Армирование неподвижной опоры теплотрассы. Подвижные и неподвижные опоры

Опоры служат для восприятия усилия от трубопроводов и передачи их на несущие конструкции или грунт, а также для обеспечения организованного совместного перемеще­ния труб и изоляции при температурных деформациях. При сооруже­нии теплопроводов применяют опоры двух типов: подвиж­ные и неподвижные.

Подвижные опоры воспринимают вес теплопровода и обеспечивают его свободное перемещение на строительных конструкциях при температурных деформациях. При пере­мещении трубопровода подвижные опоры перемещаются вместе с ним. Подвижные опоры используют при всех спо­собах прокладки, кроме бесканальной. При бесканальной прокладке теплопровод укладывается на нетронутый грунт или тщательно утрамбованный слой песка. При этом под­вижные опоры предусматривают только в местах поворота трассы и установки П-образных компенсаторов, т. е. на участках, где трубопроводы прокладывают в каналах. Подвижные опоры испытывают главным образом верти­кальные нагрузки от массы трубопроводов

По принципу свобод­ного перемещения различают опоры скольжения, качения и подвесные. Скользящие опоры, применяют независимо от направления горизонтальных перемещений трубопроводов при всех способах прокладки и для всех диаметров труб. Эти опоры просты по конструкции и надежны в эксплу­атации.

Катковые опоры применяют для труб диаметром 175 мм и более при осевом перемещении труб, при прокладке в тоннелях, коллекторах, на кронштейнах и на отдельно стоящих опорах. Применение катковых опор в непроходных каналах нецелесообразно, так как без над­зора и смазки они быстро корродируют, перестают вращаться и начинают работать фактически как скользящие опоры. Катковые опоры обладают меньшим трением, чем скользящие, однако при плохом уходе катки перекашива­ются и могут заклиниваться. Поэтому им необходимо дать правильное направление. Для этого в катках предусматри­вают кольцевые выточки, а на опорной плите - направля­ющие планки.

Роликовые опоры (применяют редко, так как трудно обеспечить вращение роликов. Катковые и роликовые опоры надежно работают на прямолинейных участках сети. На поворотах трассы трубопроводы перемещаются не только в продольном, но и в поперечном направлении. Поэтому установка катковых и роликовых опор на кри­волинейных участках не рекоменду­ется В этом случае используют шари­ковые опоры. В этих опорах шарики свободно перемещаются вместе с башмаками по подкладному листу, удерживаются от вы­катывания за пределы опоры выступами опорного листа и башмака.

Если по местным условиям прокладки теплопроводов относительно несущих конструкций скользящие и катковые опоры не могут быть установлены, применяются подвесные опоры. Нежесткая конструкция подвески поз­воляет опоре легко поворачиваться и перемещаться вместе с трубопроводом. В результате по мере удаления от непод­вижной опоры углы поворота подвесок увеличиваются, со­ответственно возрастает перекос трубопровода и напряже­ние в тягах под действием вертикальной нагрузки трубо­провода.

Подвесные опоры по сравнению со скользящими созда­ют на горизонтальных участках значительно меньшие уси­лия вдоль оси трубы.

Неподвижными опорами трубопроводы как бы делятся на самостоятельные участки. С помощью неподвижных опор трубы жестко закрепляют в определенных точках трас­сы между компенсаторами или участками с естественной компенсацией температурных деформаций, которые вос­принимают, кроме вертикальных нагрузок значительные го­ризонтальные усилия, направленные по оси трубопровода и складывающиеся из неуравновешенных сил внутреннего давления, сил сопротивления свободных опор и реакции компенсаторов. Наибольшее значение имеют силы внутрен­него давления. Поэтому для облегчения конструкции опо­ры стараются расположить ее на трассе таким образом, чтобы внутренние давления в трубопроводе были уравно­вешены и не передавались на опору. Те опоры, на которые реакции внутреннего давления не передаются, называются разгруженными неподвижными опорами; те же опоры, кото­рые должны воспринимать неуравновешенные силы внутрен­него давления, называются неразгруженными опорами.

Существуют промежуточные и концевые опоры. На про­межуточную опору действуют усилия с обеих сторон, на концевую-с одной. Неподвижные опо­ры труб рассчитывают на наибольшую горизонтальную нагрузку при различных режимах работы теплопроводов, в том числе при открытых и закрытых задвижках

Неподвижные опоры предусматривают на трубопрово­дах при всех способах прокладки тепловых сетей. От пра­вильного размещения неподвижных опор по длине трас­сы тепловых сетей во многом зависит величина температур­ных деформаций и напряжений в трубах. Неподвижные опоры устанавливают на ответвлениях трубопроводов, в местах размещения запорной арматуры, сальниковых компенсаторов. На трубопроводах с П-образными компен­саторами неподвижные опоры размещают между компенса­торами. При бесканальных прокладках тепловых сетей, когда не используется самокомпенсация трубопроводов, неподвижные опоры рекомендуется устанавливать на пово­ротах трассы.

Расстояние между неподвижными опорами определяют исходя из заданной конфигурации трубопроводов, темпера­турных удлинений участков и компенсирующей способности устанавливаемых компенсаторов. Неподвижные закреп­ления трубопроводов выполняют различными конструкция­ми, которые должны быть достаточно прочными и жестко удерживать трубы, не допуская их перемещения относи­тельно поддерживающих конструкций.

Конструкции неподвижных опор состоят из двух основ­ных элементов: несущих конструкций (балок, железобетонных плит), на которые передаются усилия от трубопрово­дов, и собственно опор, при помощи которых осуществля­ется неподвижное закрепление труб (приварные косынки, хомуты). В зависимости от способа прокладки и места установки применяют неподвижные опоры: упорные, щито­вые и хомутовые. Опоры с вертикальными двусторонними упорами и лобовые применяют при установ­ке их на каркасах в камерах и тоннелях и при проклад­ке трубопроводов в проходных, полупроходных и в непро­ходных каналах. Щитовые опоры применяют как при бесканальной прокладке, так и при прокладке теплопроводов в непроходных каналах при размещении опор вне камер.

Щитовые неподвижные опоры представляют собой вер­тикальные железобетонные щиты с отверстиями для про­хода труб. Осевые усилия передаются на железобетонный щит приваренными к трубопроводу с обеих сторон кольца­ми, усиленными ребрами жесткости. До недавнего времени между трубой и бетоном прокладывали асбест. В настоя­щее время применение асбестовых набивок не допускается. Нагрузка от трубопроводов тепловых сетей через щитовые опоры передается на днище и стенки канала, а при беска­нальной прокладке - на вертикальную плоскость грунта. Щитовые опоры выполняют с двойным симметричным армированием, так как действующие усилия от труб могут быть направлены в противоположные стороны. В нижней части щита делают отверстия для прохода воды (в случае попадания ее в канал).

Расчет неподвижных опор.

Неподвижные опоры фик­сируют положение трубопровода в определенных точках и восприни­мают усилия, возникающие в ме­стах фиксации под действием темпе­ратурных деформаций и внутренне­го давления.

Опоры оказывают весьма важное влияние на работу теплопровода. Нередки случаи серьезных аварий из-за неправильного размещения опор, неудачного выбора конструк­ций или небрежного монтажа. Весь­ма важно, чтобы все опоры были нагружены, для чего необходимо при монтаже выверять расстановку их по трассе и положение по вы­соте. При бесканальной прокладке обычно отказываются от установки свободных опор под трубопроводами во избежание неравномерных проса­док, а также дополнительных изги­бающих напряжений. В этих про­кладках трубы укладываются на не­тронутый грунт или тщательно ут­рамбованный слой песка.

От пролета (расстояния) между опорами зависит изгибающее напря­жение, возникающее в трубопрово­де, и стрела прогиба.

При расчете изгибающих напря­жений и деформаций трубопровод, лежащий на свободных опорах, рас­сматривается как многопролетная балка. На рис. Т.с.19 приведена эпю­ра изгибающих моментов многопро­летного трубопровода.

Рассмотрим усилия и напряже­ния, действующие в трубопроводах.

Примем следующие обозначения:

М - силовой момент, Н*м; Q B , Q г - усилие вертикальное и гори­зонтальное, Н; q в , q г - удельная на­грузка на единицу длины, верти­кальная и горизонтальная, H/m;..N- горизонтальная реакция на опоре, Н.

Максимальный изгибающий мо­мент в многопролетном трубопрово­де возникает на опоре. Величина этого момента (9.11)

где q - удельная нагрузка на еди­ницу длины трубопровода, Н/м; - длина пролета между опорами, м. Удельная нагрузка q определяет­ся по формуле
(9-12)

где q B - вертикальная удельная на­грузка, учитывающая вес трубопро­вода с теплоносителем и тепловой изоляцией; q г - горизонтальная удельная нагрузка, учитывающая ветровое усилие,

(9-13)

где w - скорость ветра, м/с; - плотность воздуха, кг/м 3 ; d и - наружный диаметр изоляции трубо­провода, м; k - аэродинамический коэффициент, равный в среднем 1,4-1,6.

Ветровое усилие должно учиты­ваться только в надземных тепло­проводах открытой прокладки.

Изгибающий момент, возникаю­щий в середине пролета,

(9.14)

На расстоянии 0,2 от опоры из­гибающий момент равен нулю.

Максимальный прогиб имеет ме­сто в середине пролета.

Стрела прогиба трубопровода
, (9.15)

На основании выражения (9-11) определяется пролет между свобод­ными опорами

(9-16) откуда
,м (9-17)

При выборе пролета между опо­рами для реальных схем трубопро­водов исходят из того, чтобы при наиболее неблагоприятных режимах работы, например при наиболее вы­соких температурах и давлениях теп­лоносителя, суммарное напряжение от всех действующих усилий в са­мом слабом сечении (обычно свар­ном шве) не превосходило допусти­мой величины [].

Предварительную оценку рас­стояния между опорами можно про­извести на основе уравнения (9-17), принимая напряжение от изгиба 4 равным 0,4-0,5 допускаемого напряжения:

Неподвижные опоры воспринимают реакцию внутреннего давления, свободных опор и

компенсатора.

Результирующее усилие, действующее на неподвижную опору, может быть представлено в виде

а - коэффициент, зависящий от направления действия осевых усилий внутреннего давления с обоих сторон опоры. Если опора разгружена от усилия внутреннего давления, то а =0, иначе а =1; р - внутреннее давление в трубопроводе; - площадь внутреннего сечения трубопровода; - коэффициент трения на свободных опорах;
- разность длин участков трубопровода с обеих сторон неподвижной опоры;
- разность сил трения осевых сколь­зящих компенсаторов или сил упругости гибких компенсаторов с обоих сторон неподвиж­ной опоры.

26. Компенсация тепловых удлиннений трубопроводов систем теплоснабжения. Основы расчета гибких компенсаторов.

В тепловых сетях в настоящее время наиболее широко применяются сальниковые, П- образные, а в последнее время и сильфонные (волнистые) компенсаторы. Кроме специальных компенсаторов используют для компенсации и естественные углы поворотов теплотрассы - самокомпенсацию. Компенсаторы должны иметь достаточную компенсирующую способность
для восприятия температурного удлинения участка трубопровода между неподвижными опорами, при этом максимальные напряжения в радиальных компенсаторах не должны превышать допускаемых (обычно 110 МПа). Необходимо также определить реакцию компенсатора, используемую при расчетах нагрузок на неподвижные опоры. Тепловое удлинение расчетного участка трубопровода
, мм, определяют по формуле

, (2.81)

где

=1,2· 10ˉ² мм/(м · о С),

- расчетный перепад температур, определяемый по формуле
, (2.82)

где

L

Гибкие компенсаторы в отличие от сальниковых характеризуются мень­шими затратами на обслуживание. Их применяют при всех способах прокладки и при любых параметрах теплоносителя. Использование сальниковых компенса­торов ограничивается давлением не более 2,5 МПа и температурой теплоно­сителя не выше 300°С. Их устанавли­вают при подземной прокладке трубопро­водов диаметром более. 100 мм, при над­земной прокладке на низких опорах труб диаметром более 300 мм, а также в стес­ненных местах, где невозможно разме­стить гибкие компенсаторы.

Гибкие компенсаторы изготовляют из отводов и прямых участков труб с по­мощью электродуговой сварки. Диа­метр, толщина стенки и марка стали ком­пенсаторов такие же, как и трубопрово­дов основных участков. При монтаже гибкие компенсаторы располагают го­ризонтально; при вертикальном или на­клонном размещении требуются воз­душные или дренажные устройства, ко­торые затрудняют обслуживание.

Для создания максимальной компен­сационной способности гибкие компен­саторы перед монтажом растягивают в холодном состоянии и в таком положе­нии закрепляют распорками. Величину

растяжки компенсатора записывают в специальный акт. Растянутые компенса­торы присоединяют к теплопроводу с по­мощью сварки, после чего распорки уда­ляют. Благодаря предварительной рас­тяжке компенсационная способность уве­личивается почти вдвое. Для установки гибких компенсаторов устраивают ком­пенсаторные ниши. Ниша представляет собой непроходной канал такой же кон­струкции, по конфигурации соответст­вующий форме компенсатора.

Сальниковые (осевые) компенсаторы изготовляют из труб и из листовой стали двух типов: односторонние и двусторон­ние. Размещение двусторонних компен­саторов хорошо сочетается с установ­кой неподвижных опор. Сальниковые компенсаторы устанавливают строго по оси трубопровода, без перекосов. На­бивка, сальникового компенсатора представляет собой кольца, выполненные из асбестового прографиченного шнура и термостойкой резины. Осевые компенса­торы целесообразно применять при бесканальной прокладке трубопроводов.

Компенсационная способность саль­никовых компенсаторов с увеличением диаметра повышается.

Расчет гибкого компенсатора .

Тепловое удлинение расчетного участка трубопровода
, мм, определяют по формуле

, (2.81)

где
- средний коэффициент линейного расширения стали, мм/(м · о С), (для типовых расчетов можно принять
=1,2· 10ˉ² мм/(м · о С),

- расчетный перепад температур, определяемый по формуле

, (2.82)

где - расчетная температура теплоносителя, о С;

- расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, о С;

L - расстояние между неподвижными опорами, м.

Компенсирующую способность сальниковых компенсаторов, уменьшают на величину запаса - 50 мм.

Реакция сальникового компенсатора - сила трения в сальниковой набивке определяется по формуле, (2.83)

где - рабочее давление теплоносителя, МПа;

- длина слоя набивки по оси сальникового компенсатора, мм;

- наружный диаметр патрубка сальникового компенсатора, м;

- коэффициент трения набивки о металл, принимается равным 0,15.

Технические характеристики сильфонных компенсаторов приведены в табл. 4.14 - 4.15 . Осевая реакция сильфонных компенсаторов складывается из двух слагаемых

(2.84)

где - осевая реакция, вызываемая деформацией волн, определяемая по формуле

, (2.85)

где l - температурное удлинение участка трубопровода, м; - жесткость волны, Н/м, принимаемая по паспорту компенсатора;n - количество волн (линз).- осевая реакция от внутреннего давления, определяемая по формуле

, (2.86)

где - коэффициент, зависящий от геометрических размеров и толщины стенки волны, равный в среднем 0.5 - 0.6;

D иd – соответственно наружный и внутренний диаметры волн, м;

- избыточное давление теплоносителя, Па.

При расчете самокомпенсации основной задачей является определение максимального напряжения у основания короткого плеча угла поворота трассы, которое определяют для углов поворотов 90 о поформуле
; (2.87)

для углов более 90 о, т.е. 90+ , по формуле
(2.88)

где l - удлинение короткого плеча, м;l - длина короткого плеча, м;Е - модуль продольной упругости, равный в среднем для стали 2· 10 5 МПа;d - наружный диаметр трубы, м;

- отношение длины длинного плеча к длине короткого.

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.

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

В настоящее время находят применение подвижные опоры следующих основных типов: скользящие, катковые (шариковые) (рис. 29.1) и подвесные с жесткими и пружинными подвесками.

Рис. 29.1. Подвижные опоры

а - скользящая с приваренным башмаком; б - катковая; в - скользящая с приклеенные полуцилиндром; 1 - башмак; 2 - опорная подушка; 3 - опорный полуцилиндр

В скользящих опорах происходит скольжение башмака (корпуса опоры), приваренного к трубопроводу, по металлической подкладке, заделанной в опорную бетонную или железобетонную подушку. В 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 хомутовыми. и приклеенными башмаками, которые устанавливают без нарушения тепловой изоляции. На рис. 29.1, 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.

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. 29.2, 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. 29.2,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.

Рис 29.2 Неподвижные опоры

а - со стальной несущей конструкцией б - хомутовые· в - щитовая

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 поворотах 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 или по номограммам габаритные размеры гнутых компенсаторов и горизонтальную реакцию.

Тепловые компенсаторы.

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 по формуле

где а - коэффициент линейного расширения, 1/°С; l - длина трубы, м; t - рабочая температура стенки, 0 C; t м -температура монтажа, 0 C.

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. 29.3) температурные деформации труб приводят к перемещению стакана 1 внутри корпуса 5, между которыми для герметизации помещается сальниковая набивка 3. Зажимается набивка между упорным кольцом 4 и грундбуксой 2 при помощи болтов 6.

Рис 19.3 Сальниковые компенсаторы

а - односторонний; б - двусторонний: 1 - стакан, 2 - грундбукса, 3 - сальниковая набивка,

4 - упорное кольцо, 5 - корпус, 6 - затяжные болты

В качестве сальниковой набивки применяют асбестовый прографиченный 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.

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.

Сальниковые компенсаторы изготовляют односторонними и двусторонними (см. рис. 19.3, 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.

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

В линзовых компенсаторах (рис. 19.4) 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.

Ряс. 19.4. Линзовый трехволновый компенсатором

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. 19.5). 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.

Рис. 19.5 Схема работы Г- образного участка теплопровода

а – при одинаковых длинах плеч; б – при разных длинах плеч

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 труб различной конфигурации: П- и S-образных, лирообразных, омегообразных и др. Наибольшее распространение на практике вследствие простоты изготовления получили П-образные компенсаторы (рис. 19.6,а). Их компенсирующая способность определяется суммой деформаций по оси каждого из участков трубопроводов ∆l = ∆l /2+∆l /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.

Рис. 19.6 Схема работы П- образного компенсатора

а – без предварительной растяжки; б – с предварительной растяжкой

Для увеличения компенсирующей способности компенсатора или уменьшения величины смещения его устанавливают с предварительной (монтажной) растяжкой (рис. 19.6,б ). При этом спинка компенсатора в нерабочем состоянии изогнута внутрь и испытывает изгибающие напряжения. При удлинении труб компенсатор приходит 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.

Подвески

Подвески трубопроводов (рис 19.7) выполняются с помощью тяг 3, соединяемых непосредственно с трубами 4 (рис. 19.7, а ) или с траверсой 7 , к которой на хомутах 6 подвешена труба (рис. 19.7, б ), а также через пружинные блоки 8 (рис. 19.7, в ). Шарнирные соединения 2 обеспечивают перемещения трубопроводов. Направляющие стаканы 9 пружинных блоков, приваренные к опорным пластинам 10, позволяют исключить поперечный прогиб пружин. Натяжение подвески обеспечивается с помощью гаек.

Рис. 19.7 Подвески:

а – тяговые; б – хомутовая; в – пружинная; 1 – опорная балка; 2, 5 – шарниры; 3 – тяга;

4 – труба; 6 – хомут; 7 – траверса; 8 – пружинная подвеска; 9 – стаканы; 10 – пластины

3.4 Способы изоляции тепловых сетей.

Мастичная изоляция

Мастичная изоляция применяется только при ремонте тепловых сетей, проложенных или в помещениях, или в проходных каналах.

Изоляция из мастик накладывается слоями по 10-15 мм на горячий трубопровод по мере высыхания предшествующих слоев. Мастичную изоляцию нельзя выполнять индустриальными методами. Поэтому указанная изоляционная конструкция для новых трубопроводов неприменима.

Для мастичной изоляции применяется совелит, асбестотрепел и вулканит. Толщина слоя тепловой изоляции определяется на основе технико экономических расчетов или по действующим нормам.

Температура на поверхности изоляционной конструкции трубопроводов в проходных каналах и камерах должна быть не выше 60° С.

Долговечность теплоизоляционной конструкции зависит от режима работы теплопроводов.

Блочная изоляция

Сборно-блочную изоляцию из заранее отформованных изделий (кирпича, блоков, торфяных плит и пр.) устраивают по горячим и холодным поверхностям. Изделия с перевязкой швов в рядах укладывают на мастичной подмазке из асбозурита, коэффициент теплопроводности которой близок к коэффициенту самой изоляции; подмазка обладает минимальной усадкой и хорошей механической прочностью. Изделия из торфа (торфоплиты) и пробки укладывают на битуме или идитоловом клее.

К плоским и криволинейным поверхностям теплоизоляционные изделия крепят стальными шпильками, заранее приваренными в шахматном порядке с интервалом 250 мм. Если установка шпилек невозможна, изделия крепят как мастичную изоляцию. На вертикальных поверхностях высотой более 4 м устанавливают разгрузочные опорные пояса из полосовой стали.

В процессе установки изделия подгоняют друг к другу, размечают и просверливают отверстия для шпилек. Монтируемые элементы закрепляют шпильками или проволочными скрутками.

При многослойной изоляции каждый последующий слой укладывают после выравнивания и закрепления предыдущего с перекрытием продольных и поперечных швов. Последний слой, закрепленный каркасом или металлической сеткой, выравнивают мастикой под рейку и после этого наносят штукатурку толщиной 10 мм. Оклейку и окраску выполняют после полного высыхания штукатурки.

Преимущества сборно-блочной изоляции - индустриальность, стандартность и сборность, высокая механическая прочность, возможность облицовки горячих и холодных поверхностей. Недостатки - многошовность и сложность монтажа.

Засыпная изоляция

По горизонтальным и вертикальным поверхностям строительных конструкций применяют засыпную теплоизоляцию.

При устройстве теплоизоляции по горизонтальным поверхностям (бесчердачные кровли, перекрытия над подвалом) изоляционным материалом служит преимущественно керамзит или перлит.

На вертикальных поверхностях делают засыпную изоляцию из стеклянной или минеральной ваты, диатомовой крошки, перлитового песка и др. Для этого параллельно изолируемую поверхность ограждают кирпичами, блоками или сетками и в образовавшееся пространство засыпают (или набивают) изоляционный материал. При сетчатом ограждении сетку крепят к заранее установленным в шахматном порядке шпильками высотой, соответствующей заданной толщине изоляции (с припуском 30...35 мм). По ним натягивают металлическую плетеную сетку с ячейкой 15х15 мм. В образовавшееся пространство послойно снизу вверх с легким трамбованием засыпают сыпучий материал.

После окончания засыпки всю поверхность сетки покрывают защитным слоем из штукатурки.

Засыпная теплоизоляция достаточно эффективна и проста в устройстве. Однако она не устойчива против вибрации и характеризуется малой механической прочностью.

Литая изоляция

В качестве изоляционного материала применяют в основном пенобетон, который готовят смешиванием цементного раствора с пеномассой в специальной мешалке. Теплоизоляционный слой укладывают двумя методами: обычными приемами бетонирования пространства между опалубкой и изолируемой поверхностью или торкретированием.

При первом методе параллельно вертикальной изолируемой поверхности выставляется опалубка. В образовавшееся пространство теплоизоляционный состав укладывают рядами, разравнивая деревянной гладилкой. Уложенный слой увлажняют и укрывают матами или рогожами для обеспечения нормальных условий твердения пенобетона.

Методом торкретирования литую изоляцию наносят по сетчатой арматуре из 3-5-миллиметровой проволоки с ячейками 100-100 мм. Нанесенный торкретный слой плотно прилегает к изолируемой поверхности, не имеет трещин, раковин и других дефектов. Торкретирование производят при температуре не ниже 10°С.

Литая теплоизоляция характеризуется простотой устройства, монолитностью, высокой механической прочностью. Недостатки литой теплоизоляции - большая продолжительность устройства и невозможность производства работ при низких температурах.

Оберточная изоляция

Оберточные конструкции выполняют из прошивных матов или из мягких плит на синтетической связке, которые сшивают попе­речными и продольными швами. Покровный слой крепится так­ же, как и в подвесной изоляции. Оберточные конструкции в виде теплоизоляционных жгутов из минеральной или стеклянной ваты после наложения их на поверх­ность также покрывают защитным слоем. Изолируют стыки, фа­сонные части, арматуру. Мастичная изоляция применяется также для теплоизоляции на месте монтажа арматуры и оборудования. Применяют порошко­образные материалы: асбест, асбозурт, совелит. Замешенная на воде масса накладывается на предварительно нагретую изолиру­емую поверхность вручную. Применяется мастичная изоляция редко, как правило, при ремонтных работах.

3.5 Трубопроводы.

В котельном агрегате элементы, находящиеся под давлением рабочего вещества (вода, пар), соединены между собой, а также с другим оборудованием системой трубопроводов. Трубопроводы состоят из труб и соединительных деталей к ним, арматуры, слу­жащей для управления и регулирования котельных агрегатов и вспо­могательного оборудования - опор и подвесных креплений труб, тепловой изоляции, компенсаторов и отводов, предусмотренных для восприятия термических удлинений трубопроводов.

Трубопроводы разделяют по назначению на главные и вспомо­гательные. К главным трубопроводам относятся питательные трубопроводы и паропроводы насыщенного и перегретого пара, к вспомогательным - дренажные, продувочные, обдувочные трубопроводы и трубопроводы для отбора проб воды, пара и т.п.

По параметрам (давлению и температуре) трубопроводы де­лятся на четыре категории (табл. 19.1).

К трубопроводам и арматуре предъявляются следующие основ­ные требования:

– все паропроводы для давления выше 0,07 МПа и трубопрово­ды для воды, работающие под давлением при температуре выше 115 С, независимо от степени важности должны соответствовать правилам Госгортехнадзора России;

– должна быть обеспечена надежная работа трубопроводов, безопасная для обслуживающего персонала. Следует иметь в виду, что арматура и фланцевые соединения являются наименее на­дежными деталями, особенно при высоких температуре и давле­нии, поэтому для повышения надежности, а также для сниже­ния стоимости оборудования следует уменьшать их использова­ние;

– система трубопроводов должна быть простой, наглядной и обеспечивать возможность легкого и безопасного переключения во время эксплуатации;

– потеря давления рабочего тела и потеря теплоты в окружаю­щую среду должны быть по возможности минимальными. С учетом этого необходимо выбирать диаметр трубопровода, конструкцию и размер арматуры, качество и тип изоляции.

Питательные трубопроводы

Схема питательных трубопроводов должна обеспечить полную надежность питания котлов водой в нормальных и аварийных ус­ловиях. Для питания паровых котлов паропроизводительностью до 40 т/ч допускается один питательный трубопровод; для котлов боль­шей производительности необходимы два трубопровода, чтобы в случае выхода из строя одного из них можно было бы пользоваться вторым.

Питательные трубопроводы монтируются так, чтобы от любого насоса, имеющегося в котельной, можно было подавать воду в любой котельный агрегат как по одной, так и по другой питатель­ной линии.

На питательных трубопроводах должны находиться запорные устройства перед насосом и за ним, а непосредственно перед кот­лом - обратный клапан и вентиль. Все вновь изготовляемые паро­вые котлы паропроизводительностью от 2 т/ч и выше, а также котлы, находящиеся в эксплуатации, паропроизводительностью от 20 т/ч и выше должны быть оборудованы автоматическими ре­гуляторами питания, управляемыми с рабочего места оператора котла.

На рис. 19.8 приведена схема питательных трубопроводов с двойными магистралями. Вода из бака 12 питательной воды цен­тробежным насосом 11 с электрическим приводом подается в пи­тательные магистрали (трубопроводы 14 ). На всасывающей и маги­стральных линиях насосов устанавливаются запорные устройства. От магистрали имеются два отвода воды к каждому из котлов. На отводах устанавливаются регулировочный вентиль 3 , обратный клапан 1 и запорный вентиль 2 . Обратный клапан пропускает воду только в котел 4 . При движении воды в противоположном на­правлении обратный клапан закрывается, что препятствует вы­ходу воды из котла. Запорный вентиль служит для отключения питательной линии от котла при ремонте линии или обратного клапана.

В работе обычно находятся обе магистрали. Одну из них в случае необходимости можно отключить, не нарушая нормального ре­жима питания котлов.

Рис. 19.8. Схема питательных трубопроводов с двойными магистралями:

1 - обратный клапан; 2, 3 - запорный и регулировочный вентили; 4 - котлы; 5 - воздушник; 6 - термометр; 7 - экономайзер; 8 - манометр; 9 - предохра­нительный клапан;

10 - расходомер; 11, 13 - центробежный и паровой насосы; 12 - бак питательной воды;

14 - питательные трубопроводы

Дренажные трубопроводы

Дренажные трубопроводы предназначены для удаления конден­сата из паропроводов. Конденсат в паропроводах накапливается в результате охлаждения пара. Наибольшее охлаждение пара про­исходит при прогреве и включении холодного паропровода. В это время и необходимо обеспечить усиленный отвод из него конден­сата. В противном случае он может скопиться в трубопроводе в большом количестве. При скорости движения пара в паропроводе, для насыщенного пара равной примерно 20...40 м/с и для пере­гретого 60...80 м/с, частицы воды, находящиеся в нем, двигаясь вместе с паром на большой скорости, не могут так быстро менять свое направление движения, как пар (вследствие большой разно­сти их плотностей), поэтому они стремятся двигаться по инерции прямолинейно. Но так как в паропроводе есть ряд колен и закруг­лений, задвижек и вентилей, то вода при встрече с этими препят­ствиями ударяется о них, создавая гидравлические удары.

В зависимости от содержания воды в паре гидравлические уда­ры могут быть настолько большой силы, что вызывают разруше­ние паропровода. Особенно опасно скопление воды в главных па­ропроводах, так как она может быть заброшена в паровую турбину и привести к аварии.

Во избежание таких явлений паропроводы снабжаются соответ­ствующими дренажными устройствами, которые подразделяются на временные (пусковые) и постоянные (непрерывно действую­щие). Временное дренажное устройство служит для удаления конденсата из паропровода во время его прогрева и продувки. Та­кое дренажное устройство делается в виде самостоятельного тру­бопровода, который отключается при нормальной работе.

Постоянное дренажное устройство предназначено для не­прерывного отвода конденсата из паропровода, находящегося под давлением пара, что осуществляется при помощи автоматических конденсатоотводчиков (конденсационных горшков).

Дренаж трубопровода выполняется в нижних точках каждого отключаемого задвижками участка паропровода и в нижних точках изгибов паропроводов. В верхних точках паропроводов должны быть установлены краны (воздушники) для отвода воздуха из трубо­провода.

Для лучшего отвода конденсата горизонтальные участки трубо­провода должны иметь уклон не менее 0,004 в сторону движения пара.

Для продувки при прогреве паропровод снабжается штуце­ром с вентилем, а при давлении свыше 2.2 МПа - штуцером и двумя вентилями - запорным и регулировочным (дренажным).

Для паропровода насыщен­ного пара и тупиковых участков паропровода перегретого пара должен быть предусмотрен не­прерывный отвод конденсата по­средством автоматических кон­денсационных горшков.

На рис. 19.9 представлен кон­денсационный горшок с откры­тым поплавком. Принцип его работы основан на следующем. Поступающий в горшок конден­сат по мере накопления в откры­том поплавке 5 приводит к его затоплению. Связанный с по­плавком шпинделем 6 игольча­тый клапан 1 открывает отвер­стие в крышке горшка, и вода из поплавка через направляющую трубку 7 вытесняется через это отверстие наружу, после чего облегченный поплавок всплывает и игольчатый клапан закрывает отверстие. При эксплуатации следят за тем, чтобы клапан автоматического конденсатоотводчика не про­пускал пар, так как это ведет к большим потерям теплоты.

Проверку нормальной работы конденсационного горшка вы­полняют путем периодического открывания крана 3 для спуска конденсата. Кроме того, работа конденсатоотводчика может оце­ниваться на слух: при нормальной работе внутри горшка слышит­ся характерный шум, а в случае перекрытия клапанного отверстия накипью или окалиной, а также при заедании подвижных частей уровень шума в нем снижается или совершенно прекращается. Нормальную работу горшка можно определить и по нагреву дре­нажной трубы: если труба горячая, то горшок работает нормально.

Рис. 19.9. Конденсационный горшок с открытым поплавком: 1 - игольчатый клапан; 2 - обратный клапан (часто отсутствует); 3 - вентиль (кран для спуска конденсата); 4 - кор­пус горшка; 5 - открытый поплавок; 6 - шпиндель поплавка; 7 - направ­ляющая трубка

Лекция №16 (2 часа)

Тема: «Возобновляемые и вторичные энергоресурсы в сельском хозяйстве»

1 Вопросы лекции:

1.1 Общие сведения.

1.2 Система солнечного энергоснабжения.

1.3 Геотермальные ресурсы и их типы.

1.4 Биоэнергетические установки.

1.5 Использование вторичных энергетических ресурсов.

2 Литература.

2.1 Основная

2.1.1 Амерханов Р.А., Бессараб А.С., Драгонов Б.Х., Рудобашта С.П., Шмшко Г.Г. Теплоэнергетические установки и системы сельского хозяйства/ Под ред. Б.Х. Драганова. – М.: Колос-Пресс, 2002. – 424 с.: ил. – (Учебники и учебные пособия для студентов высш. учеб. заведений).

2.1.2 Фокин В.М. Теплогенерирующие установки систем теплоснабжения. М.: «Издательство Машиностроение-1», 2006. 240 с.

2.2 Дополнительная

2.2.1 Соколов Б.А. Котельные установки и их эксплуатация. – 2-е изд., испр. М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 423 с.

2.2.2 Белоусов В.Н., Смородин С.Н., Смирнова О.С. Топливо и теория горения. Ч.I. Топливо: учебное пособие/ СПбГТУРП. – СПб., 2011. -84 с.: ил.15.

2.2.3. Эстеркин, Р.И. Промышленные парогенерирующие установки. – Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980. – 400 с.

3.1 Общие сведения.

Источники энергии: а) не возобновляемые

Невозобновляемыми источниками энергии являются нефть, газ, уголь, сланцы.

Извлекаемые запасы органического топлива в мире оцениваются следующим образом (млрд. тут):

Уголь -4850

Нефть- 1140

При уровне мировой добычи девяностых годов (млрд.тут) соответственно 3,1-4,5-2,6, всего - 10,3 млрд. тут., запасов угля хватит на 1500 лет, нефти - на 250 лет и газа -120 лет.

Перспектива оставить потомков без энергетического обеспечения. Особенно учитывая устойчивую тенденцию удорожания нефти и газа. И чем дальше, тем более быстрыми темпами.

Основное преимущество возобновляемых источников энергии их неисчерпаемость и экологическая чистота. Их использование не изменяет энергетический баланс планеты.

Повсеместный переход на возобновляемые источники энергии не происходит лишь потому, что промышленность, машины, оборудование и быт людей на Земле сориентированы на органическое топливо, а некоторые виды возобновляемых источников энергии непостоянны и имеют низкую плотность энергии.

До недавнего времени ещё называли и дороговизну возобновляемых источников.

3.2 Система солнечного энергоснабжения.

Фридман Я.Х. - старший научный сотрудник,

издательство «Новости теплоснабжения».

Одними из важнейших конструкционных элементов тепловых сетей, которые обеспечивают эксплуатационную надежность, являются неподвижные опоры. Они служат для разделения теплопроводов на участки, независимые друг от друга в восприятии различного вида усилий. Обычно неподвижные опоры размещаются между компенсаторами или участками трубопроводов с естественной компенсацией температурных удлинений. Они фиксируют положение теплопровода в определенных точках и воспринимают усилия, возникающие в местах фиксации под действием силовых факторов от температурных деформаций и внутреннего давления. Благодаря этой своей функции они еще называются «мертвыми».

В данной работе высказывается ряд соображений касательно усилий и вызванных ими напряжений, возникающих в неподвижных опорах.

Усилия, воспринимаемые неподвижными опорами, складываются из:

1) неуравновешенных сил внутреннего давления;

2) реакции подвижных (свободных) опор;

3) реакции компенсаторов от силовых факторов, вызванных температурными деформациями;

4) гравитационных нагрузок.

Неподвижные опоры бывают следующих конструкционных исполнений: лобовые, щитовые и хомутовые.

Согласно статистике отказов в камерах на дефекты от наружной коррозии труб приходится 80-85%. Это количество дефектов примерно распределено согласно прилагаемой таблице из . Это согласуется и с нашими наблюдениями, где на повреждения, относящиеся к неподвижным опорам, приходится около 50% от числа повреждений в камерах, имеющих неподвижные опоры.

Причины коррозии неподвижных опор.

Неподвижные опоры подвергаются различным видам коррозии, которые вызваны следующими причинами:

1) влияние блуждающих токов в щитовых опорах из-за отсутствия надежных электроизоляционных вставок

2) возникновение капели с перекрытий из-за конденсации влаги приводит к усиленной коррозии наружной поверхности труб

3) приварка косынок создает предпосылки для интенсификации процессов внутренней коррозии в местах расположения сварных швов и околошовной зоны.

4) одновременное воздействие переменных циклических напряжений и коррозионной среды вызывают понижение коррозионной стойкости и предела выносливости металла.

Методика прочностного расчета неподвижных опор.

Согласно СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети» c.39 п.7: «Неподвижные опоры труб должны рассчитываться на наибольшую горизонтальную нагрузку при различных режимах работы трубопроводов, в том числе при открытых и закрытых задвижках».

В настоящее время неподвижные опоры подбираются по альбомам «Нормали тепловых сетей. НТС-62-91-35. НТС-62-91-36. НТС-62-91-37», выпущенным институтом «Мосинжпроект». По этим нормалям для каждой величины Ду приводится максимальная осевая сила, величину которой не должна превосходить результирующая сила от действующих осевых сил как слева так и справа. На самом деле на опору кроме осевой действуют еще две перерезывающие силы, а также крутящий и два изгибающих момента. В наиболее общем случае на опору действуют все виды нормальных и касательных напряжений т.е. имеет место сложнонапряженное состояние.

При прочностном расчете оказывается, что запасы прочности в сечениях теплопровода, проходящих через неподвижные и подвижные опоры, принимают наименьшие значения по длине теплопровода, т.е. это наиболее нагруженные сечения. В нормативной документации не существует никаких рекомендаций по запасам прочности расчетных точек сечений теплопроводов относительно допускаемого временного сопротивления и допускаемого напряжения текучести.

Предлагается следующий порядок прочностного расчета неподвижных опор:

1) Прочностной расчет участков теплопровода, находящихся от рассматриваемой опоры как с левой таки с правой стороны. В результате определяются 3 силовые и 3 моментные нагрузки, действующие на неподвижную опору со стороны правого теплопровода (P1x, P1y, P1z, M1x,M1y, M1z.) и левого теплопровода(P2x, P2y, P2z, M2x, M2y, M2z.) (рис. 2 и 3).

2) Решение системы уравнений относительно 6 результирующих неизвестных: Px, Py, Pz, Mx, My, Mz,где:

Px, Py - поперечные силы, паралельные
соответственно осям OX и OY

Pz - продольная сила, направленная сила вдоль оси OZ

Мх и My - изгибающие моменты, вектора моментов которых направлены соответственно по осям OX и OY

Mz - крутящий момент, вектор момента которого направлен вдоль оси OZ.

3) В каждой расчетной точке вычисляются 6 напряжений (по 6-тисиловым факторам из п.3), характеризующих напряженное состояние:

3 нормальных напряжения: ах, ау, az и 3 касательных напряжения: тху, xxz, xyz.

4) Выбор коэффициента прочности сварного шва.

Наиболее слабым местом стальных трубопроводов, по которому следует вести проверку напряжений, являются сварные швы. ф - коэффициент прочности сварного шва (ф = 0,7 ... 0,9)

4.1 По маркам сталей из которых изготовлены неподвижная опора и теплопровод выбирается та сталь напряжения текучести (at) и временного сопротивления (ав), которой являются меньшими. Расчетные at и ав берутся при t = 150 ОC.

4.2 Определение допустимых расчетных напряжений относительно напряжений текучести и временного сопротивления: = ф xat; [ав] = ф х ав

5) По 6 напряжениям (ax, ay, az,тху, xxz, xyz) особым образом выбираются новые оси координат OX 1 ,OY1 и OZ1 так, чтобы 3 касательныхнапряжения приняли нулевые значения (существует только один возможный вариант направления осей).

В итоге получаем только 3 нормальных напряжения: al, a2 и a3, причем al > а2 > аЗ.

На основании 3-ей и 4-ой теорий прочности (в машиностроении и статической прочности металлоизделий применяют 3-ью и 4-ую теории прочности) получаем коэффициенты запаса относительно допускаемых напряжений текучести и коэффициентов запаса по допускаемому временному сопротивлению сварных швов.

по текучести [m]= 2 ... 2.2; по временному сопротивлению [n] = 4... 4.5.

Такой высокий запас по текучести обеспечит уменьшение вероятности появления отказов, связанных с усталостью металла, из-за термических напряжений возникающих при регулировании температуры воды в отопительный период.

Разработана компьютерная программа TENZOR 11.ЕКА, опирающаяся на ряд положений из и позволяющая выполнить п.п. 1...6.

В подавляющем большинстве случаев неподвижные опоры являются узлами, на которые приходятся самые большие нагрузки. Это происходит из-за плохой работы подвижных опор, вызванной увеличенным коэффициентом трения скольжения (до 0,4) и их увеличенной просадочности. При наружной и внутренней
коррозии в неподвижных опорах происходит перераспределение напряжений, что приводит к их повышенной повреждаемости.

При ремонтах лучше не разрушать всю неподвижную опору и не вырезать старую трубу, а использовать своеобразную вставку. На рис. 1 показан один из применяемых вариантов подхода при производстве ремонта щитовой неподвижной опоры. После выполнения обрезки трубопровода, внутрь тела трубы опоры 1 вставляется и приваривается предварительно разрезанная вдоль образующей труба усиления 2. Для этой вставки берется заготовка из той же самой трубы. Это позволит, как довести запасы прочности соответственно рекомендациям п. 6, так и уменьшить объемы ремонтных работ.

При наличии неподвижной опоры промышленного изготовления, для повышения ее долговечности и надежности во время эксплуатации возможно проведение усиления такой опоры, которое проводится точно таким же образом.

Для защиты трубы и неподвижной опоры от коррозии и как один из наиболее простых методов по обеспечению надежности работы опор можно предложить увеличение толщины стенки трубы в опоре. При этом, толщина стенки трубы s подбирается так, чтобы ее величина при прочностном расчете соответствовала рекомендуемым величинам запаса прочности п.6.

В хомутовых неподвижных опорах кроме расчета теплопровода рассчитывается также и толщина стержня хомута на напряжения растяжения, с учетом рекомендаций п.6.

Практический пример.

Рассмотрим практический пример расчета неподвижной опоры.

Данные для расчета:

Ду = 200 (0 219X6), длина участка 209 м.

1 = 8 м - расстояние между подвижными опорами

р = 10 ати = 10,2 МПа - давление воды (избыточное)

t1 = 10 ОC - монтажная температура

t 2 = 130 ОC - максимальная температура воды

а = 12x10 6 град " - коэффициент линейного расширения стали.

По марке стали (сталь 20 при t=150ОC)

at = 165 МПа - напряжение текучести ав = 340 МПа - временное сопротивление

Е = 2.1ХЮ 6 кг/см 2 = 2.14ХЮ 5 мПа - модуль упругости 2-го рода

ц = 0,3 - коэффициент Пуассона

ф = 0,8 - коэффициент ослабления металла сварного шва.

Определение расчетных напряжений относительно допускаемых напряжений текучести и временного сопротивления

Q>xat = 132 МПа = 1346 кг/см 2 - допускаемое напряжение текучести

[ав] = фХав = 272 МПа =2775 кг/см 2 - допускаемое напряжение для временного сопротивления.

Выполняя п. 1...3 для схемы (рис. 2) и рассмотрев систему уравнений равновесия п.2 получаем на рис. 3 следующие результирующие усилия действующие на опору A:

Рх = 4.5 кН; Py = 11.2 кН; Pz = 9.5 кН;

Мх = 5.2 кНХм; My = 4.1 кНХм; Mz = 0. кНХм.

Выполняя п.п. 4... 6 получаем следующие запасы прочности относительно допускаемых напряжений текучести и временного сопротивления соответственно по 3-ей и 4-ой теориям прочности:

пЗ = 4.3; n4 = 3.1

тЗ = 2.43; m4 = 1.67.

Данные системы не удовлетворяют п.6, поэтому требуется взять из сортимента трубопроводов трубу с тем же внутренним диаметром, но большей толщиной стенки (s = 7).

В случае невозможности реализации такого варианта, можно изменить конструкции щитовых и лобовых опор, введя трубу усиления поз.2 так, как это показано на рис.1.

Выводы. В заключении отметим, что прочностной расчет неподвижных опор и анализ статистических данных повреждений позволяет сделать следующие выводы:

1. При проектировании Тепловых сетей для повышения надежности неподвижной опоры необходимо выполнять прочностные расчеты участков теплотрассы, располагающихся с обеих сторон от этой опоры, что позволит определить результирующие усилия, действующие на опору.

2. Прочностные расчеты участков теплопровода требуется проводить как для режима эксплуатации, так и для режима опрессовки. Необходимо проводить прочностной расчет по допускаемым напряжениям для всех участков теплопровода с учетом ослабления металла сварного шва.

3. Для малых диаметров для упрощения процедуры проектирования необходимо применять трубу как минимум в 2 раза большей толщины стенки, чем на основном трубопроводе.

4. В связи с высокой частой отказов неподвижных опор требуется усилить конструкции узлов этих опор так, чтобы величина запаса прочности относительно допускаемого напряжения текучести была не менее [m]= 2 ... 2.2 , а значения запасов прочности по допускаемому временному сопротивлению должны быть не меньше [n] = 4... 4.5.

5. Все металлические конструкции должны быть надежно защищены.

6. При проектировании следует обязательно предусматривать двусторонний доступ к неподвижной опоре для возможности ее осмотра, полного восстановления антикоррозионного покрытия и герметизации кольцевого зазора.

Литература

1. Л.В.Родичев. Статистический анализ процесса коррозионного старения те-

плопроводов.

СТРОИТЕЛЬСТВО ТРУБОПРОВОДОВ. № 9, 1994 г.

2. А.П.Сафонов. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям. М.: Энерго-издат, 1980.

Распределительные теплосети состоят из таких элементов, как:

1) непроходные каналы;

2) подвижные и неподвижные опоры;

3) компенсаторы;

4) трубопроводы и запорная арматура (задвижки);

5) тепловые камеры.

Непроходные каналы. Стенки непроходных каналов состоят из сборных блоков. Сверху на сборные блоки накладываются железобетонные плиты перекрытия. Основание дна непроходного канала делают обычно в сторону ЦТП (центральных тепловых пунктов), либо в сторону подвалов жилых домов. Но бывает так, что при неблагоприятном рельефе местности какая то часть каналов монтируется с уклоном к тепловым камерам. Швы бетонных блоков и плит заделывают, изолируют для того, чтобы в канал не попадали грунтовые и верховые воды. Замерзшей землей засыпать канал нельзя.

Неподвижные и подвижные опоры. Опоры трубопроводов тепловой сети подразделяются на неподвижные (или как еще говорят, мертвые) и подвижные. В непроходных каналах применяют скользящие опоры. Эти опоры (рисунок 1) необходимы для передачи веса трубопроводов и обеспечения перемещения трубопроводов при их удлинении под воздействием высокой температуры теплоносителя.

Для этого скользящие опоры, или как их еще называют, «скользячки» приваривают к трубопроводам. А скользят они по специальным пластинам, которые вделаны в ж/б плиты.

Неподвижные или мертвые опоры (рисунок 2) необходимы для того, чтобы разделить трубопровод большой протяженности на отдельные участки. Участки эти не зависят напрямую друг от друга, и соответственно, при высоких температурах теплоносителя компенсаторы могут нормально, без видимых проблем, воспринять температурные удлинения.

К неподвижным опорам предъявляются повышенные требования по надежности, ведь нагрузки на них большие. В то же время нарушение прочности и целостности мертвой (неподвижной) опоры может привести к аварийной ситуации.

Компенсаторы в тепловых сетях служат для восприятия температурного удлинения трубопроводов при их нагреве (1,2 мм на каждый метр при повышении температуры на 100 °С).

Основная и главная задача компенсатора в теплосети – защитить трубопроводы и арматуру от «убийственных» напряжений. Как правило, для труб диаметр которых не более 200 мм применяют П-образные компенсаторы (рисунок 3).

Когда П-образные компенсаторы монтируют, их предварительно растягивают на половину температурного удлинения от той цифры, которая указана в проекте или расчете. Иначе компенсирующая способность компенсатора уменьшается в два раза. Растяжку следует производить одновременно с двух сторон в стыках, ближайших к мертвым (неподвижным) опорам.

Трубопроводы и задвижки. Для распределительных тепловых сетей применяют стальные трубы. На стыках трубопроводы соединяют при помощи электросварки. Из задвижек на тепловых сетях применяют стальные и чугунные задвижки.

Изоляция труб. Работать приходится в основном с магистральными распределительными тепловыми сетями, смонтированными еще в советское время. Конечно, кое-где трубопроводы теплосетей, а соответственно и изоляцию на них, меняют в ходе капитального ремонта. Трубопроводы таких сетей покрыты антикоррозионным составом, теплоизоляцией и защитным слоем (рисунок 4).

Рулонный материал, как правило, изол. Реже – бризол. Этот материал приклеен мастикой к трубопроводу. Теплоизоляция сделана из матов минеральной ваты. Защитный слой – асбестоцементная штукатурка из смеси асбеста и цемента в пропорции 1:2, которая распределена по проволочной сетке.

Подпиточный насос для восполнения водой систем отопления включается в зависимости от уровня воды в расширительном сосуде или при снижении давления теплоносителя в теплопроводе ниже нормированного. Как только вода достигнет критического (нижнего) уровня, поплавковое реле или реле уровня подает сигнал и автоматически включает в работу насос; при заполнении систем и достижении верхнего предела насос останавливается.

Заключение

Тепловая сеть представляет собой систему соединенных между собой участков теплопроводов, по которым тепло транспортируется от источников к потребителям. Основной элемент тепловой сети – трубопровод, который состоит из труб, соединенных сваркой. Изоляционная конструкция предназначена для защиты трубопровода от коррозии и потери тепла. Несущая конструкция является своеобразным фундаментом для трубопровода и принимает всю его тяжесть на себя.

Самый важный элемент трубопровода, если так можно сказать, это трубы, которые должны обладать рядом качественных показателей. Они должны быть герметичны, прочны – они обязаны выдерживать максимальные температуры и давление, возникающее в трубопроводе. У труб должен быть низкий коэффициент температурной деформации, малая шероховатость внутренней поверхности, также нужно хорошее термическое сопротивление стенок для сохранения тепла.

Исходя из моей работы, следует, что основная функция тепловых сетей – это доставка тепла потребителям. Этот процесс состоит из цепи взаимосвязанных процессов. Таким образом, сегодняшние тепловые сети – это высокотехнологичные системы, которыми управляет штат квалифицированных сотрудников. Десятки тысяч километров труб переплетаются сложным узором на просторах страны. Сложные климатические зоны заставляют НИИ и конструкторские бюро находить новые технологии изоляции трубопроводов, разрабатываются принципиально новые схемы котельных, математически описываются зависимости, нагрузки тепловых аппаратов.

б) усиленные

Рис. 4 приложения 14. Неподвижная отдельно стоящая опора для труб

D у 80-200 мм. (подвальная).

Рис. 5. Опоры подвижные:

а - скользящая подвижная опора; б – катковая; в – роликовая;

1 – лапа; 2 – опорная плита; 3 – основание; 4 – ребро; 5 – ребро боковое;

6 – подушка; 7 – монтажное положение опоры; 8 – каток; 9 – ролик;

10 – кронштейн; 11 – отверстия.

Рис. 6. Подвесная опора:

12 – кронштейн; 13 – подвесной болт; 14 – тяга.

Канальная прокладка.

Рис. 2 приложения 14. Сборные каналы для тепловых сетей: а) тип КЛ; б) тип КЛп; в) тип КЛс.

Таблица 3 приложения 14. Основные типы сборных железобетонных каналов для тепловых сетей.

Приложение 15. Насосы в системах теплоснабжения.

Рис. 1 приложения 15. Поле характеристик сетевых насосов.

Таблица 1 приложения 15. Основные технические характеристики сетевых насосов.

Таблица 2 приложения 15. Центробежные насосы типа К

Приложение 16. Запорная арматура в системах теплоснабжения.

Таблица 2 приложения 16.Стальные поворотные дисковые затворы с электроприводом D y 500-1400 мм на p y =2,5 МПа, t £200°C с концами под приварку.

Таблица 3 приложения 16. Задвижки

Рис. 2 приложения 16. Шаровые краны в системах теплоснабжения.

Таблица 4 приложения 16. Технические данные шаровых кранов.

Примечание: корпус крана – сталь Ст. 37. 0; шар – нержавеющая сталь; седло шара и сальник –тефлон +20 % углерода; уплотнительные кольца – тройной этилен-пропиленовый каучук и витон.
Приложение 17. Соотношение между некоторыми единицами физических величин, подлежащих замене, с единицами СИ.

Таблица 1 приложения 17.

Таблица 2. Приложение 17. Соотношение между единицами измерений

Задание на выполнение курсовое проекта

Исходные данные для выполнения курсового проекта следует принимать по двум последним цифрам номера студенческого билета или зачётной книжки. Генплан района города выдаёт преподаватель.

Таблица 1 – Географический пункт – район проектирования системы теплоснабжения

Таблица 2 – Сведения по системе теплоснабжения

Таблица 3 – Сведения по району теплоснабжения

Таблица 4 – Задание на выполнение узлов тепловой сети

Литература

1. Теплоснабжение / А.А.Ионин, Б.М.Хлыбов, В.Н.Братенков и др.; Учебник для вузов.-М.: Стройиздат,1982.- 336с.

2. Теплоснабжение / В.Е.Козин, Т.А.Левина, А.П.Марков и др.; Учебное пособие для студентов вузов. - М.: Высш. школа,1980- 408с.

3. Наладка водяных систем централизованного теплоснабжения / Апарцев М. М. Справочное пособие.-М.: Энергоатомиздат, 1983.-204с.

4. Водяные тепловые сети. Справочное пособие по проектированию./Под ред. Н.К.Громова, Е.П.Шубина.-М.: Энергоатомиздат, 1988.-376с.

5. Справочник по наладке и эксплуатации водяных тепловых сетей /В.И.Манюк, Я.И.Каплинский, Э.Б.Хиж и др. 3-е изд.,перераб.и доп.-М.: Стройиздат,1988.-432с.

6. Справочник по теплоснабжению и вентиляции. Книга1: Отопление и теплоснабжение.-4-е изд., испр. и доп./Р.В.Щёкин, С.Н.Кореневский, Г.Е.Бем и др.- Киев: Будиiвельник, 1976-416с.

7. Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей. Николаев А. А. – Курган.: Интеграл, 2007. – 360 с.

8. Проектирование тепловых пунктов. СП 41-101-95. Минстрой России, 1997.-78с.

9. Тепловые сети. СНиП 41-02-2003. Госстрой России. Москва, 2004.

10. Сети тепловые (Тепломеханическая часть). Рабочие чертежи: ГОСТ 21.605-82 * .-Вед. 01.078.83.-М., 1992.-9с.

11. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. СНиП 41-03-2003. Госстрой России. Москва, 2003.

12. Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов. СП 41-103-2000.Госстрой России. Москва, 2001.

13. Строительная климатология. СНиП 23-01-99.Госстрой России.-М:2000.-66с.

14. Внутренний водопровод и канализация. СНиП 2.04.01-85*.Госстрой России. М.:1999-60с.

15. Типовая серия 4.904-66 Прокладка трубопроводов водяных тепловых сетей в непроходных каналах. Выпуск 1- Расположение трубопроводов D 25-350 мм в непроходных каналах, углах поворотов и компенсаторных нишах.

16. Типовая серия 3.006.1-8 Сборные железобетонные каналы и тоннели из лотковых элементов. Выпуск 0 - Материалы для проектирования.

17. То же. Выпуск 5 -Узлы трасс. Рабочие чертежи.

18. Типовая серия 4.903-10 Изделия и детали трубопроводов для тепловых сетей. Выпуск 4 - Опоры трубопроводов неподвижные.

19. То же. Выпуск 5 - Опоры трубопроводов подвижные.

Таблица 1- КЛИМАТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ХОЛОДНОГО ПЕРИОДА ГОДА

Таблица 2- КЛИМАТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕПЛОГО ПЕРИОДА ГОДА