Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий - Особенности температурной компенсации при бесканальной прокладке. Радиальная компенсация

7.4. Особенности температурной компенсации при бесканальной прокладке.

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

.

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

.

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

.

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

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

При Δt= Δt*, перемещение свободного конца составит: Δl=0.5αl(τ – t₀), т.е. происходит недокомпенсация трубопровода.

При Δt > Δt*, напряжения в сечении над опорой меняются, удлинение составляет величину: Δl=αlΔt=0.5αlΔt*.

Рис.7.9. Температурные деформации и напряжения в бесканальных теплопроводах

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

б) – изменение напряжений при нагреве и охлаждении

При повышении температуры (от Δt =0 до Δt = Δt*) в данном сечении возникает напряжение сжатия, которое растет от 0 до -s₁ (линия 0-1 на рис.7.8б). При дальнейшем повышении температуры - от Δt 1 до Δt 2 напряжение сжатия не меняется (линия 1-2). Процесс, происходящий при снижении температуры показан линией 2-3-4-5. На участке 2-3 температура снижается на Δt2- Δt3 = Δt1- Δt0, а напряжение сжатия уменьшается до 0. При дальнейшем снижении температуры – до Δt4 – возникает напряжение растяжения, которое растет от 0 до s₁ при Δt4. При дальнейшем снижении температуры напряжение не меняется, т.к. сила сжатия больше силы трения. Последующие циклы нагрева и охлаждения характеризуются линией 5-6-7-2-3-4-5. При длине пролета больше lmax напряжение у опоры может стать больше допустимого, и трубопровод может быть разрушен.

7.5. Радиальная компенсация

Компенсация напряжений за счет изгиба отдельных участков самого трубопровода называется естественной компенсацией. Преимущества – простота устройства, надежность, разгруженность неподвижных опор от усилий внутреннего давления. Недостаток – поперечное перемещение деформируемых участков. Это требует увеличения сечения непроходных каналов и затрудняет применение засыпных изоляций и бесканальной прокладки.

Максимальное изгибающее напряжение в П-образном компенсаторе есть , где A=2{1/k[3.14Rl2-2.28R2l+1.4 R3]+0.67l3+l1l2-4R l2+2 l2l1-1.33 R3}. Это напряжение возникает в "спинке" компенсатора (верхняя горизонтальная перекладина). При предварительной растяжке компенсатора на половину теплового удлинения трубопровода компенсирующая способность есть

Рис.7.10. Схема П-образного компенсатора