Напряжение от внутреннего давления в трубопроводе. Расчет толщины стенок трубопровода.

Т/д т/с на прочность рассчитываются по формулам для тонкостенных сосудов, т. к. у них δ∕d <0,2.

Рассмотрим основные напряжения, возникающие в т/д т/с.

І. Итак, под действием сил внутреннего давления на стенки трубопровода возникают следующие напряжения:

1. Напряжения растяжения в торцевой плоскости, нормальной к оси трубы . Его вектор направлен по образующей цилиндра.

Осевая сила внутреннего давления в торцевой плоскости, нормальной оси трубы.

- площадь торцевого сечения , тогда

 

2.Напряжение растяжения в осевой (меридиональной) плоскости .Его вектор направлен по касательной к окружности трубы.

;

Следует отметить, что сила действует не при всех схемах т/д. В разрезных конструкциях (где есть сальниковый компенсатор)

В не разрезных конструкциях и - определяется по исходным формулам.

Суммарное напряжение под действием сил внутреннего давления определяется по энергетической теории прочности для неразрезных конструкций:

а для разрезных конструкций

Из сравнения (*) и (**) видим, что в т/д испытывающих осевую силу внутреннего давления чем в т/д где эта сила не действует. Это объясняется тем, что потенциальная энергия деформации формы, являющаяся по энерг. теории мерой прочности материала, получается меньше тогда, когда напряжение растяжения действует в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, а не в одной плоскости.

ІІ. Кроме того, в стенках трубопровода возникают напряжения изгиба .

1. - под действием собственного веса т/д с водой, изоляцией и арматурой, изгиб под действием снега и ветра.

- под действием термической деформации в гнутых компенсаторах и на участках естественной компенсации.

Суммарное напряжение от изгиба:

ІІІ. В пространственных конструкциях также возникают крутящие моменты τ. В плоскостных конструкциях τ = 0.

Итак, при одновременном действии всех видов деформации мах приведённое напряжение

Для плоских

Приведённое мах напряжение не должно превосходить допускаемого напряжения для наиболее опасного сечения т/д, которым является сварной стык.

Т. е.

Где - допускаемое напряжение.

Толщина стенки трубы определяется по формулам

;

где n – коэффициент перегрузок = 1.1

- предел текучести, Па

Из двух формул выбирается наибольшее значение .

 

20. Общие требования к теплоизоляционным конструкциям. Коэффициент эффективности теплоизоляции:

Трубопровод имеет теплопотери в окружающую среду. Для их уменьшения служит тепловая изоляция. Она характеризуется коэффициентом эффективности тепловой изоляции :

где QИ - теплопотери изолированного трубопровода;

QН.И - теплопотери неизолированного трубопровода.

В тепловых сетях теплоизоляции подлежат трубопроводы, арматура, компенсаторы, фланцевые соединения, опоры независимо от температуры теплоносителя и способа прокладки тепловой сети.

Допускается не изолировать обратные трубопроводы тепловой сети при прокладке в каналах и при технико-экономическом обосновании. Разрешается не изолировать конденсатопроводы в каналах совместной прокладки с паропроводом, а также транспортирующие конденсат на сброс. Для тепловых сетей следует принимать типовые конструкции тепловой изоляции.

Общие требования к теплоизоляционным конструкциям.

Имеют достаточно высокий коэффициент эффективности.

Иметь температуру на поверхности теплоизоляции в помещении не выше 450С, в каналах и туннелях не выше 60 0С.

Иметь общую толщину теплоизоляционной конструкции не более предельной, указанной в нормах.

Не препятствовать деформации трубопровода при температурном удлинении.

Не иметь сплошных продольных или поперечных швов.

быть достаточно индустриальными.

При необходимости иметь эстетический вид.

 

 

21 Материалы и конструкции теплоизоляции, гидроизоляционного и покровного слоя и требования к ним:

Покровный слой

Гидроизоляционный слой.

Основной теплоиз-нный слой.

Назначение слоёв:

Покровный слой – для защиты гидроизоляционного слоя и основного теплоизоляционного слоя от повреждений.

Гидроизоляционный слой – для защиты основного слоя от увлажнения.

Основной теплоизоляционный слой – для создания необходимых теплоизоляционных свойств, для уменьшения тепловых потерь.

В зависимости от способа выполнения основной теплоизоляционной конструкции теплоизоляция может быть:

Засыпные; Литые; Мастичные; Сборные; Набивные; Обёрточные; Обмоточные (навивные); Заводского нанесения.

1. Конструкции основного теплоизоляционного слоя

Засыпная конструкция

а)В траншее б)В канале

Наиболее простые и дешевые конструкции изготавливаются из сыпучих, волокнистых и порошкообразных из. материалов. Применяется в непроходных каналах и при бесканальной прокладке.

- Легко увлажняются и слеживаются

Поскольку конструкции влагопроницаемы, то выполнение их из не гидрофобных материалов в настоящее время запрещается. Наибольшее распространение нашли: асфальтоизол, перлитобитум, керамзитобитум и др. на основе битумных вяжущих, годрофоб.

Асфальтоизол – темно-серый мелкодисперсный порошок, получаемый из природных или искусственных асфальтитов путем варки их с добавлением битума и мазута и размалыванием после остывания. После прогревания т/д до расчетной температуры асфальтоизол образует трехслойную конструкцию.

Перлитобитум – смесь вспученного перлитового песка с битумом при t=2000C. Засыпка в траншеи при t>1800C..

Керамзитобитум – смесь вспученного керамзитного гравия с битумом при t=2000C (гидрофобный мел)

2. Литые конструкции

Литая теплоизоляция – пенобетон, пеносиликат, асфальтоизол и другие битумные материалы.

Недостатки: требуют высококвалифицированных рабочих и погодных условий.

3. Сборные конструкции

Материалы: пенобетон, пеносиликат, диатомит, минеральная вата на синтетических связующих, пенополиуритан. Блоки из пенобетона и пеностекла (пеностекло не увлажняются)

- многошовность (по швам проникает влага)

Мастичная конструкция

Теплоизоляционная мастика набрасывается на горячий трубопровод слоями по 10-15мм. Каждый последующий слой набрасывается после высыхания предыдущего.

Материалы: совелит – смесь калия и магния с асбестом

Асбозурит – смесь асбеста с трепелом и диатомитом.

Набивная конструкция

Мин. вата

 

 

Оберточные: ваполняется из прошивных матов или плит на синтетической основе, на трубопровод крепится с помощью проволочных скруток.

Требования к основному теплоизоляционному слою.

Обладать высокими теплоизоляционными свойствами и не терять их с течением времени под воздействием температуры.

При надземной и канальной прокладке толщина теплоизоляционного слоя должна быть более предельной, при бесканальной прокладке толщина не нормируется.

Плотность ρ и коэффициент теплопроводности λ при надземной и канальной прокладке должны быть:

При бесканальной прокладке ρ и λ не регламентируются.

Материал должен быть не горючим и не гниющим, а также не вызывать и не способствовать коррозии труб (шлаковата запрещена, только мин. вата)

Основной теплоизоляционный слой не должен иметь сплошных швов

2. Конструкция гидроизоляционного слоя.

Может быть мастичная и рулонная:

Мастичная – обмазка битумной или битумо-резинной обмазкой за два раза. Рулонная – гидроизоляция рулонным материалом на битумной или битумо-резинной мастике в два слоя.

Требования: быть сплошными и водонепроницаемыми.

3. Конструкция покровного слоя.

Асбестоцементная штукатурка по металлической сетке.

Трудоемка, применяется только при больших диаметрах.

Рулонное покрытие: Стеклоткань, Лакостеклоткань, Бризол

Жесткий полуцилиндр:

Материал: асбоцементные; стеклопластиковые, металлические

Металлические кожухи: Оцинкованная и не оцинкованная стали.

Требования к покровному слою.

Обладать необходимой механической прочностью.

Обладать при необходимости эстетическими качествами (при надземной прокладке вблизи городов).

 

22. Задачи и основные расчетные зависимости теплового расчета тепловой сети:

В задачу теплового расчёта входит решение следующих вопросов:

1. Определение тепловых потерь теплопровода.

2. Расчёт температурного поля вокруг т/д, т.е. определение t изоляции, в – ха в канале, стен канала.

3. Расчёт падения t т/н вдоль т/д.

4. Выбор δИЗ т/д.

Количество теплоты, проходящей в ед. времени через цепь последовательно соединённых термических сопротивлений определяется по формуле:

q=(τ-t0)/∑R (2.1)

,где ∑R=<RВН+ RТР+ RИЗ+ RН.

В тепловом расчёте встречаются два вида термических сопротивлений:

а) Сопротивление поверхности (RВН; RН)- RПОВ

 

б) Сопротивление слоя: (RТР; RИ)- RСЛ

Термическое сопр-е поверхности: RПОВ=1/απd (2.2)

где πd- поверхность т/д с l = 1м.

α – коэффициент теплоотдачи на поверхности Вт/м² ºС.

α Н= α Л+ α К (2.3)

; (2.3А)

где С – к-т излучения для труб = 4,4-5 Вт/м² К4 (2.3Б)

Необходимо знать tПОВ? → метод последовательных приближений.

Для приближённого предварительного расчёта м/б рекомендована формула.

(2.4)

α ВН= очень высока, поэтому

RПОВ=1/α ВНπd >0>RТР. можно пренебречь.

Термическое сопротивление слоя.

Для цилиндрической поверхности выводится из уравнения Фурье: (2.5)

Такими слоями являются: слой изоляции, ст. трубы, стенка канала, массив грунта и т/д.