Размеры п образных компенсаторов тепловых сетей. Расчет тепловых расширений трубопроводов

⁰

Компенсаторы или компенсационные устройства применяют при монтаже трубопроводов с высоким давлением или высокой температурой несущего вещества. При работе трубопровода возникает ряд факторов, которые необходимо учитывать, чтобы избежать разрушения несущих конструкций. К таким факторам относят температурные деформации труб, вибрации, возникающие при работе трубопровода, а также оседание фундаментов бетонных опор.

Компенсаторы предназначены для обеспечения подвижности частей системы друг относительно друга. Если не будет такой подвижности, то возрастают нагрузки на соединительные элементы, участки трубопровода, сварные швы. Эти нагрузки превышают допустимые нормы и приводят к разрушению системы.

Различают несколько видов компенсаторов, которые имеют разные принципиальные устройства. Идея разработки П-образного компенсатора появилась в результате явления самокомпенсации трубопроводов, имеющих повороты и изгибы. В процессе работы теплотрассы трубы за счет этих поворотов способны проявлять устойчивость к деформациям кручения и растяжения.

Однако рассчитывать на самокомпенсацию не приходится, так как абсолютная величина смещения зависит от количества поворотных элементов. Чтобы обеспечить возможность компенсации деформаций, на прямолинейном участке магистрали обустраивают П-образное колено, играющее роль компенсатора.

Принцип действия П-образного компенсатора

По своему устройству П-образный компенсатор считается самым простым, так как он состоит из минимального набора элементов. Именно такой минимализм позволил обеспечить широкий диапазон технических характеристик (температуры, давления). Изготавливается компенсатор одним из двух способов.

Цельная труба гнется в нужных местах с определенным радиусом изгиба, образуя П-образную конструкцию.
В состав компенсатора входят 7 элементов, среди которых три прямолинейных отвода и 4 поворотных уголка, которые свариваются в единую конструкцию.

Вследствие того, что данный компенсатор приходится часто обслуживать, ведь в П-образном колене часто скапливаются осадки в виде грязи или других плотных структур, его соединительные патрубки снабжают фланцами или резьбовыми муфтами. Это позволяет монтировать и демонтировать устройство без применения специнструмента.

П-образные компенсаторы предусмотрены как для стальных труб, так и для полиэтиленовых труб. Конструкция не лишена недостатков. Так, к примеру, на монтаж П-образного компенсатора в системе отопления требуется потратить дополнительный материал в виде труб, уголков, сгонов. Для тепловых сетей все осложняется установкой дополнительных опор.

Требования к монтажу и себестоимость установки П-образных устройств

Несмотря на относительную простоту устройства, не всегда монтаж П-образного компенсатора оказывается ниже по себестоимости, по сравнению, например, со стоимостью сильфонного компенсатора. Сейчас речь идет о трубопроводах большого диаметра. В таком случае затраты на дополнительные элементы и их монтирование превышают стоимость сильфонного устройства, а если учесть необходимость постройки опор, то разница в цене будет весьма ощутимой.

В случае, если компенсатор изготавливается путем сгиба прямолинейной трубы, необходимо учитывать, что радиус этого сгиба должен равняться восьми радиусам самой трубы. При наличии швов конструкцию изготавливают так, чтобы эти швы приходились на прямолинейные участки. При образовании крутозагнутых отводов, естественно, приходится отступать от этих правил.

Плюсы и минусы П-образной конструкции

Целесообразно применять данный тип компенсаторов при монтаже трубопроводов небольших диаметров. Здесь необходимо отметить, что диапазон размеров сильфонных компенсаторов несколько шире. П-образное колено отлично справляется с вибрациями, однако для его изготовления требуется большое количество материала, что существенно повышает стоимость устройства.

Сравнение характеристик сильфонного и П-образного компенсаторов позволяет выявить основные достоинства и недостатки каждого типа устройств. К примеру, П-образный компенсатор требуется периодически обслуживать, прочищать от отложений. Сильфонные же компенсаторы не страдают такими недостатками.

Еще один момент, который хотелось бы отметить, касается компенсирующей способности двух видов устройств. Если рассматривать только абсолютные значения, то в этом плане явного преимущества не наблюдается ни с одной, ни с другой стороны. Однако для увеличения максимального смещения в П-образном компенсаторе придется увеличивать размер колена. Для сильфонного же компенсатора достаточно использовать двухсекционную гофру, что практически никак не сказывается на габаритах.

Хотелось бы добавить в копилку положительных свойств такое качество, как отсутствие контроля во время эксплуатации. Но в условиях густонаселенного пункта не всегда находится свободное пространство для обустройства трубопровода с П-образным компенсатором. Колено может монтироваться только на горизонтальных участках, в то время как сильфонный компенсатор устанавливается на любом прямолинейном участке.

Наконец, еще одно преимущество сильфонного компенсатора – он не повышает сопротивления течения жидкости и газа. П-образное колено в значительной степени снижает скорость потока. При использовании такого типа устройств в домашней система отопления придется устанавливать циркуляционный насос, так как за счет естественной конвекции жидкость может не циркулировать, встретив на пути препятствие.

Расчеты для компенсаторов

Отсутствие стандартов ГОСТ на П-образные устройства иногда существенно усложняют задачу планирования проекта, поэтому необходим предварительный расчет п-образного компенсатора. Прежде всего, необходимо отталкиваться от нужд проекта. Учитываются размеры трубопровода, его диаметр, максимальное давление и величина предполагаемого смещения.

Это означает, что приобрести готовый компенсатор практически не удастся. Для каждого конкретного случая его необходимо изготовить персонально. В этом кроется еще один недостаток, по сравнению с сильфонными устройствами.

При расчете параметров следует учитывать следующие ограничения и условия:

в качестве материала для трубопровода используется сталь;
компенсаторы рассчитаны как на водную, так и на газообразную среду;
максимальное давление носителя не превышает 1,6 атмосфер;
компенсатор должен иметь правильную форму в виде буквы «П»;
монтируется только на горизонтальных участках;
исключено воздействие ветра.

Следует понимать, что приведенные параметры считаются идеальными. В реальных же условиях удается соблюдать всего лишь пару пунктов. Когда речь заходит о температуре среды, необходимо ее значение взять по максимуму, а температуру окружающего воздуха принять минимальной.

Монтаж компенсатора

При строительстве магистрали следует пользоваться определенными правилами, которые касаются и обустройства П-образных компенсаторов. Его устанавливают так, чтобы вылет был направлен в правую сторону. Стороны определяют, если смотреть на трубопровод от источника к приемнику. Если же отсутствует требуемое для компенсатора место справа, то вылет делают влево, однако обратную магистраль придется вести с правой стороны, а это приводит к изменениям в проекте.

Перед непосредственным вводом в эксплуатацию теплотрассы требуется обязательная предварительная растяжка компенсатора. Наполненные трубы испытывают избыточное давление, поэтому если не сделать данную процедуру, то металл вскоре начнет разрушаться.

Натяжку производят специальными домкратами, а после пуска их убирают, и колено занимает свое прежнее положение. О величине натяжки говорят паспортные данные, предусмотренные для каждого устройства. При установке опор необходимо рассчитать их местоположение, они должны располагаться так, чтобы деформации приводили лишь к осевому смещению трубы на опоре.

Здравствуйте! При нагревании трубопроводы системы теплоснабжения имеют свойство удлиняться. И то, насколько они увеличатся по длине, будет зависеть от их начальных габаритов, от материала, из которого они изготовлены, и температуры вещества, транспортируемого по трубопроводу. В потенциале изменение линейных размеров трубопроводов может привести к разрушению резьбовых, фланцевых, сварных соединений, повреждению иных элементов. Разумеется, при конструировании трубопроводов учитывается то, что они удлиняются при нагревании и укорачиваются при наступлении низких температур.

Самокомпенсация теплотрасс и дополнительные компенсирующие элементы

Существует в сфере теплоснабжения такое явление, как самокомпенсация. Под этим понимается способность трубопровода самостоятельно, без помощи специальных устройств и приспособлений, компенсировать те изменения размеров, которые происходят в результате теплового воздействия, за счёт упругости металла и геометрической формы. Самокомпенсация возможна только при наличии в трубопроводной системе изгибов либо поворотов. Но не всегда при проектировании и монтаже имеется возможность для создания большого количества таких «естественных» компенсаторных механизмов. В таких случаях актуально подумать над созданием и установкой дополнительных компенсаторов. Они бывают следующих типов:

П-образные;

линзовые;

сальниковые;

волнистые.

Способы изготовления П-образных компенсаторов

В данной статье мы подробно поговорим о П-образных компенсаторах, которые на сегодняшний день являются самыми распространёнными. Данные изделия, покрытые полиэтиленовыми оболочками, можно применять на технологических трубопроводах всех типов. По сути, они являются одним из методов самокомпенсации - на коротком отрезке создаётся несколько изгибов в виде буквы «П», а затем трубопровод продолжает идти по прямой. Такие П-образные конструкции делаются из цельных изогнутых труб, из отрезков труб или отводов, которые сваривают между собой. То есть изготавливают их из того же самого материала, из той же марки стали, что и трубы.

Экономичней всего гнуть компенсаторы из одной цельной трубы. Но если общая длина изделия составляет более 9 метров, то их следует изготовлять из двух, трёх или семи частей.

В случае, если компенсатор нужно изготовить из двух составных частей, то шов располагается на так называемом вылете.

Трёхчастная конструкция предполагает, что гнутую «спинку» изделия будут создавать из цельного куска трубы, а потом к ней приварят два прямых отвода.

Когда частей предполагается семь, то четыре из них должны быть коленцами, а остальные три - патрубками.

Важно помнить и то, что радиус сгиба отводов при заготовке компенсаторов из прямых частей должен быть равен четырём наружным диаметрам трубы. Это можно выразить следующей несложной формулой: R=4D.

Из скольких бы частей не изготавливался описываемый компенсатор, сварной шов всегда желательно располагать на прямом участке отвода, который будет равен диаметру трубы (но не менее 10 сантиметров). Впрочем, бывают ещё и крутозагнутые отводы, где прямые элементы отсутствуют вовсе - в таком случае можно отойти от вышеуказанного правила.

Достоинства и недостатки рассматриваемых изделий

Компенсаторы данного типа специалисты рекомендуют применять для трубопроводов небольшого диаметра - до 600 миллиметров. Участки в виде больших букв «П» на данных трубопроводах при возникновении каких-либо колебаний эффективно гасят их за счёт изменения своего положения по продольной оси. Это как бы не позволяет колебаниям «продвигаться» по теплотрассе дальше. В трубопроводах, требующих разбора для того, чтобы произвести очистку, П-образные компенсаторы дополнительно снабжают присоединительными деталями на фланцах.

П-образные изделия хороши тем, что они не нуждаются в контроле в период эксплуатации. Это их отличает от изделий сальникового типа, для обслуживания которых нужны специальные камеры ответвлений. Однако для обустройства П-образных компенсаторов требуется некоторое пространство, а в плотно застроенном городе оно находится не всегда.

У рассматриваемых компенсаторов, разумеется, есть не только достоинства, но и недостатки. Самый очевидный из них такой – для изготовления компенсаторов дополнительно расходуются трубы, а они стоят денег. Кроме того, установка данных компенсаторов ведёт к тому, что увеличивается общее сопротивление движению жидкости-теплоносителя. Плюс ко всему такие компенсаторы отличают значительные размеры, и потребность в специальных опорах.

Расчёты для П-образных компенсаторов

В России по-прежнему не стандартизированы параметры для П-образных компенсаторов. Их производят в соответствии с нуждами проекта и по тем данным, которые в этом проекте прописываются (тип, размеры, диаметр, материал и т. д.). Но всё-таки определять габариты П-образного компенсатора наобум, конечно, не следует. Специальные расчёты помогут узнать те габариты компенсатора, которые окажутся достаточными для компенсации деформаций теплотрассы из-за температурных перепадов.

При подобных расчётах, как правило, принимаются следующие условия:

трубопровод изготовлен из стальных труб;

по нему течёт вода либо пар;

давление внутри трубопровода не превышает 16 бар;

температура рабочей среды не более 2000 градусов по Цельсию

компенсаторы симметричны, длина одного плеча строго равна длине второго плеча;

трубопровод находится в горизонтальном положении;

на трубопровод не действует давление ветра и прочие нагрузки.

Как мы видим, здесь берутся идеальные условия, что, разумеется, делает конечные цифры весьма условными и приблизительными. Но такие расчёт всё равно позволяют снизить риск повреждений трубопровода при эксплуатации.

И ещё одно важное дополнение. При расчётах изменения трубопровода под воздействием тепла за основу берётся наибольшая температура перемещаемой воды или пара, а температура окружающей среды, наоборот, выставляется минимальная.

Сборка компенсаторов

Собирать компенсаторы необходимо на стенде или на абсолютно ровной твёрдой площадке, на которой удобно будет производить сварочные работы и подгонку. Начиная работы, нужно точно нанести ось будущего П- участка и установить контрольные маячки для элементов компенсатора.

После изготовления компенсаторов нужно также проверить их размеры - отклонение от намеченных линий должно не превышать четырёх миллиметров.

Место для П-образных компенсаторов обычно выбирается с правой стороны теплопровода (если смотреть от источника тепла к конечному пункту). Если же справа нет необходимого пространства, то возможно (но лишь в качестве исключения) устроить вылет для компенсатора слева, не меняя в целом расчётные габариты. При таком решении с внешней стороны будет находиться обратный трубопровод, и размеры его окажутся чуть больше тех, что требовались согласно предварительным вычислениям.

Пуск теплоносителя всегда создаёт в трубах из металлов значительное напряжение. Чтобы справиться с ним, П-образный компенсатор в процессе монтажа следует растянуть по максимуму – это увеличит его эффективность. Растяжку делают после установки и фиксации опор с обеих сторон от компенсатора. Трубопровод при растяжке в зонах его приваривания к опорам должен оставаться строго неподвижным. П-образные компенсаторы сегодня растягивают при помощи талей, домкратов и прочих подобных приспособлений. Величину предварительной растяжки компенсирующего элемента (или величину его сжатия) следует обязательно указать в паспорте на теплотрассу и проектных документах.

Если планируется расположение П-образных элементов группами на нескольких трубопроводах, идущих параллельно, то растяжку заменяют такой процедурой, как натяжка труб в «холодном» состоянии. Подобный вариант предполагает и особый порядок проведения монтажных процедур. В данном случае компенсатор прежде всего следует установить на опоры и сварить стыки.

Но при этом в одном из стыков должен остаться зазор, который будет соответствовать заданной растяжке П-компенсатора. Для того, чтобы избежать снижения компенсационной способности изделия и предотвратить перекосы, для натяжения следует воспользоваться стыком, который будет находиться от оси симметрии компенсатора на расстоянии от 20 до 40 трубных диаметров.

Установка опор

Особо стоит сказать об установке опор для П-компенсаторов. Их необходимо смонтировать так, чтобы трубопровод перемещался лишь вдоль продольной оси и никак иначе. В таком случае компенсатор примет на себя все возникающие продольные колебания.

Сегодня для одного П-компенсатора необходимо устанавливать не менее трёх качественных опор. Две из них следует располагать под теми участками компенсатора, которые состыкуются с основным трубопроводом (то есть под двумя вертикальными палочками буквы «П»). Допустимо также монтировать опоры на самом трубопроводе поблизости от компенсатора. Причём между краем опоры и сварным стыком должно быть хотя бы на полметра. Ещё одна опора создаётся под спинкой компенсатора (горизонтальной палочкой в букве «П»), как правило, на особой подвеске.

Если теплотрасса имеет уклон, то боковые части П-образных элементов должны располагаться строго по уровню (то бишь уклон должен соблюдаться). В большинстве случаев компенсаторы в виде буквы «П» устанавливаются горизонтально. Если же компенсатор устанавливается в вертикальном положении внизу обязательно должна быть организована соответствующая дренажная система.

Какие данные о компенсаторах нужно занести в паспорт теплотрассы?

По окончании монтажа П-образного компенсатора в паспорт теплопровода вносятся такие сведения:

технические параметры компенсатора, предприятие-изготовитель и год производства;

расстояние меж опорами, производимая компенсация и величина растяжения;

температура окружающей атмосферы в период, когда проводились работы, и дата установки.

Что касается, например, компенсирующей способности П-образного изделия, то она имеет чёткую зависимость от ширины, от радиуса изгибов и вылета.

Расчёт П-образного компенсатора заключается в определении минимальных размеров компенсатора, достаточных для компенсации температурных деформаций трубопровода. Заполнив выше приведенную форму, вы сможете рассчитать компенсирующую способность П-образного компенсатора заданных размеров.

В основе алгоритма данной online программы лежит методика расчёта П-образного компенсатора приведенная в — Справочнике проектировщика «Проектирование тепловых сетей» под редакцией А. А. Николаева.

Максимальное напряжение в спинке компенсатора рекомендуется принимать в диапазоне от 80 до 110 МПа.

Оптимальное отношение вылета компенсатора к наружному диаметру трубы рекомендуется принимать в диапазоне H/Dн = (10 — 40), при этом вылет компенсатора в 10DN соответствует трубопроводу DN350, а вылет в 40DN – трубопроводу DN15.

Оптимальное отношение ширины компенсатора к его вылету рекомендуется принимать в диапазоне L/H= (1 — 1,5), хотя могут быть приняты и другие значения.

Если для компенсации расчётных тепловых удлинений необходим компенсатор слишком больших размеров, возможна его замена двумя меньшими компенсаторами.

При расчёте тепловых удлинений трубопровода температуру теплоносителя следует принимать максимальной, а температуру окружающей трубопровод среды минимальной.

В расчёте приняты следующие ограничения:

Трубопровод заполнен водой или паром
Трубопровод выполнен из стальной трубы
Максимальная температура рабочей среды не превышает 200 °С
Максимальное давление в трубопроводе не превышает 1,6 МПа (16 бар)
Компенсатор установлен на горизонтальном трубопроводе
Компенсатор симметричен, а его плечи одинаковой длины
Неподвижные опоры считаются абсолютно жёсткими
Трубопровод не испытывает ветрового давления и других нагрузок
Сопротивление сил трения подвижных опор при тепловом удлинении не учитывается
Отводы гладкие

Не рекомендуется располагать неподвижные опоры на расстоянии менее 10DN от П–образного компенсатора, так как передача на него момента защемления опоры снижает гибкость.

Участки трубопровода от неподвижных опор до П-образного компенсатора рекомендуется принимать одинаковой длины. Если компенсатор располагают не посредине участка а смещают в сторону одной из неподвижных опор, то силы упругой деформации и напряжения увеличиваются примерно на 20-40%, по отношению к значениям полученным для компенсатора, расположенного посередине.

Для увеличения компенсирующей способности применяют предварительное растягивание компенсатора. При монтаже компенсатор испытывает изгибающую нагрузку, нагреваясь принимает ненапряжённое состояние, а при максимальной температуре приходит в напряжение. Предварительное растягивание компенсатора на величину равную половине теплового удлинения трубопровода, позволяет увеличить его компенсирующую способность вдвое.

Область применения

П-образные компенсаторы применяют для компенсации температурных удлинений труб на протяжённых прямых участках, если возможности самокомпенсации трубопровода за счёт поворотов тепловой сети — нет. Отсутствие компенсаторов на жёстко закреплённых трубопроводах с переменной температурой рабочей среды, приведёт к росту напряжений способных деформировать и разрушить трубопровод.

Гибкие компенсаторы применяют

При надземной прокладке для всех диаметров труб независимо от параметров теплоносителя.
При прокладке в каналах туннелях и общих коллекторах на трубопроводах от DN25 до DN200 при давлении теплоносителя до 16бар.
При бесканальной прокладке для труб диаметром от DN25 до DN100.
Если максимальная температура рабочей среды превышает 50°C

Достоинства

Высокая компенсирующая способность
Не требует обслуживания
Прост в изготовлении
Незначительные усилия передаваемые на неподвижные опоры

Недостатки

Большой расход труб
Большая занимаемая площадь
Высокое гидравлическое сопротивление

Программа предназначена для быстрой оценки компенсирующей способности отдельных участков трубопроводной трассы, проверки толщины стенки, расчета расстояний между опорами. Рассчитываются трубопроводы надземной, канальной и бесканальной (в грунте) прокладки.

Начните прямо сейчас

Начать работу с программой очень просто.

Для работы в системе необходимо зарегистрироваться с помощью адреса своей электронной почты. После подтверждения адреса вы сможете с ним входить в систему.

Ваши данные хранятся на сервере и доступны вам в любое время. Обмен с сервером производится по защищенному протоколу.

Расчеты производятся на сервере, скорость их выполнения не зависит от производительности вашего устройства.

Расчетное ядро

Для расчетов используется ядро программного комплекса СТАРТ.

Расчетное ядро обновляется одновременно с выпусками новых версий СТАРТ.

С помощью StartExpress можно определить:

компенсирующую способность поворотов Г-, Z-образной формы и П-образных компенсаторов при прокладке трубопроводов над землей и в подземных каналах;
компенсирующую способность поворотов Г-, Z-образной формы и П-образных компенсаторов при бесканальной прокладке трубопроводов в грунте;
толщину стенки или предельное давление для труб согласно выбранному нормативному документу;
расстояния между промежуточными опорами трубопровода из условий прочности и жесткости;

Расчет поворотов Г-, Z-образной формы и П-образных компенсаторов при прокладке трубопроводов над землей и в подземных каналах осуществляется для участков, расположенных между двумя неподвижными (мертвыми) опорами. При известном расстоянии между неподвижными опорами определяется требуемый вылет для П-образного компенсатора, Z-образного поворота и короткое плечо для Г-образного поворота, исходя из допускаемых компенсационных напряжений. Это избавляет проектировщиков от необходимости пользоваться устаревшими номограммами для Г-, Z- и П-образных участков.

Расчет поворотов Г-, Z-образной формы и П-образных компенсаторов при бесканальной прокладке трубопроводов в грунте позволяет по заданному вылету для П-образного компенсатора или Z-образного поворота и длине короткого плеча Г-образного поворота определить допустимое расстояние между неподвижными опорами, то есть ту длину участка защемленного в грунте трубопровода, которая может быть скомпенсирована при заданном температурном перепаде. Рассматриваются П-образные компенсаторы и повороты Г-, Z-образной формы с произвольными углами. Для тех же трубопроводных участков можно выполнить проверочный расчет – при заданных габаритах определить напряжения, перемещения и нагрузки на неподвижные опоры.

В настоящий момент пользователю доступны два вида элементов:

Прямые участки трубопровода. Поверочный расчет и подбор толщины стенки, расчет длины пролетов.
Трубные компенсаторы различной конфигурации (Г,Z,П-образные) и расположения (вертикальный и горизонтальный наземной прокладки, подземной канальной прокладки, подземной в грунте). Поверочный расчет и подбор параметров компенсатора.

Нормативные документы, в соответствии с которыми производится расчет:

РД 10-249-98 - Трубопроводы пара и горячей воды
ГОСТ 55596-2013 - Тепловые сети
CJJ/T 81-2013 - Тепловые сети (стандарт КНР)
СНИП 2-05.06-85 - Магистральные трубопроводы
СП 36.13330.2012 - Магистральные трубопроводы
ГОСТ 32388-2013 - Технологические трубопроводы

Интерфейс пользователя

Адаптивный дизайн автоматически учитывает текущие размеры и ориентацию экрана.

Приложение оптимизировано для работы на различных устройствах - от настольного компьютера до смартфона.

Всегда под рукой, всегда последняя версия

Для работы достаточно иметь соединение с Интернет.

Ваши данные и результаты расчетов хранятся на сервере, и вы можете иметь к ним доступ везде, где бы вы ни находились.

Новые версии выходят для всех типов устройств одновременно.

Высокая скорость расчета

Скорость расчета не зависит от производительности вашего устройства.

Все расчеты выполняются на серверах, оснащенных самой последней версией ядра СТАРТ.

Число процессоров, задействованных для расчетов, изменяется динамически в зависимости от нагрузки.

к. т. н. С. Б. Горунович, рук. конструкторской группы Усть-Илимской ТЭЦ

Для компенсации тепловых расширений наибольшее распространение в тепловых сетях и на электростанциях находят П-образные компенсаторы. Несмотря на свои многочисленные недостатки, среди которых можно выделить: сравнительно большие габариты (необходимость устройства компенсаторных ниш в теплосетях с канальной прокладкой), значительные гидравлические потери (по сравнению с сальниковыми и сильфонными); П-образные компенсаторы имеют и ряд достоинств.

Из достоинств можно прежде всего выделить простоту и надежность. Кроме того, этот тип компенсаторов наиболее хорошо изучен и описан в учебно-методической и справочной литературе. Несмотря на это, часто у молодых инженеров, не имеющих специализированных программ, расчет компенсаторов вызывает затруднения. Связано это прежде всего с достаточно сложной теорией, с наличием большого количества поправочных коэффициентов и, к сожалению, с наличием опечаток и неточностей в некоторых источниках.

Ниже проведен подробный анализ процедуры расчета П-образного компенсатора по двум основным источникам , , целью которого являлось выявление возможных опечаток и неточностей, а так же сравнение результатов.

Типовой расчет компенсаторов (рис.1, а)), предлагаемый большинством авторов ÷, предполагает процедуру, в основе которой лежит использование теоремы Кастилиано:

где: U - потенциальная энергия деформации компенсатора, Е - модуль упругости материала трубы, J - осевой момент инерции сечения компенсатора (трубы),

;

где: s - толщина стенки отвода,

D н - внешний диаметр отвода;

М - изгибающий момент в сечении компенсатора. Здесь (из условия равновесия, рис.1 а)):

M = P y x - P x y + M 0 ; (2)

L - полная длина компенсатора, J x - осевой момент инерции компенсатора, J xy - центробежный момент инерции компенсатора, S x - статический момент компенсатора.

Для упрощения решения оси координат переносят в упругий цент тяжести (новые оси Xs , Ys ), тогда:

S x = 0, J xy = 0.

Из (1) получим силу упругого отпора P x :

Перемещение можно трактовать как компенсирующую способность компенсатора:

; (4)

где: α t - коэффициент линейного температурного расширения, (1,2х10 -5 1/град для углеродистых сталей);

t н - начальная температура (средняя температура наиболее холодной пятидневки за последние 20 лет);

t к - конечная температура (максимальная температура теплоносителя);

L уч - длина компенсируемого участка.

Анализируя формулу (3), можно прийти к выводу, что наибольшее затруднение вызывает определение момента инерции J xs , тем более, что предварительно необходимо определиться с центром тяжести компенсатора (с y s ). Автор резонно предлагает использовать приближенный, графический метод определения J xs , при этом учитывая коэффициент жесткости (Кармана) k :

Первый интеграл определяем относительно оси y , второй относительно оси y s (рис.1). Ось компенсатора вычерчивается на милиметровой бумаге в масштабе. Вся кривая ось компенсатора L разбивается на множество отрезков Δs i . Расстояние от центра отрезка до оси y i измеряется линейкой.

Коэффициент жесткости (Кармана) призван отобразить экспериментально доказанный эффект местного сплющивания поперечного сечения отводов при изгибе, что увеличивает их компенсирующую способность. В нормативном документе коэффициент Кармана определяется по эмпирическим формулам, отличным от приведенных в , .

Коэффициент жесткости k используется для определения приведенной длины L прД дугового элемента, которая всегда больше его фактической длины l г . В источнике коэффициент Кармана для гнутых отводов:

; (6)

где:- характеристика гиба.

Здесь: R - радиус отвода.

; (7)

где: α - угол отвода (в градусах).

Для сварных и короткозагнутых штампованных отводов источник предлагает воспользоваться другими зависимостями для определения k :

где:- характеристика гиба для сварных и штампованных отводов.

Здесь:- эквивалентный радиус сварного отвода.

Для отводов из трех и четырех секторов α=15 град, для прямоугольного двухсекторного отвода предлагается принять α = 11 град.

Следует отметить, что в , коэффициент k ≤ 1.

Нормативный документ РД 10-400-01 предусматривает следующую процедуру определения коэффициента гибкости К р * :

где К р - коэффициент гибкости без учета стесненности деформации концов изогнутого участка трубопровода;

При этом если , то коэффициент гибкости принимают равным 1,0.

Величина К p определяется по формуле:

, (10)

где.

Здесь P - избыточное внутреннее давление, МПа; E t - модуль упругости материала при рабочей температуре, МПа.

, (11)

Можно доказать, что по коэффициент гибкости К р * будет больше единицы, следовательно, при определении приведенной длины отвода по (7) необходимо брать его обратную величину.

Для сравнения определим гибкость некоторых стандартных отводов по ОСТ 34-42-699-85, при избыточном давлении Р =2,2 МПа и модуле Е t =2х10 5 МПа. Результаты сведем в таблицу ниже (табл. №1).

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что процедура определения коэффициента гибкости по РД 10-400-01 дает более «строгий» результат (меньшую гибкость отвода), при этом дополнительно учитывает избыточное давление в трубопроводе и модуль упругости материала.

Момент инерции П-образного компенсатора (рис.1 б)) относительно новой оси y s J xs определяем следующим образом :

где: L пр - приведенная длина оси компенсатора,

; (13)