Расчитать компенсирующую способность п образ компенсатора

Расчёт П-образного компенсатора

Расчёт компенсирующей способности компенсатора заданных размеров.

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.

Рекомендации к расчёту

1. Максимальное напряжение в спинке компенсатора рекомендуется принимать в диапазоне от 80 до 110 МПа.
2. 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.
3. Оптимальное отношение ширины компенсатора к его вылету рекомендуется принимать в диапазоне L/H= (1 — 1,5), хотя могут быть приняты и другие значения.
4. Если для компенсации расчётных тепловых удлинений необходим компенсатор слишком больших размеров, возможна его замена двумя меньшими компенсаторами.
5. 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

Рекомендации к монтажу

1. Не рекомендуется располагать неподвижные опоры на расстоянии менее 10DN от П–образного компенсатора, так как передача на него момента защемления опоры снижает гибкость.
2. 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.
3. 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

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

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

• Большой расход труб
• Большая занимаемая площадь
• Высокое гидравлическое сопротивление

Образец расчёта П-образного компенсатора

Мир инженера

информация для инженеров и проектировщиков

П-образный компенсатор

П-образный компенсатор ППУ

Приветствую Вас, дорогие и уважаемые читатели сайта “world-engineer.ru”. В этой статье Вы узнаете, что такое П-образный компенсатор, а также по какой формуле рассчитать П-образный компенсатор. Узнаете, как выполнить расчет П-образного компенсатора и поймете, что такое растяжка П-образного компенсатора.

Широкое применение при монтаже тепловых сетей с трубопрово­дами нашли П-образные компенса­торы. П-образный компенсатор – это участок трассы тепловой сети, изготовленный из отводов и прямых участков труб, соединенных при помощи электродуговой сварки. Более простым языком, П-образные компенсаторы – это гибкие компенсаторы, которые при температурном расширении двигаются, тем самым совершая поглощение осевых нагрузок при его движении. Диаметр, толщина стенки, и марка стали труб для гибких компенсаторов должны быть такие же, как и для трубопроводов основных участков. Расположение П-образных компенсаторов при монтаже рекомендуется принимать горизон­тальное.

Для компенсации тепловых удлинений трубопроводов применяются сальниковые компенсаторы, сильфонные компенсаторы, гибкие П-образные компенсаторы, а также используются повороты трассы (самокомпенсация).

Применение П-образного компенсатора позволяет так же более живучей проектировать трассу тепловой сети, так как лишь на углах поворотах трассы тепловой сети можно менять уклоны трубопроводов при построении продольного профиля. Правило простое — чем больше углов поворотов, тем проще строить профиль тепловой сети и тем самым можно регулировать уровень заложения трубы. Допустим, если бы вся трасса была длиной 1 км без углов поворотов с применением сальниковых компенсаторов и неподвижных опор, и начальное заглубление трассы тепловой сети от поверхности земли было 1 метр, то на конце 1 км участка даже с минимальным уклоном в 0,002 вполне могла оказаться глубина заложения в 5 метров от поверхности земли. Все индивидуально от рельефа земной поверхности, а также от количества и глубины залегания пересекаемых тепловой сетью инженерных коммуникаций. В любом случае применение П-образного компенсатора намного эффективнее.

Согласно правилам Госгортехнадзора, в качестве компенса­торов допускается применение:

а) гибких П-образных, лирообразных и других нормально изогну­тых труб того же назначения и качества, что и на прямых участках, — для трубопроводов всех категорий;

б) нормально изогнутых отводов при условии, что радиус сгиба труб при изготовлении компенсаторов должен быть не менее 3, 5 номинального наружного диаметра труб; также допускается применение крутоизогнутых отводов;

в) сварных секторных отводов – для трубопроводов тепловых сетей диаметром свыше 450 мм.

Устройство П-образного компенсатора

Все части П-образных компенсаторов соединяются сваркой. Установка П-образных компенсаторов выполняется так, чтобы его ось симметрии была сдвинута от проектного положения на 1/4 компенсирующей способности ком­пенсатора в сторону той неподвижной опоры, между которой и компен­сатором все стыки должны быть сварены в первую очередь. У другой неподвижной опоры остается несваренным один стык с расстоянием между кромками в соответствии с проектной величиной растяжки компенсатора. Стяжка производится стяжными болтами или другими приспособлениями. Подвижные опоры устанавливаются на расстоя­нии, равном двум-трем диаметрам трубы, считая от качала гнутья отводов (посередине прямых участков П-образного компенсатора, но не под сварными стыками). Расчет П-образного компенсатора стальных труб онлайн и опре­деление напряжений в их опасных сечениях производятся по форму­лам и номограммам (см. рисунки и таблицы ниже).

Вспомогательные номограммы для расчета П-образных компенсаторов с гнутыми отводами

а – номограмма для расчета П-образного компенсатора для Ду = 50, 70, 80, 100 мм

б — номограмма для расчета П-образного компенсатора для Ду = 125, 150, 175, 200 мм

в — номограмма для расчета П-образного компенсатора для Ду = 250, 300, 350, 400 мм

Вспомогательные номограммы для расчета самокомпенсации тепловых удлинений

а – номограмма для определения напряжений изгиба в сечении А Г-образных компенсаторов;

б – номограмма для определения напряжений изгиба в сечении А Z-образных компенсаторов;

в – номограмма для определения размеров Z-образных компенсаторов.

Пример расчета П-образного компенсатора по номограммам

Пример 1. Определить напряжение в наиболее нагруженном сечении А при следующих данных: Dy = 200 мм; l1 = 10 м; l2 = 30 м; а = 0 0 ; Δt = 173 0 C.

Решение: n = 30/10 = 3.

По номограмме (рис. а) находим б_А 1 = 3,1 кгс/см 2 (0,3 МПа) при Δt = 1 0 C),

тогда б_А = 3,1 * 173 = 536 кгс/см 2 (53,6 МПа).

Пример 2. Определить длину плеча компенсатора l при следующих данных: воспринимаемое удлинение Δ = 14 см, наружный диаметр трубы Dн = 159 мм, длина короткого параллельного плеча компенсатора l1 = 15 м.

Ход решение по номограмме (рис. в) показан стрелками.

Примечание. Номограмма составлена при биз = 80 МПа (800 кгс/см 2 ).

Компенсирующие плечи Г-образных участков трубопроводов с разными плечами без учета влияние гнутого отвода

Минимальная длина l, м, компенсирующих плеч Г-образных участков трубопроводов с равными плечами (см. рисунок выше)

Расчет П-образных компенсаторов

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 [2], [4], целью которого являлось выявление возможных опечаток и неточностей, а так же сравнение результатов.

Типовой расчет компенсаторов (рис.1, а)), предлагаемый большинством авторов [1]÷[4], предполагает процедуру, в основе которой лежит использование теоремы Кастилиано:

; (1)

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)):

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:

Из (1) получим силу упругого отпора P_x:

. (3)

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 [3] резонно предлагает использовать приближенный, графический метод определения J_xs, при этом учитывая коэффициент жесткости (Кармана) k:

(5)

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 [4] коэффициент Кармана определяется по эмпирическим формулам, отличным от приведенных в [2], [3].

Коэффициент жесткости k используется для определения приведенной длины L_прД дугового элемента, которая всегда больше его фактической длины l_г. В источнике [2] 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 [2] предлагает воспользоваться другими зависимостями для определения k:

; (8)

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 [2], [3] коэффициент k ≤ 1.

Нормативный документ РД 10-400-01 [4] предусматривает следующую процедуру определения коэффициента гибкости К_р*:

; (9)

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 [4] 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).

N п/п	Наименование отвода	Коэффициент Кармана (по [2])	Коэффициент жесткости по [4], (обратная величина –1/ Кр*)
1	90° – 89×3,5	0,154	0,207
2	90° – 159×6	0,154	0,206
3	90° – 325×10	0,134	0,176
4	90° – 630×12	0,106	0,113

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что процедура определения коэффициента гибкости по РД 10-400-01 [4] 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 [2]:

; (12)

где: L_пр – приведенная длина оси компенсатора,

; (13)

y_s – координата центра тяжести компенсатора:

. (14)

Максимальный изгибающий момент М_макс (действует вверху компенсатора):

; (15)

где Н – вылет компенсатора, согласно рис.1 б):

Максимальное напряжение в сечении стенки трубы определяется по формуле:

; (16)

где: m₁ – коррекционный коэффициент (коэффициент запаса), учитывающий увеличение напряжений на гнутых участках.

Cтраницы: 1 | 2 | читать дальше>>

П-образный компенсатор и его особенности

П-образный компенсатор, размеры которого выбираются в зависимости от диаметра используемых труб, представляет собой трубопроводный фитинг, предназначенный для нивелирования линейного удлинения труб. Основная функция данного элемента заключается в предотвращении деформации и провисания трубопроводных коммуникаций.

Особенности П-образных компенсаторов

У компенсационных фитингов в виде буквы «П» оба конца, которые присоединяются к трубам, находятся на одной оси, поэтому данные элементы монтируются на прямых отрезках магистралей. Такие компенсаторы подходят для использования в технологических коммуникациях разных видов. Обычно они изготавливаются из того же материала, что и трубопроводная система. В качестве исходного сырья служат куски труб либо отводов, которые соединяются с помощью сварки.

При монтаже стальных трубопроводов более экономически выгодно изготавливать компенсаторы из цельного отрезка трубы посредством способа гнутья. При этом должна выполняться следующая пропорция: R = 4D, где R – радиус изгиба, а D – диаметр трубы. Если длина П-образного компенсатора превышает 9 м, то он должен состоять не менее, чем из двух частей.

Правила расчёта П-образного компенсатора тепловой сети обеспечивают:

• Сохранение герметичности трубопровода и продление его эксплуатационного периода;
• Минимизирование линейного расширения труб в результате скачков давления и температурных колебаний;
• Гашение появляющихся вихревых потоков;
• Равномерное распределение давления в сети.

Как подобрать П-образный компенсатор

Правильный выбор компенсационного элемента является залогом безупречной работы коммуникации в целом. Перед покупкой данного фитинга, необходимо убедиться, что он:

• Соответствует материалу трубопровода;
• Имеет тот же диаметр и толщину стенок, что и трубы.

В жилых домах для устройства коммуникаций обычно используются трубы диаметром 20 мм.

Особенности монтажа П-образного компенсатора

Чтобы система работала безотказно на протяжении всего периода эксплуатации, важно соблюдать правила установки всех элементов, в том числе и компенсаторов. Перед монтажом следует отметить на схеме точки неподвижных креплений.

Рекомендации по установке П-образных компенсаторов

–Важно, чтобы неподвижные опорные элементы располагались на расстоянии не больше, чем 10DN (условных проходов) от компенсационного элемента, поскольку при передаче момента защемления опорного элемента обеспечивается заметное снижение гибкости.

– Отрезки трубопроводной сети между опорами и компенсаторами должны быть равные по длине. При расположении П-образного фитинга не по центру данного отрезка, а с некоторым смещением в направлении одного из опорных креплений, наблюдается увеличение сил упругих деформационных нагрузок и напряжения приблизительно на 20-40% относительно показателей, которые получены при расположении компенсатора по центру.

– Прежде, чем приступить к монтажным работам, рекомендуется растянуть фитинг. При этом компенсирующая способность П-образного компенсатора будет увеличена.

Расчёт П-образного компенсатора

Расчёт П-образного компенсатора тепловых сетей сводится к определению минимальных размеров изделия, достаточных для нивелирования давления в системе. При этом следует учитывать, что:

• Номинальное напряжение, которое может создаваться в спинке компенсационного фитинга, может варьировать в пределах 80-100 МПа;
• Вылет (H – часть компенсатора, расположенная перпендикулярно к трубопроводу) по отношению к внешнему диаметру (Dn) – это значение должно быть 10-40 единиц;
• В оптимальном случае отношение ширины (L) изделия к вылету (H) составляет 1-1,5 раза;
• Рассчитывая линейное расширение, нужно указывать наивысшую температуру рабочей среды и наименьшее значение температуры окружающего пространства.
• Если в результате расчётов окажется, что нужен П-образный компенсатор больших габаритов, то лучше заменить его двумя более маленькими.

Расчёт П-образного компенсатора стальных труб выполняется с учётом того, что:

• В качестве рабочей среды служит пар или вода;
• Рабочее давление, создаваемое в системе, максимум 16 бар;
• Температура теплоносителя – до 200оС;
• Изделия имеют симметричную конструкцию, то есть плечи имеют одинаковую длину;
• Трубопроводная коммуникация в месте монтажа компенсаторов расположена горизонтально.

Для расчётов принимаются идеальные условия, поэтому следует понимать, что полученные значения являются в большей степени условными. Но даже эти расчёты позволяют минимизировать риски при работе трубопроводной системы.

Температурное линейное расширение труб с гибким П-образным компенсатором в направлении осей координат X и Y рассчитывается по формуле:

– коэффициент температурного удлинения углеродистых сталей;

– разность температур рабочей и внешней среды (расчётная величина);

хВ, хА – координаты концов отрезка трубопроводной коммуникации в точках А и В по оси Х;

yB, yA – соответственно по оси Y.

Полное температурное удлинение в направлении оси координат рассчитывается по формуле:

Для участков, которые расположены симметрично по отношению к оси Y, температурное линейное расширение в направлении данной оси принимается за 0 (ноль). При этом для расчёта полного температурного удлинения применяется формула:

L – расстояние между неподвижными опорными элементами.

Температурная разница определяется следующим образом:

При вычислениях принято считать, что неподвижные опорные элементы имеют полностью жёсткое крепление. А сопротивление сил трения опор подвижного типа при температурном линейном расширении во внимание не берётся.

Стоимость П-образного компенсатора

Изготовленный по ГОСТ П-образный компенсатор может иметь различную стоимость, которая обусловлена техническими характеристиками и материалом изготовления. Но каждый справляется с задачей компенсации.

Компенсаторы п-образные обладают хорошей компенсирующей способностью, отличаются простотой в изготовлении, передают небольшие нагрузки на неподвижные опоры и не нуждаются в обслуживании. При монтаже необходимо учитывать, что они требуют много места.

Полипропиленовые трубы не требующие компенсаторов

Полипропиленовые трубы от немецкой компании «Aquatherm» имеют много преимуществ, одним из которых является минимальное линейное тепловое расширение 0,035 мкм. Таким низким показателем не может похвастаться ни одна аналогичная продукция. В большинстве случаев коэффициент линейного термического расширения составляет 0,15 мкм.

Минимальная деформация гарантирует работу трубопровода без повреждений долгие годы и обеспечивает возможность не использовать компенсаторы при вертикальной прокладке в шахте и каналах.

Трубы произведенные в Германии, широкого спектра применения.

Система отлично подходит для подведения воды к бассейнам, как в частных, так и промышленных масштабах. Так же используется для транспортировки химических сред.

Трубы произведенные в Германии, широкого спектра применения.

Трубопроводная система из инновационного материала fusiolen, специально разработанная для систем холодоснабжения, обогрева поверхностей, транспортировки агрессивных сред и сжатого воздуха, а также для систем геотермальной энергетики.

Вопросы, комментарии, отзывы

Ваш комментарий отправлен!

Чтобы задать любой интересующий Вас вопрос, отправить запрос на расчет продукции или запросить необходимую документацию Вы можете воспользоваться специальной формой на сайте, отправить письмо по электронной почте или позвонить по телефону