Что соответствует допустимой невязке.
Избытка давления.
Оформить все необходимо в виде пояснительной записки, начертить генплан на листе формата А4, вычертить расчетную схему тепловой сети с указанием нумерации участков, диаметров участков, и длин участков.,
2.РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ
Провести расчет теплоизоляционной конструкции для головного участка тепловой сети.
Основные виды теплоизоляционных материалов и изделий, применяемых для изоляции теплопроводов (Приложение 4).
Согласно указаниям СНиПа 2.04.07-86 толщины основного слоя теплоизоляционных конструкций теплопроводов должны определяться на основе технико-экономических расчетов или по действующим нормам плотности теплового потока. Нормы плотности теплового потока трубопроводами тепловых сетей, прокладываемых в непроходных каналах и бесканально, при среднегодовых значениях температур теплоносителя и окружающей среды для первого территориального района (Приложение 5).
Значения плотностей теплового потока при других заданных температурах теплоносителя и окружающей среды, а также для других территориальных районов определяются по формуле
Вт/м,
где - нормы плотности теплового потока, по приложение 5 и 6, Вт/м;
- расчетная среднегодовая температура теплоносителя,ºC;
- расчетная среднегодовая температура окружающей среды, ºC;
- среднегодовая температура теплоносителя, принятая при расчете норм тепловых потерь, ºC;
- среднегодовая температура окружающей среды, принятая при расчете норм тепловых потерь, ºC.
При расчете теплоизоляционной конструкции необходимо выбрать толщину теплоизоляционного слоя dиз и определить плотность теплового потока:
где t – температура теплоносителя, ºC;
t о – температура окружающей среды, ºC.
Полное термическое сопротивление R е зависит от способа прокладки трубопроводов тепловой сети.
Расчет тепловой изоляции трубопроводов тепловых сетей
при двухтрубной прокладке в непроходном канале
В качестве теплоизоляционного слоя в соответствии со СНиП 2.04.14-88 следует применять материалы со средней плотностью не более 400 кг/м3 и теплопроводностью не более 0,07 .
Полное термическое сопротивление подающего и обратного теплопроводов определяется по формулам:
(3)
(4)
Каждое из слагаемых определяется из выражения
где – коэффициент теплопроводности основного теплоизоляционного материала, принимается по прил. 1,
;
-диаметр изоляционного слоя изоляционной конструкции, м;
– наружный диаметр трубопровода, м;
где – коэффициент теплопроводности материала покровного слоя конструкции,
;
- диаметр покровного слоя изоляционной конструкции, м;
где - коэффициент теплоотдачи;
где - диаметр, эквивалентный внутреннему периметру канала,м;
где – коэффициент теплопроводности материала канала,
;
– диаметр, эквивалентный наружному периметру канала, м.
При значениях термическое сопротивление грунта определяется по формуле:
где – коэффициент теплопроводности грунта, принимается равным 1,2 + 2,2
;
– эквивалентная глубина заложения.
где h – глубина заложения теплопровода до его оси, м.
При значениях применяется приближенная формула:
,
,
где F – площадь поперечного сечения канала, м2;
P – периметр этого сечения, м.
При проведении расчетов следует предварительно задаться значениями dn и do и определить значения термических сопротивлений.
В расчетах значения коэффициентов теплоотдачи от поверхности изоляционной конструкции к воздуху в канале
и теплоотдачи от воздуха в канале к его внутренней поверхности
принимаются
Вт/(м·оС).
Для определения теплового потока необходимо найти температуру воздуха в канале по выражению
.
Тогда плотность теплового потока для подающего или обратного теплопроводов можно определить из выражения
.
После этого производится сравнение полученной плотности теплового потока q с нормативной , и если соблюдается соотношение то расчет считается законченным.
,
Если же расхождения значительны, то необходимо задаться новыми значениями dn и do, и расчет повторить.
Температура на поверхности теплоизоляционной конструкции после окончательного подбора толщины тепловой изоляции может быть найдена из выражения
.
При транспорте теплоносителя от источника тепла к потребителю из-за потерь тепла температура теплоносителя уменьшается. Падение температуры на участке тепловой сети определяется по формуле
,
где – длина участка, м;
- расход теплоносителя на участке, кг/ч;
- теплоемкость теплоносителя, кДж/ (кг·ºC);
- коэффициент, учитывающий потери тепла опорами труб, компенсаторами, арматурой и т.д.
Расчет тепловой изоляции трубопроводов тепловых сетей
при двухтрубной бесканальной прокладке
Для теплоизоляционного слоя при бесканальной прокладке следует применять, как правило, материалы со средней плотностью не более 600 кг/м3 и теплопроводностью не более 0,13 Вт/(м·оС).
Полное термическое сопротивление подающего и обртного теплопроводов можно найти из выражений:
;
,
где – термическое сопротивление, учитывающее взаимодействие тепловых потоков теплопроводов, Вт/(м·оС).
При одинаковой глубине заложения теплопроводов определяется из выражения
;
где – расстояние между осями трубопроводов по горизонтали, м.
При различных глубинах заложения теплопроводов и
термическое сопротивление
определяется по формуле
.
Расчет тепловой изоляции ведется аналогично канальной прокладке, т.е. предварительно необходимо задаться толщиной изоляции и
, рассчитать термическое сопротивление
. Тогда плотность теплового потока можно определить из выражения
.
Полученные плотности теплового потока сравнивают с нормированными и при необходимости производят пересчет.
Пример.
Расчёт производится на главном участке (от ТЭЦ до первого ответвления)
Определить толщину тепловой изоляции для двухтрубной прокладки тепловой сети диаметром в железобетонном непроходном канале с размерами 2,41 x 1,105 м (внутренний) и 2,62 × 1,355 м (наружный).
Место строительства – Европейская часть. Средняя температура теплоносителя в подающем теплопроводе , в обратном
. Глубина заложения оси трубопроводов
. Грунт суглинистый
, влагосодержание 20%. Среднегодовая температура грунта
. В качестве тепловой изоляции принимаем маты минераловатные, прошивные, ГОСТ 2/880-88 марки 100. Покровный слой из стеклоткани
.
Для трубопроводов с
по нормам плотность теплового потока
и
, тогда
;
.
Принимаем толщину слоя тепловой изоляции и покровного слоя ,
,
.
Для определения коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала температуру по наружной поверхности слоя тепловой изоляции принимаем , тогда
;
;
;
;
,
;
;
;
;
;
Определяем термическое сопротивление:
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
Определяем соотношение
,
тогда
;
.
Определяем температуру внутри канала:
.
Определяем тепловые потери:
.
Сравниваем с нормами:
;
;
невязка .
МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
3.1 Определение расстояний между неподвижными опорами
Неподвижные опоры фиксируют отдельные точки трубопро4вода, делят его на независимые в отношении температурных удлинений участки и воспринимают усилия, возникающие в трубопроводах при различных схемах и способах компенсации тепловых удлинений.
Расстояние между неподвижными опорами по компенсирующей способности сальниковых компенсаторов определяют по формуле:
αрасч – расчетная компенсирующая способность сальникового компенсатора в мм. Расчетную компенсирующую способность сальниковых компенсаторов принимают меньше αмах (Приложение 6) на величину Z, которая учитывает недостающую точность изготовления компенсаторов и возможную податливость неподвижных опор. Значение величины Z принимают равной 40 ÷ 50 мм для односторонних и 100 мм – для двухсторонних компенсаторов.
t – расчетная температура теплоносителя в оС;
t н.о.- расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления в оС;
α – коэффициент линейного расширения трубной стали в мм/м оС (Приложение 7).
Исходные данные:
Диаметр трубы – 300 мм.
Расчетная температура теплоносителя 150 оС.
Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления -26 оС.
Решение
(Прил.6).
Z = 30 мм
α = 1.25·10-2 мм/м оС (Прил. 7).
Определение расстояний между подвижными опорами
Максимальный пролет между подвижными опорами на прямом участке трубопровода из условия прочности трубы определяют по формуле:
– допустимое эквивалентное напряжение для весовой и ветровой нагрузок, кгс/мм2;
;
– коэффициент зависящий от типа компенсаторов (Прил. 8);
– допустимое напряжение от внутреннего давления, кгс/мм2 (Прил. 9);
– момент сопротивления поперечного сечения трубы при расчетной толщине стенки трубы, см3 (Приложение 2);
0.8 – коэффициент пластичности;
– эквивалентная весовая нагрузка, кгс/м.
Эквивалентную весовую нагрузку при подземной прокладке трубопроводов принимаем равной расчетному весу трубопровода в рабочем или холодном состоянии ( = q, кгс/м). q – вес 1 м трубопровода: вес трубы (q тр), воды (q в) (Приложение 10), изоляционной конструкции (q из).
Пролет между подвижными опорами при сальниковых компенсаторах определяют расчетом по растягивающим и по сжимающим напряжениям. Коэффициент φ1 = 1.
Решение
= 1.095·11.2 = 12.3 кгс/мм2;
= 1,095;
= 11.2;
= 616 см3;
q тр = 62.54 кгс;
q в = 74.99 кгс;
q из = 29 кгс;
= q = 62.54+74.99+29 = 166.5 кгс;
а) расчет по сжимающим напряжениям
φ1 = 1;
;
б) расчет по растягивающим напряжениям
φ1 = 0.95;
за расчетный принимаем пролет с l max = 25.4 м.
3.2 Выбор габаритов П-образного компенсатора.
Величина теплового удлинения трубопровода определяют по формуле, мм
, (3.1)
где α – коэффициент линейного расширения углеродистых трубных сталей, (табл. 3.1);
– длина рассматриваемого участка трубопровода, м;
t 1 – максимальная температура стенки трубы, принимаемая равной максимальной температуре теплоносителя, ;
t 2 – минимальная температура стенки трубы, принимаемая расчетной температуре наружного воздуха для отопления, , (t 2 = t о).
Таблица 3.1– Коэффициенты линейного расширения трубных сталей α и модуль упругости Е
Температура стенки трубы, ![]() | ![]() | ![]() | Температура стенки трубы, ![]() | ![]() | ![]() |
1,18 1,20 1,22 1,24 | 2,05 1,99 1,975 1,95 | 1,25 1,27 1,28 1,30 | 1,93 1,915 1,875 1,847 |
При определении расчетного теплового удлинения компенсатора учитывают его предварительную растяжку в размере 50% от полного теплового удлинения компенсируемого участка трубопровода. Конструктивно можно принять компенсатор, у которого отношение прямых участков для спинки и вылета равно 0,5.
Пример. Определить вылет П-образного компенсатора с гнутыми гладкими отводами и силу упругой деформации при следующих данных:
Dу = 200 мм.
Расстояние между неподвижными опорами = 100м.
Максимальная температура теплоносителя =150 0С.
Расчётная температура наружного воздуха = – 20 0С.
Тепловое удлинение определяем по формуле (3.1).
Δ l = 1,25 · 10-2· 100 · (150 + 20) = 212,5 мм.
Расчётное тепловое удлинение с учётом предварительной растяжки в размере 50% составит
Δ l расч = 0.5 · 212,5 = 106 мм.
При спинке компенсатора, равной половине вылета компенсатора, т.е. при l 3 = = 0,5 l 2 и Δ l расч = 106 мм, по номограмме находим вылет компенсатора Н = 3,7 м (значит, В = 1,85 м) и силу упругой деформации Р к = 0,63 м·с.
Номограммы для трубопроводов Dу > 200 мм приведены в [2].
3.3. Определение установочной и монтажной длины сальникового компенсатора
Расчетную компенсирующую способность сальниковых компенсаторов принимают меньше указанной в табл. 3.2 на величину Z, которая учитывает возможное смещение неподвижных опор и неточность изготовления. Значение величины Z принимают равной 40 ÷ 50 мм для односторонних и 100мм – для двухсторонних компенсаторов.
При определении габаритов камер в случае неполного использования компенсирующей способности компенсатора установочную его длину Lуст находят по формуле
, (3.2)
где L расч – расчетная компенсирующая способность компенсатора, мм.
Монтажная длина сальникового компенсатора L м определяется с учетом температуры наружного воздуха при монтаже трубопроводов по формуле
, (3.3)
где t м – температура наружного воздуха, при которой производится монтаж трубопровода, .
Таблица 3.2 – Основные характеристики сальниковых компенсаторов
D y, мм | D н, мм | Наружный диаметр расточки стакана D с н, мм | Площадь сечения стакана F сн, см2 | Длина сальниковой набивки l с, мм | Наружный диаметр корпуса Dк н, мм | Длина компенсатора \ А, мм | Наибольшая компенсирующая способность l к, мм | Масса, кг |
820/1620 863/1620 | 250/2 х 250 | 20,5/41,6 25,4/49,9 | ||||||
990/1900 1160/2160 1210/2160 1170/2160 1175/2160 | 300/2 х 300 | 43,8/86,4 92/177 125,9/243 158/305 167/318 | ||||||
1360/2560 | 400/2 х 400 | 212/405 |
Примечание. В числителе указаны размеры для одностороннего компенсатора, в знаменателе – для двустороннего.
Пример. Определить тепловое удлинение участка трубопровода, установочную и монтажную длину одностороннего сальникового компенсатора. Для участка между неподвижными опорами l = 80 м, D у = 400 мм, максимальная температура теплоносителя 0С, t о = -210С, t м = +100С.
По табл. 3.2 находим максимальную длину компенсатора А = 1360 мм и наибольшую его компенсирующую способность l к = 400 мм.
Определяем тепловое удлинение участка по формуле (3.1):
.
Расчетная компенсирующая способность компенсатора:
L расч = 400 − 40 = 360 мм.
Установочная длина компенсатора по формуле (3.2):
.
Монтажная длина компенсатора по формуле (3.3):
.
3.4. Определение монтажной длины сильфонного компенсатора
Максимальная компенсирующая способность СК или СКУ обеспечивается посредством его предварительного деформирования до величины Lм, мм,рассчитываемый по формуле
L м = L +α l [0,5(t 1 + t 2) – t м]·1,1,
где L – длина СК или СКУ в состоянии поставки (Приложение 11), мм;
α – коэффициент линейного расширения стали (табл. 3.1), мм/м°С;
l – длина участка между неподвижными опорами, м;
t 1 – максимальная температура стенки трубы, принимаемая равной максимальной температуре теплоносителя, ;
t 2 – минимальная температура стенки трубы, принимаемая расчетной температуре наружного воздуха для отопления, , (t 2 = t о);
t м – температура наружного воздуха, при которой производится монтаж трубопровода, , принять равной +100С;
1,1 – коэффициент, учитывающий неточности расчёта и погрешности монтажа.
3.5. Проверка возможности использования для самокомпенсации угла поворота трассы
Пример: Проверить возможность использования для самокомпенсации
Г-образного участка трубопровода при следующих данных:
наружный диаметр D н, см ………………………………… 32,5;
толщина стенки трубы s, мм………………………………. 8;
угол поворота, град……………………………………… 120;
длина большего плеча l б, м……………………………….. 30
длина меньшего плеча l м, м……………………………….15;
максимальная температура теплоносителя, °С ………….. 150;
расчетная температура наружного воздуха t о, °С ……….. -30.
Решаем задачу по формулам (табл. 3.3) для схемы 2 (рис.3.1): расчетный угол °С; соотношение плеч
; расчетная разность температур
°С. По номограммам (рис. 3.2 и 3.3) определяем значение вспомогательных коэффициентов при n = 2, β = 30°,
С = 6,4; А = 21; В = 20. Определяем значение вспомогательных величин для
D н = 32,5см и s = 8 мм по таблице 3.4
.
Продольно изгибающее компенсационное напряжение в заделке меньшего плеча
.
Полученное значение σа не превышает заданного предела 8 кгс/мм2, следовательно, размеры плеч достаточны.
Силы упругой деформации в заделке меньшего плеча составляют
Таблица 3.3 – Формулы для определения сил упругой деформации р х и р у, кгс, и изгибающих компенсационных напряжений σ, кгс/мм2
Схема расчетного участка | Расчетные формулы |
![]() ![]() ![]() | |
![]() ![]() ![]() ![]() ![]() | |
![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() |
Примечание. Индексами a, b, c и d обозначены точки на схеме, для которых определяются изгибающие компенсационные напряжения σ и коэффициенты A, B, C. R – радиус оси гнутой трубы.
Таблица 3.4 – Вспомогательные величины для нахождения рх ру иσ
D H, см | s, мм | R, м | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() |
3,2 3,8 4,5 5,7 7,6 8,9 10,8 13,3 15,9 19,4 21,9 27,3 32,5 37,7 42,6 | 2,5 2,5 2,5 3,5 3,5 3,5 4,5 | 0,15 0,15 0,2 0,2 0,35 0,35 0,5 0,5 0,6 0,7 0,85 1,2 1,5 1,7 | 0,0061 0,0106 0,0181 0.0506 0,126 0,206 0.425 0,809 1.56 3.18 5.47 12,4 24,0 42,3 61,6 | 0,00768 0,00912 0,0108 0,0137 0,0182 0,0214 0,0259 0,0319 0,0382 0,0466 0,0526 0,0655 0,078 0,0905 0.102 | 0,271 0,46 0,454 1,27 1,03 1,69 1,7 3,24 4,35 6,5 7,57 12,4 16,7 18,8 21,3 | 0,0512 0,0608 0,054 0,0685 0,0521 0,0611 0,0518 0,0633 0,0636 0,0665 0,0618 0,0655 0,065 0,0604 0,0601 |
Рис. 3.1. Схемы 1, 2, 3 расчётных участков трубопроводов
Рис. 3.2. Номограмма для определения коэффициента С в расчёте Г-образного участка трубопровода с углом поворота больше 90о без учета гибкости отвода
Рис. 3.3. Номограмма для определения коэффициентов А и В при определении упругой деформации в заделке меньшего плеча
3.6. Определение усилий на опоры
А. Определение усилий на опоры в тепловых сетях со стальными
трубопроводами
1) Определение горизонтальной осевой нагрузки на неподвижную опору
при установке сальниковых и П-образных компенсаторов.
На плане тепловой сети выбрать неподвижную опору и вычертить одну из схем расчетного участка (схемы приведены в таблице 3.4). Расчетные длины (L 1 и L 2) выбираются в зависимости от конфигурации участка.
Усилия, воспринимаемые неподвижными опорами, складываются из неуравновешенных сил внутреннего давления, сил трения в сальниковых компенсаторах и в подвижных опорах, а также сил упругой деформации
П-образных компенсаторов и участков самокомпенсации. При определении усилий на неподвижные опоры учитывается схема участка трубопровода, тип подвижных опор и компенсирующих устройств, расстояние между неподвижными опорами и наличие запорной арматуры и ответвлений.
Коэффициент трения для скользящих опор μ = 0,3, для катковых μ = 0,1.
В таблице 3.5 приведены наиболее характерные схемы расчетных участков трубопроводов и расчетные формулы. Неравномерность затяжки сальников компенсаторов и работы подвижных опор учитывается коэффициентом 0,3.
Силы трения в сальниковых компенсаторах определяют по формулам, т·с
● от затяжки болтов
;
● от внутреннего давления
,
гдеn – число болтов, шт.;
f н – площадь кольца набивки, см2;
– принимается не менее 10 кгс/см2;
Dс – наружный диаметр стакана компенсатора, см;
b – длина набивки по оси компенсатора, см;
μ – коэффициент трения набивки (принять равным 0,15);.
Таблица 3.5 – Расчетные формулы для определения осевых и боковых сил на неподвижные опоры трубопроводов (от одной трубы)
Номер схемы | Схема расчетного участка трубопроводов | Расчетные формулы |
![]() | Н 0 = 0,3 p c | |
![]() | H 0 = p c + pF cн | |
![]() | При L 1 > L 2 H 0 = 0,3 p c + q μ(L 1 – 0,7 L 2) | |
![]() | H 0 = p c + pF cн + q μ L | |
![]() | Н 0 = 0,3 p c + q μ L | |
![]() | При D1 > D 2 H 01 = p cl + q 1μ L + pF cн1 При D1 < D 2 H 02 = p c2 + pF cн2 | |
![]() | При D1 > D 2 H 01 = p cl + pF cн1 При D1 > D 2 H 02 = p c2 + q 2μ L 2 + pF cн2 | |
![]() | H 0 = p к + q μ L | |
![]() | При D1 > D 2 H 01 = p Кl + q 1μ L 1 При D1 > D 2 H 02 = p К2 + q 1μ L 2 | |
![]() | При нагревании D1 > D 2 H 0 = p c + pF cн – p К – 0,7 q 2μ L При охлаждении D1 = D2 H 0 = q 2μ L + pF cн + p К – 0,7 p c |
Примечание. В формулах приняты следующие обозначения:
H 0 – суммарная осевая сила на неподвижную опору, т;
p c – сила трения в сальниковом компенсаторе, т·с;
q – вес 1 м трубопровода, кгс;
p к – сила упругой деформации П-образных компенсаторов, т·с;
L 1, L 2 – длина трубопровода по обе стороны неподвижной опоры, м;
F cн – площадь сечения стакана компенсатора, см2.
Для расчетов принимается большее значение рс, получающееся от затяжки болтов или от внутреннего давления. Силу трения в сальниковом компенсаторе допускается принимать по номограмме на рисунке 3.4.
Пример. Определить усилие на неподвижную опору участка трубопровода, изображенного на схеме 10 таблицы 3.5.
Диаметр условного прохода трубопровода на участке с сальниковым компенсатором Dу = 400 мм; на участке с П-образным компенсатором Dy = 300 мм, длина участка L = 50 м, рабочее давление теплоносителя р = 10 кгс/см2, t о = -300С. рс определяем по номограмме на рисунке 3.4.
При Dy = 400 мм и р = 10 кгс/см2, рс = 4,5 т.
Силу упругой деформации П-образного компенсатора Dy = 300 м принимаем p к = = 1,6 т по [2].
Вес 1 м трубы с водой (по таблице 3.6) qrp = 137,5, вес изоляционной конструкции q щ = 17кгс, общий вес q2 = 155 кгс.
Таблица 3.6 – Условный проход штуцера и запорной арматуры для выпуска воздуха
Dy, мм | 25-80 | 100-150 | 200-300 | 350-400 | 500-700 | 800-1200 |
Условный проход штуцера, мм |
Коэффициент трения μ = 0,3; сечение стакана сальникового компенсатора (табл. 3.2) Fcн = 1372 см2.
Рис. 3.4. Номограмма для определения сил трения в сальниковом компенсаторе для Dу < 400мм. Для Dу > 400мм значения р с приведены в [2].
Осевое усилие на неподвижную опору трубопровода определяем по формуле:
● при нагревании:
Н0= p c+ pF cн – p к –0,7 q 2 μ L =4,5+10·1372·10-3–1,6– 0,7·155·0,3·50·10-3 =15 т;
● при охлаждении:
H 0= q 2 μ L + pF cн + p к –0,7 p c = 155·0,3·50·10-3·10·1372·10-3+1,6–0,7·4,5 = 14,5 т.
По величине горизонтальной осевой нагрузки на опору подбирают тип и конструкцию неподвижной опоры.
2. Расчёт усилий на опоры при установке сильфонных компенсаторов.
При определении нормативных нагрузок на опоры следует учитывать влияние следующих сил: распорного усилия сильфонных компенсаторов, РР; жёсткости сильфонных компенсаторов, РЖ; усилия от трения в опорах на участках канальных и надземных прокладок, или трения теплопровода о грунт на участках бесканальной прокладки, РТР. Кроме того, следует учитывать в конкретных расчётных схемах теплопроводов неуравновешенные силы внутреннего давления, Р н; упругую деформацию гибких компенсаторов или самокомпенсации, Р х, Р у; ветровую нагрузку при надземной прокладке, РВЕТЕР.
● Распорное усилие от внутреннего давления, Н, определяется по формуле
Р р = 1,25 РS эф,
где Р – рабочее давление среды, 10кгс/см2;
S эф – эффективная площадь поперечного сечения сильфонного компенсатора, см2, (Приложение 11).
Пример: Определить Р р. Условный диаметр трубопровода, на котором установлен сильфонный компенсатор, 150мм. S эф = 279см2.
Р р = 1,25·10·279 = 3487,5кгс = 34875Н.
● Усилие, возникающее вследствие жёсткости осевого хода компенсаторов, Н, определяется по формуле
Р ж = С λλ-1,
где С λ – жёсткость осевого хода, Н/см, (Приложение 11);
λ-1 – амплитуда осевого хода, мм, (Приложение 11).
Пример: Определить Р ж. Условный диаметр трубопровода,