Главная | Обратная связь

Радиальная компенсация

 

При радиальной компенсации термическая деформация трубопровода воспринимается изгибами специальных эластичных вставок или естественными поворотами (изгибами) трассы отдельных участков самого трубопровода.

Последний метод компенсации термических деформаций, широко используемый в практике, называется естественной компенсацией. Преимущества этого вида компенсации над другими видами: простота устройства, надежность, отсутствие необходимости в надзоре и уходе, разгруженность неподвижных опор от усилий внутреннего давления. Недостаток естественной компенсации – поперечное перемещение деформируемых участков трубопровода, требующее увеличения ширины непроходных каналов и затрудняющее применение засыпных изоляций и бесканальных конструкций.

Расчет естественной компенсации заключается в нахождении усилий и напряжений, возникающих в трубопроводе под действием упругой деформации, выборе длин взаимодействующих плеч трубопровода и определении поперечного смещения его участков при компенсации. Методика расчета базируется на основных законах теории упругости, связывающих деформации с действующими усилиями.

На рисунке 7.38 показана изогнутая труба с радиусом кривизны R. Выделим двумя сечениями ab и cd элемент трубы. При изгибе в стенке трубы с выпуклой стороны возникают растягивающие, а с вогнутой – сжимающие усилия. Как растягивающие, так и сжимающие усилия дают равнодействующие Т, нормальные к нейтральной оси.

 

 

 

Рисунок 7.38 Сплющивание трубы при изгибе.

 

 

Под действием силы Т поперечное сечение трубы сплющивается, превращаясь из круглого в эллиптическое, отчего понижается ее жесткость. Коэффициент жесткости гнутых гладких отводов зависит от геометрической характеристики отвода, определяемой

(7.37)

 

где δ – толщина стенки трубы; r_ср – радиус изгиба оси трубы; ( d_н – δ )/2 – средний радиус трубы; d_н – наружный диаметр трубы.

При h ≤ 1 коэффициент жесткости вычисляется по формуле Кларка и Рейснера

(7.38)

 

при h > 1 – по формуле Кармана

(7.39)

 

Кривая коэффициентов жесткости гладких труб приведена на рисунке 7.39.

 

 

Рисунок 7.39Коэффициент жесткости гладких кривых труб.

 

 

Для прямой трубы R = ∞, h = ∞ и k = 1. С увеличением диаметра трубы уменьшаются коэффициент жесткости гладких отводов h и коэффициент жесткости трубы k. Если жесткость прямого участка трубопровода равна ЕJ, Па, то жесткость кривого участка равна kЕJ, Па.

Поправочный коэффициент напряжения для гнутых гладких труб

(7.40)

 

и учитывается только при m > 1, т.е. при h < 0,85.

Для определения напряжений и компенсирующей способности симметричных конфигураций трубопроводов, в которых прямая, соединяющая смежные неподвижные опоры, совпадает с осью трубопровода, удобно пользоваться следующим упрощенным методом, основанным на теории изгиба кривого бруса. По этой теории зависимость между действующим усилием и деформацией трубопровода может быть представлена следующим выражением

(7.41)

 

 

где Р – сила, вызывающая деформацию; Δ – деформация по направлению действующей силы, м; у – расстояние от середины элементов участка трубопровода до направления действующей силы, м; ds – длина элемента участка, м.

При сложных конфигурациях трубопровода, когда аналитическое определение встречает затруднения, можно использовать графический метод.

Вычерчивают в масштабе контур трубопровода и делят периметр его на равные по длине отрезки (рисунок 7.40). Длина каждого участка равна ds, а расстояние по перпендикуляру от середины каждого участка до прямой, соединяющей неподвижные опоры трубопровода, равно у. Значение k определяется для каждого участка по (7.38); принимают равной

 

 

Рисунок 7.40Схема участка с гибким компенсатором.

 

 

Изгибающий момент, возникающий в отдельных элементах трубопровода, может быть найден как произведение силы на расстояние от данного элемента до направления действия силы: М = Р_у.

Возникающие в трубопроводе напряжения от продольного изгиба

(7.42)

 

где m – поправочный коэффициент напряжения (формула 7.40).

После соответствующих преобразований выражение для напряжения от продольного изгиба в элементах трубопровода приводится к виду

(7.43)

 

 

где d – наружный диаметр трубопровода.

Максимальное напряжение возникает в элементе трубопровода, находящемся на наибольшем расстоянии от направления действия силы, т.е. у = у_max.

При заданном значении допускаемого напряжения можно на основании формулы (7.43) получить выражение для компенсирующей способности компенсатора

 

(7.44)

 

 

Предварительно можно принимать допускаемое напряжение изгиба от естественной компенсации σ = (0,3 – 0,4) [σ].

Компенсирующая способность компенсаторов может быть увеличена вдвое при предварительной растяжке их во время монтажа на величину, равную половине теплового удлинения трубопровода.

На основе вышеизложенной методики получены уравнения для расчета максимального изгибающего напряжения и компенсирующей способности симметричных компенсаторов различного типа.