Радиальная компенсация

При радиальной компенсации термическая деформация трубопро­вода воспринимается за счет изги­ба специальных эластичных вставок или отдельных участков самого трубопровода.

Последний метод компенсации тепловых деформаций называется естественной компенсацией. Естест­венная компенсация находит широ­кое применение на практике.

Преи­муществами ее над другими вида­ми компенсации являются: просто­та устройства, надежность, отсутствие необходимости в надзоре и ухо­де, разгруженность мертвых опор от усилий внутреннего давления.

Недостатком естественной ком­пенсации является поперечное перемещение деформи- руемых участ­ков трубопровода, требующее уве­личения ширины непроходных ка­налов и затрудняющее применение засыпных изоляций и бесканаль­ных конструкций.

При сооружении теплопроводов следует максимально использовать все естественные повороты и изги­бы трубопроводов для компенсации тепловых удлинений. К применению специальных компенсаторов реко­мендуется прибегать лишь после использования всех возможностей естественной компенсации.

Расчет естественной компенса­ции заключается в нахождении уси­лий и напряжений, возникающих в трубопроводе под действием упругой деформации. Методика расчета базируется на основных за­конах теории упругости, связываю­щих величины деформации с дей­ствующими усилиями.

Участки трубопровода, воспри­нимающие температурные деформа­ции при естественной компенсации, состоят из колен и прямых участков. Гнутые колена повышают гиб­кость трубопровода и увеличивают его компенсирующую способность. Влияние гнутых колен на компенси­рующую способность особенно за­метно в трубопроводах большого диаметра.

Изгиб кривых участков труб со­провождается сплющиванием попе­речного сечения, которое превра­щается из круглого в эллиптиче­ское.

На рис. 3 показана изогнутая труба с радиусом кривизны R. Вы­делим двумя сечениями ab и cd эле­мент трубы. При изгибе в стенке трубы с выпуклой стороны возни­кают растягивающие, а с вогну­той— сжимающие усилия. Как рас­тягивающие, так и сжимающие уси­лия дают равнодействующие Т, нормальные к нейтральной оси.

Рис. 3. Сплющивание кри­вой трубы при изгибе.

Под действием сил Т поперечное сечение трубы сплющивается и превращается из круглого в эллиптическое. При сплющивании жест­кость трубы понижается. Коэф­фициент понижения жест­кости трубы вследствие сплю­щивания определяется следующей формулой:

k= (1+12 h²) / (10 + 12h²), {9)

где h — так называемый коэффи­циент трубы, который на­ходится по формуле

h = δR / r², (10)

где δ — толщина стенки трубы; R —радиус изгиба оси трубы; г —средний радиус поперечно­го сечения трубы.

Формула (9) действительна при значениях коэффициента трубы h >0,3. Значения k приведены на рис. 4.

Рис. 4. Зависимость коэффициента понижения жестко­сти гнутых труб от коэффициента трубы.

Для прямой трубы коэффициент понижения жесткости трубы k = 1.

С увеличением диаметра трубы значение коэффициента понижения жесткости k падает.

Одновременно с переходом круг­лого сечения трубы в эллиптиче­ское вследствие сплющивания про­исходит изменение напряжения от изгиба и перераспределение этого напряжения по сечению трубы. Ес­ли максимальное напряжение, воз­никающее при изгибе круглой тру­бы, обозначить через σ, то макси­мальное напряжение, возникающее в трубе со сплющенным сечением, при той же величине деформации составит mσ, где m — поправочный коэффициент на­пряжения для гнутых гладких труб.

Поправочный коэффициент на­пряжения m для гнутых труб по сравнению с прямыми трубами при 0,2< h <2 определяется следую­щей зависимостью:

m = 2 /3k . (11)

Значение поправочного коэффи­циента m приведено на рис. 5.

Рис. 5. Зависимость коррекционного коэффициента напряжения от коэффициента трубы.

При малых значениях коэффи­циента трубы h, т. е. для труб большого диаметра, поправочный коэффициент m достаточно высок, значительно превышает единицу. По мере уменьшения диаметра тру­бопровода и связанного с этим ро­ста коэффициента трубы h значение поправочного коэффициента m па­дает. При коэффициенте трубы h≥0,6 поправочный коэффициент напряжения достигает величины, близкой к единице.

Для определения напряжений и компенсирующей способности сим­метричных конфигураций трубопро­водов, в которых прямая, соединя­ющая смежные мертвые опоры, совпадает с осью трубо­провода, удобно поль­зоваться методом, ос­нованным на теории изгиба кривого бруса.

4. Расчет компенсаторов

Дата добавления: 2014-01-15