2020-01-14
204
Расчет и подбор труб
Трубы являются наиболее ответственными элементами тепловых сетей, поэтому современная техника транспорта теплоты представляет следующие основные требования:
1. Достаточная механическая прочность и герметичность при изменяющих место давления и температурах теплоносителя;
2. Эластичность и устойчивость против термических напряжений при переменном тепловом режиме;
3. Постоянство механических свойств;
4. Устойчивость против внешней и внутренней коррозии;
5. Малая шероховатость внутренних поверхностей труб.
В тепловых сетях применяются в основном бесшовные горячекатонные и электросварные трубы, из стали по ГОСТу 8731-14.
Напряжение в стенке трубы, вызванная внутренним давлением σ, МПа определяется по формуле:
σ = 
(3.30)
где: Р – внутреннее давление в трубе, Р = 1,6 МПа
dВН – внутренний диаметр, м
γ – коэффициент сварного шва, γ = 0,8
δ – толщина стенки трубы, м
=30 МПа
= 29 МПа
Порядок расчета для всех участков одинаковый, результаты сведены в табл. 7
|
|
|
Схематическое изображение напряжений, действующих в трубе.
σ2 σ1 σ2
σ1 - осевые напряжения
σ2 –меридиальные напряжения
σ3 - радиальные напряжения
σ1
σ3
Таблица 7 - Расчет и подбор труб
| № Участка | Диаметр трубопроводов d*δ | Расчет напряжения Σ, МПа | Марка стали
| Допустимое напряжение [σ], МПа | |
| 1 | 273×7 | 32,2 | Ст2 | 115 | |
| 2, 3,4,5 | 219×6 | 30 | Ст2 | 115 | |
| 6 | 194×5 | 32 | Ст2 | 115 | |
| 7,8 | 159×4,5 | 29 | Ст2 | 115 | |
| 9 | 133×4,5 | 24 | Ст2 | 115 | |
| 10 | 108×4 | 21,7 | Ст2 | 115 | |
| 11,19,20,22,23,25,26 | 89×3,5 | 20,3 | Ст2 | 115 | |
| 12,13,15,16,17,18 | 76×3,5 | 17,1 | Ст2 | 115 | |
| 14,21 | 57×3,5 | 12,4 | Ст2 | 115 | |
Расчет и подбор опор
При сооружении теплопроводов применяются опоры двух типов:
1) подвижные
2) неподвижные
Неподвижные опоры предназначены для фиксации положения теплопровода в определенных точках, а также восприятия усилий, возникающих в местах фиксации под действием температурных деформаций и внутренних давлений.
Неподвижное закрепление трубопроводов выполняют различным конструкциями в зависимости от способа прокладки сетей.
Разделяют: лобовые, щитовые, хомутовые опоры.
Подвижные опоры предназначены для восприятия веса участка теплопровода и обеспечивает свободное перемещение этих участков под действием температурных деформаций
Схема нагрузок на опоры.
Fг Fг
 |  | | |||||
 | |||||||
2
1
|
|
|
 |  |
Fv Fv
1 – труба; 2 – подвижная опора трубы; Fv – вертикальная нагрузка, Н;
Fг – горизонтальная нагрузка, Н.
Напряжение, действующие на подвижные опоры Fv, H определяется:
Fv = G x Lф (3.31)
где: G – вес 1 метра трубы (справочные данные), Н/м
Lф – длина участка трубопровода (таблица8), м
Fv = 1,217 * 10 = 12,17 кН
Определяем горизонтальную нагрузку:
Fг = Fv* μ (3.32)
где: μ – коэффициент трения μ =0.3;
Fг =12,170 * 0.3 = 3,651кН
Все расчеты сведены в таблицу 8
Таблица 8 – Расчет подвижный опор
| № участка | Диаметр трубопровода d* S, мм | Длина участка, м | Длина между пролетами, м | Количество пролетов | Количество опор | Фактическая длина Lф, м | Вес трубопровода G, Н/м | Вертикальная нагрузка Fv, кН | Горизонтальная нагрузка Fг= Fv× μ |
| 1 | 273×7 | 40 | 13 | 4 | 5 | 10 | 1217 | 12,17 | 3,651 |
| 2 | 219×6 | 50 | 11,6 | 5 | 6 | 10 | 843 | 8,43 | 2,53 |
| 3 | 219×6 | 30 | 11,6 | 3 | 4 | 10 | 843 | 8,43 | 2,53 |
| 4 | 219×6 | 20 | 11,6 | 2 | 3 | 10 | 843 | 8,43 | 2,53 |
| 5 | 219×6 | 40 | 11,6 | 4 | 5 | 10 | 843 | 8,43 | 2,53 |
| 6 | 194×5 | 60 | 10,2 | 6 | 7 | 10 | 663 | 6,63 | 1,99 |
| 7 | 159×4,5 | 40 | 9,3 | 5 | 6 | 8 | 503 | 4,024 | 1,21 |
| 8 | 159×4,5 | 40 | 9,3 | 5 | 6 | 8 | 503 | 4,024 | 1,21 |
| 9 | 133×4,5 | 60 | 8,4 | 8 | 9 | 7,5 | 391 | 2,933 | 0,88 |
| 10 | 108×4 | 40 | 8,3 | 5 | 6 | 8 | 277 | 2,216 | 0,67 |
| 11 | 89×3,5 | 60 | 6,8 | 9 | 10 | 6,67 | 210,9 | 1,41 | 0,423 |
| 12 | 76×3,5 | 30 | 6,2 | 5 | 6 | 6 | 167,5 | 1,005 | 0,3 |
| 13 | 76×3,5 | 25 | 6,2 | 5 | 6 | 5 | 167,5 | 0,838 | 0,25 |
| 14 | 57×3,5 | 30 | 5,4 | 6 | 7 | 5 | 125,5 | 0,628 | 0,19 |
| 15 | 76×3,5 | 20 | 6,2 | 4 | 5 | 5 | 167,5 | 0,838 | 0,25 |
| 16 | 76×3,5 | 30 | 6,2 | 5 | 6 | 6 | 167,5 | 1,005 | 0,3 |
| 17 | 76×3,5 | 40 | 6,2 | 7 | 8 | 5,71 | 167,5 | 0,956 | 0,29 |
| 18 | 76×3,5 | 30 | 6,2 | 5 | 6 | 6 | 167,5 | 1,005 | 0,3 |
| 19 | 89×3,5 | 30 | 6,8 | 5 | 6 | 6 | 210,9 | 1,265 | 0,38 |
| 20 | 89×3,5 | 15 | 6,8 | 3 | 4 | 5 | 210,9 | 1,055 | 0,32 |
| 21 | 57×3,5 | 40 | 5,4 | 8 | 9 | 5 | 125,5 | 0,628 | 0,19 |
| 22 | 89×3,5 | 33 | 6,8 | 5 | 6 | 6,6 | 210,9 | 1,392 | 0,42 |
| 23 | 89×3,5 | 15 | 6,8 | 3 | 4 | 5 | 210,9 | 1,055 | 0,32 |
| 24 | 76×3,5 | 34 | 6,2 | 6 | 7 | 5,67 | 167,5 | 0,95 | 0,29 |
| 25 | 89×3,5 | 20 | 6,8 | 3 | 4 | 6,67 | 210,9 | 1,41 | 0,42 |
| 26 | 89×3,5 | 30 | 6,8 | 5 | 6 | 6 | 210,9 | 1,265 | 0,38 |
Подбор компенсаторов
Компенсация температурных деформаций стальных трубопроводов имеет исключительно важное значение в технике транспорта теплоты.
Отсутствие компенсации вызывает возникновение напряжения в стенках трубопровода, вследствие расширения металла при нагреве.
Компенсаторы располагают между неподвижными опорами. Применяются
П- образные, сальниковые, линзовые компенсаторы. В качестве компенсаторов используют повороты трассы.
Наибольшее распространение на практике вследствие простоты изготовления получили П- образные компенсаторы, их компенсирующая способность определяется суммой деформации по оси каждого из участков трубопроводов.
Подбор компенсаторов осуществляется по величине расчетного теплового удлинения трубопроводов ΔL, которые определяются:
ΔL =α × Δt × L (3.33)
где: α – коэффициент температурного расширения = 0.012 мм/м 0 С
Δt – перепад температуры между стенками труб и окружающим
воздухом, оС
Δt = (τ1 – tор) (3.34)
Δt = 125 – (- 29) = 154 оС
L – расстояние между неподвижными опорами
ΔLуч2= 0,012*154*105=194,04 мм
Расчетное тепловое удлинение с учетом растяжки компенсатора ΔХ, мм
ΔХ=0.5* Δl (3.35)
ΔХуч2=0,5*194,04=97,02 мм
Все данные подобранных компенсаторов сводятся в таблицу 9.
В данном курсовом проекте принята подземная прокладка трубопровода, а также П – образные компенсаторы, они применяются при любом методе прокладки трубопровода.
Расчет компенсаторов вводится по таблицам и номограммам.
Таблица 9 Расчет компенсаторов.
| № участка | Диаметр трубопровода dн х δ, мм | Фактическое расстояние между неподвижными опорами Lф, м | Тепловое удлинение Δl, мм | Расчетное тепловое удлинение ΔX, мм | Размер компенсаторов | Сила упругой деформации Рк т.с | Количество компенсаторов П, шт | |
| В, м | Н, м | |||||||
| 2 | 219×6 | 105 | 194,04 | 97,02 | 1,75 | 3,5 | 0,625 | 1 |
| 4 | 219×6 | 95 | 175,56 | 87,78 | 1,63 | 3,26 | 0,65 | 1 |
| 5 | 194×5 | 105 | 194,04 | 97,02 | 1,6 | 3,2 | 0,41 | 1 |
| 7 | 89×3,5 | 85 | 157,08 | 78,54 | 1,05 | 2,1 | 0,125 | 1 |
|
|
|
