Компенсаторы

В результате изменения температуры трубы могут удлиняться или укорачиваться. Величина деформации рассчитывается по формуле Δl= l۰ α۰Δt, м, где l –длина участка трубопровода; α- коэффициент температурного расширения; Δt – разность между максимальной и минимальной температурой.

Пример. Длина l =200м; труба полиэтиленовая, α =0,0002;

Труба уложена летом при температуре около 40 ºC, зимой остыла до 0 ºC, Δt=40 ºC.

Δl= 200۰ 0,0002۰ 40 = 1,6 м.

Для того, чтобы при изменении температуры не произошло нарушения (разрыв) герметичности трубопровода или чтобы избежать больших растягивающих усилий применяют компенсаторы. На рис.35 показана схема сальникового компенсатора.

На чугунных, железобетонных и асбесто-цементных трубопроводах компенсаторы, как правило, не требуются: необходимые температурные деформации компенсируются за счет некоторой подвижности стыков на резиновых уплотнениях.

Если ограничить возможность участка трубопровода свободно расширяться тли сужаться и жестко закрепить концы трубопровода, при охлаждении трубы возникнут растягивающие усилия, рассчитываемые по формуле

σ =E·Δl / l МПА, где Е-модуль упругости, МПа; Δl / l -относительное удлинение.

Величина σ не должна превышать расчетную прочность σ_р, в этом случае может произойти разрыв трубопровода или возникнут остаточные деформации из-за текучести материала. Предел текучести для пластмассовых трубопроводов в 3 – 4 раза превышает предел прочности.

Например, при охлаждении трубы из ПВД –ПНП (полиэтилен высокого давления низкой плотности) для которой α = 0,0002, Е=200 МПа, σ_р=3 МПа, Δt =40ºC

σ= 200 · 0,0002· 40 =1,6 МПа, предел прочности не будет достигнут. Сравним результат с данными предыдущего примера, где необходимый ход компенсатора должен составлять 1,6 м. Жесткое закрепление концов трубы предпочтительнее.

Труба, засыпанная грунтом, расширяется меньше, чем свободно лежащая труба; особенно эффективны в этом отношении трубы с рифленой наружной поверхностью.

При укладке полиэтиленовых труб в летнее время их в траншее укладывают “змейкой”, используя некоторую гибкость сваренной плети трубопровода. Это также позволяет уменьшить напряжения от температурных деформаций.

Упоры

На поворотах трубопроводов, работающих под внутренним давлением воды, возникает суммарное усилие S, направленное по биссектрисе угла поворота α (рис. 36). Усилия определяются внутренним давлением и равны S₁ =S ₂ =0,25·π· D² · P, H, где D-диаметр трубопровода, м, Р – давление, Па.

Суммарное усилие S= 2S₁·sin α /2 = 1,57· D² · P ·sin α /2.

В чугунных и железобетонных трубах это усилие передается на раструбы, конструкция которых не рассчитана на растягивающие усилия, поэтому требуется установка упоров (рис.36). При подземной укладке труб усилие передается на грунт.

Пример. Определить площадь упора, опирающегося на грунт, для следующих условий: D=0,8 м; P=0,9 МПа; α=90˚; допустимое давление на грунт σ=0,2 МПа.

Площадь упора: F= S/ σ = 1,57· 0,8² ·0,9 · 0,707 /0,2= 3,20 м².

На пластмассовых и стальных сварных трубах также следует на поворотах устанавливать упоры, чтобы избежать больших растягивающих усилий в стыках труб и чтобы не допустить деформации всего участка трубопровода, примыкающего к углу поворота.

Для условий предыдущего примера при укладке полиэтиленовой трубы (при отсутствии упора) наружным диаметром 800 мм, толщиной стенки 58,8 мм растягивающее усилие

S ₁ =0,25·π· D² · P =0,25 · 3,14 · (0,800 – 2· 0,0588)² ·0,9 = 0,329 МН.

Напряжение в стенках трубы

σ=0,329 / [(3,14 (0,8 – 0,0588/2) 0,0588]= 2,31 МПа.

В [1] указана расчетная прочность для труб ПВД 2,5 – 3,2 МПа.

Как видно, отсутствие упора приведет к работе трубы на пределе прочности..

Дата добавления: 2015-08-05