Особенности температурной компенсации при бесканальной прокладке

При бесканальной прокладке изоляция трубопровода находится в непосредственном контакте с грунтом, а также и под давлением грунта. При изменении температуры трубопровода возникает сила трения. Р – усилие возникающее при нагреве металла.

.

Кроме того, на трубопровод действует сила трения на протяжении всего трубопровода.

.

dтр = dиз, если имеет место адгезия изоляции к металлу трубы (трубопровод перемещается вместе с изоляцией). dтр = dн, если адгезия отсутствует и трение действует на поверхности металла. При нагреве трубы перемещение наблюдается только на тех участках, на которых P>N. Максимальное напряжение возникает в том сечении, где P=N. Участок, на котором P>N - защемлен. Увеличение D t приводит к смещению сечения с максимальным напряжением ближе к опоре, и при некотором значении D t это сечение будет размещаться над опорой. Предельное значение длины пролета от компенсатора до опоры можно рассчитать из условия P=N.

.

Для трубопровода без адгезии dср=dтр. При изменении температуры теплоносителя компенсация деформации происходит не на всей длине, а на участке l ^*от компенсатора в сторону опоры, на котором сила сжатия или растяжения больше силы трения.

При этом температурном режиме все сечения трубопровода на расстоянии l > l ^* находятся в защемленном состоянии, компенсации этих участков нет.

При Δ t = Δ t *, перемещение свободного конца составит: Δ l =0.5α l(τ – t₀), т.е. происходит недокомпенсация трубопровода.

При Δ t > Δ t *, напряжения в сечении над опорой меняются, удлинение составляет величину: Δ l =α l Δt=0.5α l Δt*.

Рис.7.9. Температурные деформации и напряжения в бесканальных теплопроводах

а) - удлинение при начальном нагреве: 1 – действительное; 2 – при свободном перемещении;

б) – изменение напряжений при нагреве и охлаждении

При повышении температуры (от Δ t =0 до Δ t = Δ t*) в данном сечении возникает напряжение сжатия, которое растет от 0 до - s ₁ (линия 0-1 на рис.7.8б). При дальнейшем повышении температуры - от Δ t 1 до Δ t 2 напряжение сжатия не меняется (линия 1-2). Процесс, происходящий при снижении температуры показан линией 2-3-4-5. На участке 2-3 температура снижается на Δ t 2 - Δ t 3 = Δ t 1 - Δ t 0, а напряжение сжатия уменьшается до 0. При дальнейшем снижении температуры – до Δ t 4 – возникает напряжение растяжения, которое растет от 0 до s ₁ при Δ t 4. При дальнейшем снижении температуры напряжение не меняется, т.к. сила сжатия больше силы трения. Последующие циклы нагрева и охлаждения характеризуются линией 5-6-7-2-3-4-5. При длине пролета больше lmax напряжение у опоры может стать больше допустимого, и трубопровод может быть разрушен.