Използване на направляващи опори на тръбопроводи с аксиални силфонни компенсатори

E.V. Кузин, директор на ATEX-ENGINEERING LLC, Иркутск;

В.В. Логунов, заместник генерален директор,

В.Л. Поляков, главен проектант на проекти за отоплителни мрежи, АО АЕЦ Компенсатор, Санкт Петербург

В статия [1] разгледахме изчислението на тръбопровода за стабилност. Ако изчислението покаже, че тръбопроводът не е стабилен, тогава е необходимо да се стабилизира топлопроводът чрез подреждане на направляващи опори.

Водещите опори според тяхното функционално предназначение могат да бъдат разделени на два вида:

■ опори от първи тип, които осигуряват подравняването на разклонителните тръби на аксиалния компенсатор и тяхното движение стриктно по оста на компенсатора;

■ опори от втори тип, които осигуряват стабилността на топлопровода.

Първият тип направляващи опори се използва, ако конструкцията на силфонния компенсатор не е в състояние самостоятелно да осигури необходимото подравняване на дюзите на компенсатора и не може да издържа на външни натоварвания - странични сили и огъващи моменти.

В зависимост от конструкцията на компенсатора на силфона са възможни следните схеми за подреждане на направляващи опори от първия тип, които осигуряват центровката на дюзите на компенсатора и тяхното надлъжно движение.

1. Конструкцията на силфонния компенсатор не е в състояние да издържи нито на странични сили, нито на огъващи моменти (компенсатор без направляващ корпус или с корпус, който предпазва само от външни влияния по време на транспортиране и монтаж). В този случай от всяка страна на компенсатора са монтирани две двойки направляващи опори. Първата двойка е инсталирана на разстояние 2-4Du, втората - на разстояние 14-16Du (фиг. 1а). Когато монтирате компенсатор на силфон на разстояние до 4DN от неподвижна опора, монтирайте направляващи опори от противоположната странане се изисква (фиг. 1b).

2. Конструкцията на силфонния компенсатор осигурява мощен защитен корпус, който е в състояние да поеме страничните сили, но не може да поеме моментите на огъване. В този случай е необходимо да се монтират три направляващи опори: една двойка се монтира на разстояние 14-16Dn, а третата опора - на разстояние 2-4Dn (фиг. 2а). Ако компенсаторът е монтиран на разстояние 2-4Dn от неподвижната опора, тогава от противоположната му страна се монтира само една направляваща опора на разстояние 14-16Dn (фиг. 2b).

3. Силфонният компенсатор е проектиран със здрав защитен капак и вътрешни водачи, които могат да издържат на странични сили и моменти на огъване. Такъв дизайн за нормалната му работа не изисква инсталиране на водещи опори от първия тип. Пример за такова устройство е SKU съгласно техническото задание ЯНШ.300260.033 АД Компенсатор АЕЦ.

Водещите опори от първия тип трябва да бъдат проектирани за странично натоварване от 15% от сумата на силата на разширение и твърдостта на компенсатора, трябва да бъдат от женски тип и трябва да осигурят подравняването на дюзите на компенсаторите в рамките на стойностите, посочени от производителя на силфонния компенсатор.

Неправилното подравняване на компенсаторите е един от критичните фактори, влияещи върху експлоатационния живот на силфонния аксиален компенсатор. При определяне на допустимите отклонения на аксиалните линии на направляващите опори е необходимо да се вземе предвид празнината в направляващата опора.

Например, за OPNR-16-400-200 (DN400 mm, Ru = 16 kgf / cm 2), допустимото отклонение на дюзите на компенсатора Δnorm е 10 mm, празнината в направляващите опори е λ = 2 mm. По този начин максималното разминаване на аксиалните линии на направляващите опори Δ=Δnorm - 2λ (фиг. 3) и в този случай е 6мм.

Насочващите опори от 1-ви тип трябва стриктно да спазват допустимите отклонения в рамките на целия експлоатационен живот, следователно, свободностоящи направляващи опори от първи тип могат да се изграждат само върху неувиснали почви, с основа или други мерки, за да се гарантира, че това условие е изпълнено. В противен случай направляващите опори трябва да са достъпни за проверка и да имат средства за редовна проверка на страничните отклонения. Проверката на направляващите опори от 1-ви тип и измерването на техните странични отклонения трябва да се извършва най-малко веднъж годишно. Ако граничните отклонения са превишени, е необходимо да се изравнят направляващите опори, докато страничните отклонения се върнат в границите на допустимите стойности.

Нека разгледаме ефекта от страничното отклонение над допустимите стойности върху работата на компенсатора на силфона. За компенсатор тип OPNR-16-400-200 (допустимото максимално отклонение на разклонителните тръби Δ^ρ,M, зададено от производителя, е 10 mm), максималното изместване Δ за такъв компенсатор с определено време на работа, еквивалентно по отношение на разрушителния ефект на температурната история на отоплителната мрежа за 30 години [2], е 15 mm. За силфонен компенсатор сумата от относителните деформации за всеки тип деформация не трябва да надвишава единица.

Да приемем, че по време на изграждането на направляващите опори е допуснато разместване на компенсаторните тръби от 15 mm. Общо имаме 15-10=5 мм изместване над допустимите от производителя стойности. Относителната деформация на срязване ще бъде 5/15=1/3. Така относителната деформация в аксиална посока за нашия случай не трябва да надвишава 1-1/3=2/3 от нормалната стойност, т.е. максималната компенсираща способност ще намалее от 200 на 133,3 mm. Ако компенсаторът на силфона все още ще работи с аксиална амплитуда200 mm (т.е. с амплитуда 150% от изчислената максимална стойност), тогава експлоатационният му живот ще намалее с 8-12 пъти.

От разгледания пример се вижда решаващото влияние на качеството на изпълнение на направляващите опори върху продължителността на работа на силфонния компенсатор, който се нуждае от направляващи опори от първия тип.

На фиг. 4-6 показват конструкциите на направляващи опори от 1-ви тип.

Направляващи опори от първия тип могат да бъдат направени както на отделна основа, така и вградени в съществуващи строителни конструкции (тави, стени на камери и др.), При условие че е осигурено стандартното странично натоварване и подравняването се поддържа в определените граници.

Водещи опори от втори тип се използват за стабилизиране на нестабилен тръбопровод и се монтират на участъци от тръбопровода по такъв начин, че да се осигури достатъчна стабилност на тръбопровода.

Ако е необходимо, страничните движения на стабилния тръбопровод могат да бъдат ограничени от направляващи опори от втори тип. Например, ако има опасност от преобръщане на тръбопровода от плъзгащи се опори и др.

Нека обърнем внимание на следния факт: стабилността на тръбопровода изобщо не означава, че тръбопроводът не прави странични движения по време на работа, но в този случай може да се изчисли големината на страничните движения. Монтирането на направляващи опори от първия тип не означава автоматично стабилизиране на тръбопровода.

Силата Pc, необходима за прекъсване на стабилността на участъка на тръбопровода между две направляващи опори от втори тип, се изчислява по формулата (формулата се извежда подобно на формулата за участък с конзолни краища, с единствената разлика, че синусоидата се приема като апроксимираща крива вместо косинусоида):

Нотацияса подобни на тези, приети по-рано в статията [1].

Необходимо е да се избере такова разстояние между направляващите опори от втори тип 1c, така че силата Pc да се окаже по-голяма от действителната сила на натиск.

За вертикалната равнина, като се вземе коефициентът a1 = 1, е възможно да се изчисли устойчивостта на тръбопровода на отделяне от плъзгащи се опори - да се определи необходимостта от инсталиране на направляващи опори от ограждащ тип и да се изчисли разстоянието между тях.

Правила за подреждане на направляващи опори от втори тип.

1. Направляващи опори от втори тип се монтират равномерно по дължината на прав (няма завои повече от 3 O) участък от тръбопровода, в количество, което гарантира, че действителното разстояние между направляващите опори от 2-ри тип и други ограничителни конструкции на тръбопровода е не повече от изчислената стойност Lu.

2. Ако в участъка на нестабилния тръбопровод има ъгли на огъване повече от 3 O, тогава страничното движение на такива завои е ограничено чрез инсталиране на направляващи опори, монтирани на разстояние 20Du от ъгъла. Ако има друга ограничителна конструкция на разстояние 20Du или по-малко от ъгъла на завоя, тогава направляващата опора от втори тип не е монтирана от тази страна на завоя.

3. Страничните движения на стабилен тръбопровод с ъгли на въртене могат да бъдат ограничени чрез инсталиране на направляващи опори от втори тип в съответствие с тези изисквания.

4. Силфонният компенсатор трябва да бъде монтиран на разстояние най-малко 20Du от направляващата опора от втори тип.

При спазване на тези правила приблизително страничното натоварване върху направляващата опора от втория тип може да се определи по формулата:

(2)

където Fpp - дистанционна сила от компенсатора при изпитвателно налягане; Fzh е силата от твърдостта на компенсатора и е ъгълът на огъване до негонаправляваща опора (в градуси).

По-точно изчисляване на натоварванията върху направляващите опори може да се получи с помощта на специализиран софтуер, например софтуера START, но трябва да се помни, че реалният тръбопровод съдържа завои и отклонения, които най-често дизайнерите не включват в изчислителния модел.

При проектирането на тръбопровод в софтуера START е разрешено свободно поставяне на направляващи опори, при условие че е посочено възможно отклонение на монтажа на тръбопровода.

Нека разгледаме подреждането на направляващите опори, използвайки пример. Има нестабилен тръбопровод. На разстояние 15Du от лявата неподвижна опора H1 има ъгъл на въртене 4 O UT1 по посока на часовниковата стрелка, след това има прав участък със силфонно компенсиращо устройство SKU според YANSH.

Първо, изчисляваме разстоянието 1_ts (фиг. 7).

Тъй като ъгълът UT1 е разположен на разстояние по-малко от 20Du от неподвижната опора H1, тогава в този ъгъл ще е необходимо да се монтира само една направляваща опора на разстояние 20Du от дясната му страна. Проверяваме дали разстоянието между инсталираната направляваща опора и фиксираната опора H1 е по-малко от Lu.

Във втория ъгъл на UT2 монтираме две направляващи опори на разстояние 20Du от всяка страна. Проверяваме дали разстоянието между всички водещи опори и неподвижните опори не надвишава Lu (виж Фиг. 7).

По правило направляващите опори от втори тип възприемат значително по-малко натоварване в сравнение с водещите опори от първия тип. Освен това направляващите опори от втори тип не изискват толкова прецизно подравняване - грешките при монтаж на направляващи опори от втори тип се компенсират от гъвкавостта на тръбопровода. INВ по-голямата част от случаите вторият тип направляваща опора е необходима само за ограничаване на страничните движения и следователно не е необходима ограждаща конструкция на такава опора.

Конструктивно направляващата опора от втория тип може да бъде конвенционална плъзгаща опора, към вградената част на която са заварени ъгли-страни с разстояние до 5 mm, което позволява свободно аксиално движение и ограничава страничното движение на тръбопровода. Дължината и кракът на шева трябва да бъдат проектирани за устойчивост на срязване чрез изчисленото странично натоварване с коефициент на безопасност най-малко 1,3. Конструкцията на плъзгащата се опорна възглавница не трябва да позволява възглавницата да се плъзга по дъното на канала под действието на изчисленото странично натоварване.

Същата конструкция на направляващата опора може да се използва и при големи диаметри с малки завои на тръбопровода, но в случай на по-значителни странични натоварвания ще е необходимо да се укрепи конструкцията на направляващите елементи чрез вграждането им в стените на тавата, подсилване на възглавницата на плъзгащата се опора, използване на рамкови направляващи опори и др.

Необходимостта от направляваща опора от женски тип се определя от резултатите от изчислението за стабилност във вертикална равнина, при което коефициентът на триене в перпендикулярна посока спрямо оста на тръбопровода се приема равен на 1,0 [1]. Както показва практиката, почти всички тръбопроводи с аксиални силфонни компенсатори и номинален диаметър над 150 mm са стабилни във вертикалната равнина поради значителната маса на тръбопровода.

При използване на аксиални силфонни компенсатори на тръбопроводи може да се появи ефектът от натрупване на странични отклонения. Проявява се по следния начин: при нагряване на тръбопровода с първоначално леко отклонение се получава странично отклонение на оста на тръбопровода от монтажната позиция. При охлажданетръбопровод, поради възможността за разширяване на компенсатора, тръбопроводът вече няма да се върне в монтажната си позиция. Така следващият цикъл на нагряване ще се случи вече при по-голямо първоначално отклонение (фиг. 8).

1.Кузин Е.В., Логунов В.В., Поляков В.Л. Стабилност на тръбопроводи с аксиални силфонни компенсатори // Новини за топлоснабдяване. 2011. № 7. С. 42-50.

2.Кузин Е.В., Логунов В.В., Поляков В.Л. Относно определеното време на работа на силфонните компенсатори // Новини за топлоснабдяване. 2011. № 3. С. 48-50

Е.В. Кузин, В.В. Логунов, В.Л. Поляков, Използването на направляващи опори на тръбопроводи с аксиални силфонни компенсатори

Източник: списание Heat Supply News № 12 (136), 2011 г., www.ntsn.ru/12_2011.html

Тема:Отоплителни мрежи
изтегляне archive.zip (207 kb)
изтегляне на pdf (1423 kb)
Отпечатайте статия
Обсъдете статията във форума
Етикети: силфонни компенсатори