно на 50 мм меньше максимальной, т. е. Д£р=Аі/— 50 мм.

Сальниковые компенсаторы изготовляют односторонними и дву* сторонними (см. рис. 6.10,а и б). Двусторонние применяют обыч­но для уменьшения числа камер, так как в середине их устанавли­вается неподвижная опора, разделяющая участки труб, удлинения которых компенсируются каждой из сторон компенсатора.

Осевая реакция сальникового компенсатора, Н, обусловливается силой трения в сальниковой набивке и определяется по формуле

R = 19,6 Рраб Я dB b fi, (6.2>

Где Рраб—рабочее давление теплоносителя, Па (принимается не менее 0,5 МПа);. dn — наружный диаметр стакана компенсатора, равный практически наружному диа­метру трубопровода, м, b—длина сальниковой набивки по оси компенсатора, м; ц— коэффициент трения набивки по стакану, в среднем равный 0,15

Основными достоинствами сальниковых компенсаторов являются малые габариты (компактность) и низкие гидравлические сопротив ления, вследствие чего они нашли широкое применение в тепловых сетях, особенно при подземной прокладке. В этом случае их уста­навливают при dy= 100 мм и более, при надземной прокладке — при £/у=300 мм и более.

В линзовых компенсаторах (рис. 6.12) при температурных удли­нениях труб происходит сжатие специальных упругих линз (волн). При этом обеспечивается полная герметичность в системе и не тре­буется обслуживания компенсаторов.

Изготовляют линзы из листовой стали или штампованных полу­линз с толщиной стенки от 2,5 до 4 мм газовой сваркой. Для умень­шения гидравлических сопротивлений внутри компенсатора вдоль волн вставляется гладкая труба (рубашка).

Линзовые компенсаторы имеют Относительно небольшую компен­сирующую способность и большую осевую реакцию. В связи с этим для компенсации температурных деформаций трубопроводов тепло­вых сетей устанавливают большое число волн или производят пред­варительную их растяжку. Применяют их обычно до давлений при­мерно 0,5 МПа, так как при больших давлениях возможно вспучи­вание волн, а повышение жесткости волн путем увеличения толщины стенок приводит к снижению их компенсирующей способности и воз­растанию осевой реакции.

Осевая реакция (сила распора) линзовых компенсаторов склады­вается из двух слагаемых:

R — /?т - f - Ra,

Где Rт — осевая реакция, вызываемая деформацией волн в результате температурного удлинения труб, Ra — осевая реакция, вызываемая внутренним давлением

Осевая реакция при температурном удлинении труб определяется по формуле

Где Af — температурное удлинение участка трубы, м; п—число волн (линз), е —же­сткость волны, Н/м, которая зависит от вида материала, геометрических размеров и толщины волны; определяется экспериментальным или расчетным путем, а также ука­зывается в нормалях заводов-изготовителей

Осевая реакция от внутреннего давления может быть определена по формуле
где <р — коэффициент, зависящий от геометриче­ских размеров и толщины стенки волны, равный в среднем 0,5—0,6; Dad — наружный и внутрен­ний диаметры волны, м; ризб —избыточное (сверх атмосферного) давление теплоносителя, Па.

Осевые компенсаторы выбирают по каталогам в зависимости от условного диаметра расчетного прямолинейного участка трубопровода, защемленного по краям неподвижными опорами. Для выбранного типа компенсатора Рис. 612. Линзовый трехволновый определяется длина отрезка трубопро - компенсатор вода, удлинение которого может воспри­

Ниматься одним компенсатором: А /р " А /р А I — 50 мм

1= А 7 = A (t — tu) ^ 0,012 (тР-^ от) ' (6'3)

Где Alp — реальная (расчетная) компенсирующая способность компенсатора, мм; л7— удлинение 1 м трубы при расчетных температурах, мм/м.

Необходимое число компенсаторов для расчетного прямолинейного участка трубопровода составляет

П = Ly4/l,

Где LV4 — длина расчетного прямолинейного участка трубопровода, м.

Расчетный участок разбивается на п отрезков длиной і/, разде­ляемых неподвижными опорами. Внутри каждого участка устанавли­вают компенсатор выб]ранного типа.

Естественная компенсация температурных деформаций происходит в результате изгиба трубопроводов. Гнутые участки (повороты) по­вышают гибкость трубопровода и увеличивают его компенсирующую способность.

При естественной компенсации на поворотах трассы температур­ные деформации трубопроводов приводят к поперечным смещениям участков (рис. 6.13). Величина смещения зависит от расположения неподвижных опор: чем больше длина участка, тем больше его уд­линение. Это требует увеличения ширины каналов и затрудняет ра­боту подвижных опор, а также не дает возможности применять со­временную бесканальную прокладку на поворотах трассы. Макси­мальные напряжения изгиба возникают у неподвижной опоры корот­кого участка, так как он смещается на большую величину.

К радиальным компенсаторам, применяемым в тепловых сетях, относятся гибкие и волнистые шарнирного типа. В гибких компенса­торах температурные деформации трубопроводов устраняются при помощи изгибов и кручения специально согнутых или сваренных уча­стков fpy6 различной конфигурации: П - и S-образных, лирообраз­ных, омегообразных и др. Наибольшее распространение на практике вследствие простоты изготовления получили П-образные компенсато­ры (рис. 6.14,а). Их компенсирующая способность определяется суммой деформаций по оси каждого из участков трубопроводов Л>/ = = Al/2-j-Al/2. При этом максимальные изгибающие напряжения воз­никают в наиболее удаленном от оси трубопровода отрезке — спинке компенсатора. Последняя, изгибаясь, смещается на величину у, на которую необходимо увеличивать и габариты компенсаторной ниши.

Для увеличения компенсирующей способности компенсатора или уменьшения величины смещения его устанавливают с предваритель­ной (монтажной) растяжкой (рис. 6.14,6). При этом спинка компен­сатора в нерабочем состоянии изогнута внутрь и испытывает из­гибающие напряжения. При удлинении труб компенсатор прихо­
дит сначала в ненапряженное со­стояние, а затем уже спинка из­гибается наружу и в ней возника­ют изгибающие напряжения об­ратного знака. Если в крайних положениях, т. е. при предвари­тельной растяжке и в рабочем со­стоянии достигаются предельно допустимые напряжения, то ком­пенсирующая способность ком­пенсатора увеличивается вдвое по сравнению с компенсатором без предварительной растяжки. В случае же компенсации одинако­вых температурных деформации в компенсаторе с предваритель­ной растяжкой не будет происхо­дить смещение спинки наружу и, следовательно, уменьшатся габа­риты компенсаторной ниши Ра­бота гибких компенсаторов дру­гих конфигураций происходит примерно таким же образом

Расчет естественной компен­сации и гибких компенсаторов за­ключается в определении усилий и максимальных напряжений, возни­кающих в опасных сечениях, в выборе длин участков трубопроводов, закрепленных в неподвижных опорах, и геометрических размеров компенсаторов, а также в нахождении величины смещений при ком­пенсации температурных деформаций. Методика расчета основывает­ся на законах теории упругости, связывающих деформации с напря­жениями и геометрическими размерами труб, углов изгиба и компен­саторов[24]. При этом напряжения в опасном сечении определяются с учетом суммарного действия усилий от температурных деформаций трубопроводов, внутреннего давления теплоносителя, весовой нагруз­ки и др Суммарные напряжения не должны превышать допустимой величины

Для средних условий при Рраб — 1,6 МПа и т? =150°С допустимые компенсационные напряжения при расчете участков естественной компенсации можно принимать равными 80 МПа (8 кгс/мм2), для гибких компенсаторов— 110 МПа (11 кгс/мм2)

Расчетные формулы выводятся для конкретных схем и типов ком­пенсаторов с определенными, как правило, допущениями Они имеют сложный вид и требуют трудоемких расчетов Так, проверка макси­мальных изгибающих напряжений в спинке П-образного компенсато­ра при известных (принятых) геометрических размерах (см. рис. 6.14) может быть произведена по формуле

А)

5) •к

2Ь1

21

Рис 6 13 Схема работы Г-образного участ­ка теплопровода А — при одинаковых длинах плеч б — при раз ных длинах плеч

Т

RZ^i

J>

Рис 6 14 Схема работы П образного ком­пенсатора А — без предварительной растяжки б — с пред­варительной растяжкой

A IEdHтго

------- і------- ' (6 4)

А =

Где Й? —диаметр трубы; m — поправочный коэффициент напряжения для колен; ф'— коэффициент, учитывающий предварительную растяжку компенсатора без ра­стяжки ф=1, при^растяжке на половину теплового удлинения участка іф = 0,5, А =

=2

— (3,14ЯІІ2—2,28R2H--1,4і?3) +0,67Я3+ЯЯ2—l,33tf3 j

При установке жестких сварных (негнутых) колен k= и т= 1, при гнутых коленах, в которых происходит сплющивание сечения, k< и m> 1 (определяются по формулам Кларка и Рейснера или Кармана). Ориентировочно для средних условий можно принимать &=ь=0,3...0,4 и т= 1,4...1,2.

Максимальные напряжения при естественной компенсации на по­воротах трассы на 90° у основания короткого плеча могут быть оп­ределены по формуле

Где ДI и I — удлинение и длина короткого плеча; n=it// — отношение длины длинно­го плеча к короткому.

Если угол поворота трассы а больше 90°, т. е. а=90+р, то рас­четная формула имеет вид

1,5 A lEd /2 cos р

(6.6)

На практике расчет максимальных изгибающих напряжений в гнутых компенсаторах и участках естественной компенсации произ­водят по специальным номограммам и графикам. В качестве приме­ра на рис. 6.15 приведена номограмма для расчета П-образного ком­пенсатора.

Расчет П-образного компенсатора по номограмме производят в зависимости от величины температурного удлинения трубопровода А/ и принятого соотношения между длиной спинки компенсатора В и его вылетом Я (показано стрелками).

Номограммы строятся для различных стандартных диаметров трубопроводов dy, способа изготовления и радиусов углов изгиба. При этом указываются также принятые значения допустимых изги­бающих напряжений а, коэффициента линейного расширения а и установочные условия. Так, номограмма на рис. 6.15 построена для с? у = 70 мм, гладких согнутых труб с JR = dy при ісг = 110 МПа (И кгс/мм2), а—12-10-61/°С, установке компенсатора без предвари­тельной растяжки и отношении длины участка к диаметру l/d7=40.

При изменении свойств материала и установочных условий полу­ченные значения могут быть пересчитаны. При предварительной растяжке компенсатора на 50% в качестве расчетного теплового уд­линения принимается А/Р=0,5 А/, при изменении ljdY значение А/р = =А1пх и Р$ = Рп2, где значения пх и п2 при l/dy= 10 принимают соот­ветственно равными 0,9 и 1,3, при l/dy = 0 равными 0,8 и 1,7 и в промежутках по интерполяции (здесь Р — сила упругой деформации — см. рис. 6.15).

Для других расчетных значений igp и ар величина теплового уд­линения определяется как AIv = AIgv/o и A/p=lA/ap/a. В зависимости от величины теплового удлинения участков и диаметра труб опреде­ляется длина канальных участков.

Волнистые компенсаторы шарнирного типа (рис. 6. 16) представ­ляют собой линзовые компенсаторы, стянутые стяжками с шарнирным устройством 1 с помощью опорных колец 2, наваренных на трубы. При установке их на трассе, имеющей ломаную линию, они обеспечи­вают компенсацию значительных тепловых удлинений, работая на из­гиб вокруг своих шарниров. Изготовляются такие компенсаторы для труб с dY= 150...400 мм на давление Ру 1,6 и 2,5 МПа и темпера­туру до 450° С. Компенсирующая способность шарнирных компенсато­ров зависит от максимально допустимого угла поворота компенсато-

Рис. 6.16. Простейшая конструкция компенсатора шарнирного типа 1 — шарниры; 2 — опорное кольцо

Л

Рис 6 15. Номограмма для расчета П-образного компенсатора трубо­провода dy = 70 см

Ров и схемы их установки на трассе. Максимальный допустимый угол поворота шарнирного компенсатора определяется по формуле

А ^доп А 1СС

Фшах —2 ----------- yz------- R-------- п>

'-'л ^тр

Где А/доп — допустимая величина раСтяжки (стяжки) одной линзы (волны), мм; А^ос — осевая деформация одной линзы, мм; £>л и £>тр — наружный диаметр линзы и трубы, мм; п — число линз.

Величина фтах Для одной волны выпускаемых шарнирных компен­саторов составляет примерно 2°, что обеспечивает в Z-образной схе­ме (рис. б. 17) компенсацию температурных удлинений труб около 65 мм при расстоянии между компенсаторами 1 м.

Опоры в тепловых сетях устанавливают для восприятия усилий, возникающих в теплопроводах, и передачи их на несущие конструк­ции или грунт. В зависимости от назначения их подразделяют на подвижные (свободные) и неподвижные (мертвые).

Подвижные опоры предназначены для восприятия весовых нагрузок теплопровода и обеспечения свободного его перемещения при температурных деформациях. Устанавливают их при всех видах прокладки, кроме бесканальной, когда теплопроводы укладывают на утрамбованный слой песка, что обеспечивает более равномерную пе­редачу весовых нагрузок на грунт.

Рис. 6.18. Эпюра изгибающих моментов многопролегного трубопровода

Теплопровод, лежащий на подвижных опорах, под действием ве­совых нагрузок (веса трубопровода с теплоносителем, изоляционной конструкцией и оборудованием и иногда ветровой нагрузки) прогиба­ется и в нем возникают изгибающие напряжения, значения которых зависят от расстояния (пролета) между опорами. В связи с этим ос­новной задачей расчета является определение максимально возможно-

Рис. 6 17. Схема работы Z-образного участка с двумя шарнирными компенса­торами

WO 120 ЙОЛІ, МП

1250 2500 3750 5000 6250 7500 8150Р, Н

1 — компенсатор шарнирный; 2 — направляю­щая опора; 3 — неподвижная опора

Го пролета между опорами, при котором изгибающие напряжения не превышают допустимых значений, а также величины прогиба тепло­провода между опорами.

Расчет проводится как для многопролетной неразрезной балки с жестко закрепленными концами, эпюра изгибающих моментов которой представлена на рис. 6. 18.

При равных пролетах и упругом изгибе максимальный изгибаю­щий момент, Н-м, возникающий на опоре, определяется по выра­жению

О/2

М= —-- =- Сиз w,

12 113

Откуда максимальные изгибающие напряжения на опоре, Па,

_ ql* 12 W

И максимальный пролет между подвижными опорами, м,

(6.7,

Где q — удельная нагрузка, определяемая в общем случае по формуле

Здесь qB — вертикальная удельная нагрузка от веса теплопровода, Н/м; qr — горизон­тальная удельная нагрузка от ветрового усилия, Н/м, возникающая только при над­земной прокладке:

Чг= k Р °н'

Где k — аэродинамический коэффициент, в среднем равный 1,5; и— скорость ветра, м/с; р — плотность воздуха, кг/м3; Dn — наружный диаметр изоляционной конструкции теплопровода, м.

Момент сопротивления трубы

4-4

Г-0,1 - ї—— ,

«н

Где dn и d-в — наружный и внутренний диаметр трубопровода, м.

При определении максимально возможного пролета между опора­ми по максимальным напряжениям, равным предельным сгиз — ф [сг] (где ф — коэффициент прочности сварного шва, равный 0,7—1), обес­печивается коэффициент запаса прочности, равный примерно 2. Одна­ко на практике это может оказаться недостаточным, так как при просадке одной из опор расстояние между опорами увеличивается вдвое, а напряжения в 4 раза. В связи с этим в качестве расчетных максимальных напряжений обычно принимают аиэ = (0,4-0,5)ф [с].

Величина прогиба трубопровода в середине пролета определяет­ся по формуле

Q Iі

TOC o "1-3" h z У=—------ , - (6.8)

384 ЕI V '

Где Е — модуль упругости материала труб; / — центральный момент инерции трубы:

/ = 0,05 (4—d^ ,

В настоящее время находят применение подвижные опоры следую­щих основных типов: скользящие, катковые (шариковые) (рис. 6. 19) и подвесные с жесткими и пружинными подвесками.

В скользящих опорах происходит скольжение башмака (корпуса опоры), приваренного к трубопроводу, по металлической подкладке, заделанной в опорную бетонную или железобетонную подушку. В

Рис. 6.19. Подвижные опоры А — скользящая с приваренным башмаком; б — катковая; в — скользящая с приклеенные полуцн» линдром; 1 — башмак; 2 — опорная подушка; 3 — опорный полуцилиндр

Катковых (и шариковых) опорах башмак вращает и перемещает ка­ток (или шарики) по опорному листу, на котором предусматриваются направляющие планки и выточки для предотвращения перекосов, зае­даний и выхода катка. При вращении катка (шариков) скольжение поверхностей отсутствует, вследствие чего уменьшается значение го­ризонтальной реакции. Места приварки башмака к трубопроводу яв­ляются опасными в коррозионном отношении, поэтому более пер­спективными следует считать конструкции свободных опор с хомуто - выми и приклеенными башмаками, которые устанавливают без нару­шения тепловой изоляции. На рис. 6.19, в показана разработанная НИИМосстроем конструкция скользящей опоры с приклеенным опор­ным башмаком (полуцилиндром). Скользящие опоры являются наи­более простыми и находят широкое применение.

Подвесные опоры с жесткими подвесками применяют при надзем­ной прокладке теплопроводов на участках, не чувствительных к пере­косам: при естественной компенсации, П-образных компенсаторах. Пружинные опоры компенсируют перекосы, вследствие чего их при­меняют на участках, где перекосы недопустимы, например, при саль­никовых компенсаторах.

Горизонтальные реакции подвижных опор при перемещениях трубо­провода в осевом и боковом направлениях обусловливаются силами трения скольжения и качения в опорах и определяются по формулам:

Noc — QBVOC', ' (6.9)

^б = (?вЦб, , (6.10)

Где Qb — вертикальная нагрузка на опору; fx00 и }лб — коэффициенты трения скольже­ния или качения в опорах при перемещении соответственно вдоль оси трубопровода и под углом к ней, составляющие в среднем при скольжении 0,3, при качении и под­веске 0,1.

Значения боковых горизонтальных реакций и их направление учитываются при расчете опор, расположенных под гибкими ком­пенсаторами и участками естественной компенсации.

При бесканальной прокладке теплопровод находится в непос­редственном контакте с окружающим грунтом и под его давлением. Вследствие этого при температурных деформациях возникают значи­
тельно большие силы трения и, следовательно, горизонтальная реак­ция. Значения ее в осевом направлении могут быть определены по формуле

JV0C = Я dTp q І [і, (6.11)

Где dTp — диаметр поверхности трения, м; q — нормальное удельное давление на по­верхность трения, Па; I—длина бесканального участка, м, jx — коэффициент трения

Трение происходит по наружной поверхности теплоизоляционной конструкции, если труба перемещается совместно с ней (теплопроводы с монолитными армопенобетонными оболочками), или по поверхности трубопровода, если он перемещается внутри изоляции (теплопроводы с оболочками из битумперлита). От вида трущихся поверхностей за­висит коэффициент трения (jx = 0,3...0,5).

Неподвижные опоры предназначены для закрепления трубо­провода в отдельных точках, разделения его на независимые по тем­пературным деформациям участки и для восприятия усилий, возни­кающих на этих участках, что устраняет возможность последователь­ного нарастания усилий и передачу их на оборудование и арматуру. Изготовляют эти опоры, как правило, из стали или железобетона.

Стальные неподвижные опоры (рис. 6.20, а и б) представляют со­бой обычно стальную несущую конструкцию (балку или швеллер), располагаемую между упорами, приваренными к трубе. Несущая кон­струкция защемляется в строительные конструкции камер, приварива­ется к мачтам, эстакадам и др.

Железобетонные неподвижные опоры обычно выполняют в виде щита (рис. 6.20,в), устанавливаемого при бесканальной прокладке на фундамент (бетонный камень) или защемляемого в основании и пе­рекрытии каналов и камер. С обеих сторон щитовой опоры к трубо­проводу приваривают опорные кольца (фланцы с косынками), через которые и передаются усилия. При этом щитовые опоры не требуют мощных фундаментов, так как усилия на них передаются центрально. При выполнении щитовых опор в каналах в них делают отверстия для пропуска воды и воздуха.

При разработке монтажной схемы тепловых сетей неподвижные опоры устанавливают на выходе из источника тепла, на входе и вы­ходе ЦТП, насосных подстанций и т п. для снятия усилий на обору­дование и арматуру; в местах ответвлений для устранения взаимного влияния участков, идущих в перпендикулярных направлениях; на пово-

Й

Fcfc

L.

J

V, ')

Рис 6 20 Неподвижные опоры

1

A — со стальной несущей конструк* цией б— хомутовые - в —щитовая

Ротах трассы для устранения влияния изгибающих и крутящих момен­тов, возникающих при естественной компенсации. В результате указан­ной расстановки неподвижных опор трасса тепловых сетей разбивается на прямолинейные участки, имеющие различные длины и диаметры тру­бопроводов. Для каждого из этих участков выбирают тип и требуемое число компенсаторов, в зависимости от которого определяется и число промежуточных неподвижных опор (на одно меньше, чем компенса­торов) .

(Максимальное расстояние между неподвижными опорами при осевых компенсаторах зависит от их компенсирующей способности. При гнутых компенсаторах, которые могут изготовляться для ком­пенсации любых деформаций, исходят из условия сохранения прямо­линейности участков и допустимых изгибающих напряжений в опас­ных сечениях компенсатора. В зависимости от принятой длины уча­стка, на концах которого устанавливают неподвижные опоры, опре­деляют его удлинение, а затем расчетом[25] или по номограммам — габаритные размеры гнутых компенсаторов и горизонтальную реак­цию.

На неподвижные опоры в общем случае действуют вертикальные и горизонтальные усилия. Вертикальные усилия определяют так же, как и для подвижных опор.

Горизонтальные усилия на неподвижные опоры обусловливаются реакцией компенсаторов и участков естественной компенсации, реак­цией от сил трения в подвижных опорах или в грунте при беска­нальной прокладке и неуравновешенными силами внутреннего давле­ния. Эти усилия могут суммироваться и вычитаться или уравнове­шиваться (частично или полностью) вследствие взаимной компен­сации.

Результирующее горизонтальное усилие на концевую неподвиж­ную опору (рис.6.21, а) определяется как сумма сил, действующих с одной стороны:

R-j-N + B, (6.12)

Где R — реакция компенсатора; N — реакция от сил трения в подвижных опорах или в грунте; В — неуравновешенная сила внутреннего давления

Результирующие горизонтальные усилия на промежуточные не­подвижные опоры (рис. 6.21,6) находятся как разница суммарных сил по обе стороны опоры. При этом для повышения запаса прочно­сти (например, при неравномерном прогреве в период пуска) мень­шую сумму сил принимают с коэффициентом 0,7, т. е. AS = Sg— 0,7S^, а при равенстве сумм сил с обеих сторон в качестве расчетной при­нимается одна из сумм с коэффициентом 0,3, т. е. A5=i0,3 5i = 0,352.

В неподвижных опорах, устанавливаемых на поворотах и ответв лениях (рис. 6.21, в), учитывают и боковую сумму сил S3, а резуль­тирующее усилие находят геометрическим сложением векторов дей­ствующих сил.

Определение реакций компенсаторов и реакций от сил трения производят по приведенным выше формулам.

Неуравновешенные силы внутреннего давления возникают вслед­ствие разности давлений или площадей сечений. В симметричных по обе стороны неподвижной опоры участках они взаимно уравновеши­ваются (компенсируются). При этом неподвижные опоры, на которые не действуют силы внутреннего давления, принято называть разгру­женными, а при наличии их — неразгруженными. На рис. 6.21 такие опоры обозначены соответственно цифрами 1 и 2.

A) s) Рис. 6 21. Схемы действия усилий на неподвижные опоры 1 — разгруженная опора; 2 — неразгруженная опора; 3— заглушка; 4— задвижка

ІМаксимальньїе зйачения неуравновешенных сил внутреннего дав­ления на опорах 2 определяются по формулам:

При возникновении разности давлений (схемы а, в, г)

В = A pF

При наличии разности площадей сечений (схемы д и ё)

В = рраб A F,

Где рРаб и F—-рабочее давление теплоносителя, Па, и площадь сечения трубопрово­да, м2; Ар и AF — разности давлений и площадей сечений