Здавалка
Главная | Обратная связь

Компенсация температурных деформаций



Компенсация температурных деформаций стальных трубопроводов имеет важное значение в технике транспорта теплоты.

Если в трубопроводе отсутствует компенсация температурных деформаций, то при сильном нагревании в стенке трубопровода могут возникнуть большие разрушающие напряжения. Значение этих напряжений может быть рассчитано по закону Гука

 

(7.27)

 

где Е – модуль продольной упругости (для стали Е ≈ 2· 108 кПа); i – относительная деформация.

При повышении температуры трубы длиной l на Δt удлинение должно составить

(7.28)

 

где α – коэффициент линейного удлинения, 1/К (для углеродистой стали α = 12 ·10-6 1/К).

Если участок трубы защемлен и при нагревании не удлиняется, то его относительное сжатие

(7.29)

 

Из совместного решения (7.27) и (7.29) можно найти напряжение сжатия, возникающее в стальной трубе при нагреве прямолинейного защемленного (без компенсаторов) участка трубопровода

(7.30)

 

Для стали σ = 2,35 Δt МПа = 24 Δt кгс/см2. Как видно из (7.30), напряжение сжатия, возникающее в защемленном прямолинейном участке трубопровода, не зависит от диаметра, толщины стенки и длины трубопровода, а зависит только от материала (модуля упругости и коэффициента линейного удлинения) и перепада температур.

Усилие сжатия, возникающее при нагревании прямолинейного трубопровода без компенсации, определяется по формуле

 

(7.31)

 

где f – площадь поперечного сечения стенок трубопровода, м2 .

Способы компенсации температурных удлинений, применяемые в ТС, весьма разнообразны.

По своему характеру все компенсаторы могут быть разбиты на две группы: осевые и радиальные. Осевые компенсаторы применяются для компенсации температурных удлинений прямолинейных участков трубопровода. Радиальная компенсация может быть использована при любой конфигурации трубопровода. Радиальная компенсация широко применяется на теплопроводах, прокладываемых на территориях промышленных предприятий, а при небольших диаметрах теплопроводов (до 200 мм) – также и в городских ТС. На теплопроводах большого диаметра, прокладываемых под городскими проездами, устанавливаются главным образом осевые компенсаторы.

 

 

Осевая компенсация

 

 

На практике находят применение осевые компенсаторы двух типов: сальниковые и упругие.

На рисунке 7.33 показан односторонний сальниковый компенсатор. Между стаканом 1 и корпусом 2 компенсатора располагается сальниковое уплотнение 3. Сальниковая набивка, обеспечивающая плотность, зажимается между упорным кольцом 4 и грундбуксой 5. Обычно набивка выполняется из асбестовых колец квадратного сечения, пропитанных графитом. Компенсатор

вваривается в трубопровод, поэтому установка его на линии не приводит к увеличению количества фланцевых соединений.

 

 

 

Рисунок 7.33 Односторонний сальниковый компенсатор

1 – стакан; 2 – корпус; 3 – набивка; 4 – упорное кольцо; 5 – грундбукса.

 

 

На рисунке 7.34 приведен разрез двухстороннего сальникового компенсатора. Недостатком сальниковых компенсаторов всех типов является сальник, требующий систематического и тщательного ухода в эксплуатации. Набивка в сальниковом компенсаторе изнашивается, теряет со временем упругость и начинает пропускать теплоноситель. Подтяжка сальника в этих случаях не дает положительных результатов, поэтому через определенные периоды времени сальники приходится перебивать.

От этого недостатка свободны все типы упругих компенсаторов.

 

 

 

 

Рисунок 7.34 Двухсторонний сальниковый компенсатор.

 

 

На рисунке 7.35 показана секция трехволнового сильфонного компенсатора. Для уменьшения гидравлического сопротивления внутри сильфонной секции вварена гладкая труба. Сильфонные секции выполняются обычно из легированных сталей или сплавов. В нашей стране сильфонные компенсаторы изготовляются из стали 08Х18Н10Т на заводах Санкт-Петербурга.

Компенсирующая способность сильфонных компенсаторов определяется обычно по результатам испытаний или принимается по данным заводов-изготовителей. Для компенсации больших термических деформаций соединяют последовательно несколько сильфонных секций.

 

 

 

 

Рисунок 7.35 Трехволновой сильфонный компенсатор.

 

 

Осевая реакция сильфонных компенсаторов представляет собой сумму двух слагаемых

(7.32)

 

где sк осевая реакция от температурной компенсации, вызываемая деформацией волны при термическом расширении трубопровода, Н; sд осевая реакция, вызываемая внутренним давлением, Н.

Осевая реакция от температурной компенсации, Н, может быть определена по формуле

(7.33)

 

где Δl – термическая деформация компенсатора, м; n – число волн; ε – жесткость волны, Н/м.

Жесткость волны сильфона ε представляет собой частное от деления осевого усилия на осевую деформацию волны, вызываемой этим усилием, и зависит от профиля волны, ее геометрических размеров (наружного и внутреннего диаметра, ширины) и толщины стенки компенсатора. Значение ε определяется экспериментально.

Осевая реакция внутреннего давления


(7.34)

 

 

где ψ – опытный коэффициент, зависящий от геометрических размеров и толщины стенки волны (в большинстве случаев ψ = 0,5 0,6); D, d – наружный и внутренний диаметры волны, м; ри избыточное давление теплоносителя, Па.

Для повышения устойчивости против деформации сильфонов под действием внутреннего давления компенсаторы выполняются разгруженными от внутреннего давления путем соответствующей компоновки сильфонных секций в корпусе компенсатора, выполняемого из трубы большего диаметра. Такая конструкция компенсатора показана на рисунке 7.36.

 

 

 

Рисунок. 7.36 Разгруженный сильфонный компенсатор

lр длина в растянутом состоянии; lсж длина в сжатом состоянии.

 

 

Перспективным методом компенсации температурных деформаций может служить применение самокомпенсирующихся труб, технология изготовления которых разработана Институтом электросварки им. Е.О. Патона (Киев). При производстве спирально-сварных труб из полосы листового металла на нем роликом выдавливается продольная канавка глубиной примерно 35 мм. После сварки такого листа канавка превращается в спиральный гофр, способный компенсировать температурную деформацию трубопровода. Опытная проверка таких труб показала положительные результаты.

 

 







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.