На главную Обратная связь Карта сайта

Статьи по теплоизоляции

Неподвижные опоры как объекты надежности в системе теплоснабжения
Фридман Я.Х.
- старший научный сотрудник,
 издательство «Новости
теплоснабжения».
Одними из важных конструкционных элементов
тепловых сетей, которые обеспечивают эксплуатационную надежность, являются
неподвижные опоры. Они служат для разделения теплопроводов на участки,
независимые друг от друга в восприятии различного вида усилий. Обычно
неподвижные опоры располагаются меж компенсаторами либо участками трубопроводов
с естественной компенсацией температурных удлинений. Они фиксируют положение
теплопровода в определенных точках и воспринимают усилия, возникающие в местах
фиксации под действием силовых причин от температурных деформаций и
внутреннего давления. Благодаря данной собственной функции они еще называются
«мертвыми».
В данной работе высказывается ряд
соображений касательно усилий и вызванных ими напряжений, возникающих в
неподвижных опорах.
Усилия, воспринимаемые неподвижными
опорами, складываются из:
реакции компенсаторов от силовых
факторов, вызванных температурными деформациями;
4) гравитационных нагрузок.
Неподвижные опоры бывают следующих
конструкционных выполнений: лобовые, щитовые и хомутовые.
Согласно статистике отказов в камерах на
дефекты от внешной коррозии труб приходится 80-85%. Это количество дефектов
примерно распределено согласно прилагаемой таблице из [1]. Это согласуется и с
нашими наблюдениями, где на повреждения, относящиеся к неподвижным опорам,
приходится около 50% от числа повреждений в камерах, имеющих неподвижные опоры.
Предпосылки коррозии неподвижных опор.
Неподвижные опоры подвергаются различным
видам коррозии, которые вызваны последующими причинами:
3)        
приварка косынок делает предпосылки для интенсификации действий внутренней
коррозии в местах расположения сварных швов и околошовной зоны.
4) одновременное действие переменных
циклических напряжений и коррозионной среды вызывают снижение коррозионной
стойкости и предела выносливости сплава.
Методика прочностного расчета неподвижных
опор.
Согласно СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети»
c.39 п.7: «Неподвижные опоры труб должны рассчитываться на наибольшую
горизонтальную нагрузку при разных режимах работы трубопроводов, в том числе
при открытых и закрытых задвижках».
В текущее время неподвижные опоры
подбираются по альбомам «Нормали тепловых сетей. НТС-62-91-35. НТС-62-91-36.
НТС-62-91-37», выпущенным институтом «Мосинжпроект». По сиим нормалям для
каждой величины Ду приводится наибольшая осевая сила, величину которой не
должна превосходить результирующая сила от работающих осевых сил как слева так
и справа. По сути на опору не считая осевой действуют еще две перерезывающие
силы, также вращающий и два изгибающих момента. В более общем случае на
опору действуют все виды обычных и касательных напряжений т.е. имеет место
сложнонапряженное состояние.

При прочностном расчете оказывается, что запасы
прочности в сечениях теплопровода, проходящих через неподвижные и подвижные
опоры, принимают меньшие значения по длине теплопровода, т.е. это наиболее
нагруженные сечения. В нормативной документации не существует никаких
рекомендаций по запасам прочности расчетных точек сечений теплопроводов
относительно допускаемого временного сопротивления и допускаемого напряжения
текучести.
Прочностной расчет участков теплопровода,
находящихся от рассматриваемой опоры как с левой таки с правой стороны. В
результате определяются 3 силовые и 3 моментные перегрузки, действующие на
неподвижную опору со стороны правого теплопровода (
,
,
,
,
,
.) и левого
теплопровода(P2x, P2y,
, M2x, M2y, M2z.) (рис. 2 и 3).
Решение системы уравнений относительно 6
результирующих неизвестных: Px, Py,
,
,
,
,где:
Px, Py - поперечные силы, паралельные
соответственно осям OX и
- продольная сила, направленная сила вдоль оси
- изгибающие моменты, вектора моментов которых
направлены соответственно по осям OX и
- вращающий момент, вектор момента которого направлен
вдоль оси
.
3)        
В каждой расчетной точке рассчитываются 6 напряжений (по 6-тисиловым факторам из
п.3), характеризующих напряженное состояние:
3 обычных напряжения: ах, ау,
и 3 касательных напряжения: тху,
,
.
4)        
Выбор коэффициента прочности сварного шва.
Более слабеньким местом стальных
трубопроводов, по которому следует вести проверку напряжений, являются сварные
швы. ф - коэффициент прочности сварного шва (ф = 0,7 … 0,9)
4.1 По маркам сталей из которых
изготовлены неподвижная опора и теплопровод выбирается та сталь напряжения
текучести (
) и временного сопротивления (ав
), которой являются наименьшими. Расчетные
= 150 ОC.

4.2 Определение допустимых расчетных напряжений
относительно напряжений текучести и временного сопротивления: [
,
,
,тху,
,
,
1 так, чтоб 3
касательныхнапряжения приняли нулевые значения ( существует лишь один
возможный вариант направления осей).
,
3, причем
> а2 > аЗ.
На основании 3-ей и 4-ой теорий прочности
(в машиностроении и статической прочности металлоизделий используют 3-ью и 4-ую
теории прочности ) получаем коэффициенты запаса относительно допускаемых
напряжений текучести и коэффициентов запаса по допускаемому временному
сопротивлению сварных швов.
по текучести [m]= 2 … 2.2; по временному
сопротивлению [n] = 4… 4.5.
Таковой высочайший запас по текучести
обеспечит уменьшение вероятности возникновения отказов, связанных с усталостью
металла, из-за термических напряжений возникающих при регулировании температуры
воды в отопительный период.
11.ЕКА, опирающаяся на ряд положений из [2] и
позволяющая выполнить п.п. 1...6.
В подавляющем большинстве случаев
неподвижные опоры являются узлами, на которые приходятся самые большие
нагрузки. Это происходит из-за нехороший работы подвижных опор, вызванной
увеличенным коэффициентом трения скольжения (до 0,4) и их увеличенной
просадочности. При внешной и внутренней

коррозии в неподвижных опорах происходит
перераспределение напряжений, что приводит к их завышенной повреждаемости.
При ремонтах лучше не разрушать всю
неподвижную опору не вырезать старенькую трубу, а применять своеобразную
вставку. На рис. 1 показан один из применяемых вариантов подхода при
производстве ремонта щитовой неподвижной опоры. Опосля выполнения обрезки
трубопровода, вовнутрь тела трубы опоры 1 вставляется и приваривается
предварительно разрезанная вдоль образующей труба усиления 2. Для данной вставки
берется заготовка из той же самой трубы. Это дозволит, как довести запасы
прочности соответственно советам п. 6, так и уменьшить объемы ремонтных
работ.
При наличии неподвижной опоры
промышленного производства, для увеличения ее долговечности и надежности во
время эксплуатации может быть проведение усиления таковой опоры, которое проводится
точно таковым же образом.
Для защиты трубы и неподвижной опоры от
коррозии и как один из более обычных способов по обеспечению надежности
работы опор можно предложить повышение толщины стены трубы в опоре. При всем этом,
толщина стены трубы
подбирается
так, чтоб ее величина при прочностном расчете соответствовала рекомендуемым величинам
запаса прочности п.6.
В хомутовых неподвижных опорах кроме
расчета теплопровода рассчитывается также и толщина стержня хомута на
напряжения растяжения, с учетом советов п.6.
Практический пример.
Разглядим практический пример расчета
неподвижной опоры.
Ду = 200 (0 219X6), длина участка 209 м.
р = 10 ати = 10,2 МПа - давление воды
(лишнее)
град ' -
коэффициент линейного расширения стали.
Е = 2.1ХЮ
=
2.14ХЮ
ц = 0,3 - коэффициент Пуассона
ф = 0,8 - коэффициент ослабления металла
сварного шва.
- допускаемое напряжение для временного сопротивления.
Выполняя п. 1…3 для схемы (рис. 2) и
рассмотрев систему уравнений равновесия п.2 получаем на рис. 3 следующие
результирующие усилия действующие на опору A:
Рх = 4.5 кН; Py = 11.2 кН;
= 9.5 кН;
Мх = 5.2 кНХм ;
= 4.1 кНХм;
= 0.
кНХм.
Выполняя п.п. 4… 6 получаем следующие
запасы прочности относительно допускаемых напряжений текучести и временного
сопротивления соответственно по 3-ей и 4-ой теориям прочности:
пЗ = 4.3; n4 = 3.1
тЗ = 2.43; m4 = 1.67.
Данные системы не удовлетворяют п.6,
поэтому требуется взять из сортимента трубопроводов трубу с этим же внутренним
диаметром, но большей шириной стены (
= 7).
В случае невозможности реализации такого
варианта, можно поменять конструкции щитовых и лобовых опор, введя трубу
усиления поз.2 так, как это показано на рис.1.
Выводы.
В заключении отметим, что прочностной расчет
неподвижных опор и анализ статистических данных повреждений дозволяет сделать
следующие выводы:
1.
При проектировании Тепловых сетей для повышения
надежности неподвижной опоры нужно делать прочностные расчеты участков
теплотрассы, располагающихся с обеих сторон от данной опоры, что позволит
определить результирующие усилия, действующие на опору.
2.
Прочностные расчеты участков теплопровода требуется
проводить как для режима эксплуатации, так и для режима опрессовки. Необходимо
проводить прочностной расчет по допускаемым напряжениям для всех участков
теплопровода с учетом ослабления сплава сварного шва.
3.
Для малых поперечников для упрощения процедуры
проектирования нужно использовать трубу как минимум в 2 раза большей толщины
стенки, чем на основном трубопроводе.
4.
В связи с высочайшей нередкой отказов неподвижных опор
требуется усилить конструкции узлов этих опор так, чтоб величина запаса
прочности относительно допускаемого напряжения текучести была более [m]= 2 …
2.2 , а значения запасов прочности по допускаемому временному сопротивлению
должны быть не меньше [n] = 4… 4.5.
5. Все железные конструкции должны
быть накрепко защищены.
6. При проектировании следует обязательно
предусматривать двусторонний доступ к неподвижной опоре для способности ее
осмотра, полного восстановления противокоррозионного покрытия и герметизации
кольцевого зазора.
1. Л.В.Родичев. Статистический анализ
процесса коррозионного старения те-
плопроводов.
Стройку ТРУБОПРОВОДОВ. № 9, 1994
г.
2. А.П.Сафонов. Сборник задач по
теплофикации и тепловым сетям. М.: Энерго-издат, 1980.