Проверка живучести системы при установке стартовых компенсаторов СК и сильфонных компенсаторов СКУ

Проверка живучести системы.

3.4.24. При первом способе применения осевых  СК-сильфонные компенсаторы и СКУ сильфонное компенсирующие устройство при надземной прокладке следует произвести проверку живучести системы в экстремальных условиях, при которых: — вода (теплоноситель) из теплопроводов выпущена; — температура стенки теплопровода равна минимальной температуре наружного воздуха — t_мин; — сильфоны растянуты до упора в ограничители. Результаты проверки должны быть отмечены в проекте. Напряжения, возникающие в теплопроводе в экстремальных условиях при остывании его от (t_o) до (t_мин), следует определять по приближенной, но достаточной для проверки, формуле:

                              [20]

где:  σ_oc — дополнительное напряжение, возникающее в трубе при остывании от (t_o) до (t_мин):

σ_ос = α · Е · (t_o — t_мин) · 10^-3, Н/мм²;                                            [21]

σ_ж — напряжение в трубе от силы жесткости сильфона компенсатора, Н/мм²:

                                                [22]

σ_из — изгибающее напряжение от собственного веса теплопровода, Н/мм²: 

                                                [23]

σ_ветер — изгибающее напряжение от ветровой нагрузки, Н/мм²:

                                             [24]

В формулах: ψ — скоростной напор ветра, Н/м² [по СНиП 23-01-99 «Строительная климатология»]; α — коэффициент линейного расширения стали, 0,012 мм/м°С; Е — модуль упругости материала трубы, 2 · 10⁵ Н/мм²; t_o — расчетная температура наружного воздуха для отопления, обеспеченностью t_о(0,92)), °C. t_мин — минимум температур наружного воздуха в данной местности. Определяется по согласованию с заказчиком по СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» или по заданной обеспеченности (например, t_мин(0,98)), °С; σ_расч — расчетное осевое напряжение в трубе, Н/мм². D_об — наружный диаметр оболочки, мм; g_трубы — вес 1 м теплопровода без воды, Н/м; S_эф — эффективная площадь поперечного сечения сильфонного компенсатора, см². Принимается по приложениям 6 и 7. С_λ — жесткость осевого хода, Н/см, λ_-1 — амплитуда осевого хода, мм. 12 — коэффициент от 3 до 12 в зависимости от конфигурации и месторасположения участка теплопровода на трассе (для прямых участков принимается равным 12); W — момент сопротивления поперечного сечения стенки трубы, см³; L_подв — расстояние между подвижными опорами, м. φ₁ — коэффициент прочности поперечного сварного шва. 3.4.25. Если в результате проверки окажется, что σ_жив > σ_расч, а повторный более точный расчет с использованием [л. 1] подтвердит недопустимую величину осевого напряжения σ_жив, следует пересмотреть ранее принятые в проекте решения с целью снижения σ_жив до приемлемых значений (уменьшить длину компенсируемого участка, выбрать осевой СК или СКУ с большей компенсирующей способностью, изменить коэффициент обеспеченности (t_о(0,92)), уменьшить расстояния между подвижными опорами и т.д.). Пример: Определить напряжения, возникающие в теплопроводе D_y 150 мм при нерасчетном похолодании. 1. Напряжения, возникающие в защемленной трубе при остывании от (t_o) до (t_мин) по формуле:

σ_oc = α · E · (t_о — t_мин) · 10^-3 = 0,012 · 2 · 10⁵ · (-30 + 50) · 10^-3 = 48,0 Н/мм²;

2. Напряжения в трубе от силы жесткости сильфона компенсатора по формуле:

 

3. Изгибающее напряжение от собственного веса теплопровода:

 

4. Изгибающее напряжение от ветровой нагрузки:

5. Напряжения, возникающие в теплопроводе в экстремальных условиях при остывании его от (t_o) до (t_мин), по приближенной формуле:

σ_жив < σ_расч.

Проверка устойчивости системы.

3.4.26. Критическое усилие от наиболее невыгодного сочетания воздействий и нагрузок, при котором теплопровод теряет устойчивость, подсчитывается по формуле:

                                                   [25]

где: N — осевое сжимающее усилие в трубе (формула [30]), H; E — модуль упругости материала трубы, Н/мм²; J — момент инерции трубы, см⁴; i — начальный изгиб трубы, м:

                                                            [26]

L_изг — длина местного изгиба теплопровода:

                                                       [27]

|N| — абсолютное значение величины осевого сжимающего усилия в трубе, Н. Вертикальная нагрузка оказывает стабилизирующее влияние и определяется по формуле:

R_ст = q_грунта + q_трубы + 2 · S_сдвига > R_кр, Н/м;                                         [28]

где: q_грунта — вес грунта над теплопроводом, Н/м, q_трубы — вес 1 м теплопровода с водой, Н/м; S_сдвига — сдвигающая сила, возникающая в результате действия давления грунта в состоянии покоя, Н/м; Для случаев, когда уровень стояния грунтовых вод ниже глубины заложения теплопровода:

S_сдвига = 0,5 · γ · Z² · К_о · tg_φ, Н/м;                                                 [29]

q_грунта = γ · [Z · D_об — 0,125 · D²_o6 · π], Н/м;                                        [30]

В формулах: γ — удельный вес грунта, Н/м³; Z — глубина засыпки по отношению к оси трубы, м; К_о — коэффициент давления грунта в состоянии покоя.

К_о = 0,5;

φ — угол внутреннего трения грунта (естественного откоса); D_об — наружный диаметр оболочки, м. Осевое сжимающее усилие в защемленном участке прямой трубы с равномерно распределенной вертикальной нагрузкой:

N = -[F_ст · (E · α · ∆t · 10^-3 · 0,3 · σ_раст) + Р_внутр · F_пл], H;                        [31]

где: F_ст — площадь кольцевого сечения трубы, мм²; α — коэффициент линейного расширения стали, мм/м°С; Е — модуль упругости материала трубы, Н/мм²; ∆t — принимать равным (t₁ — t_монт), °C; σ_раст — растягивающее окружное напряжение от внутреннего давления (формула [19]), Н/мм²; Р_внутр — внутреннее давление, Н/мм²; F_пл — площадь действия внутреннего давления (0,785D²_вн), мм²; Пример: Провести проверку теплопровода D_y150, проложенного бесканально, на устойчивость при наиболее неблагоприятном сочетании нагрузок и воздействий. Для случая, когда уровень стояния грунтовых вод ниже глубины заложения теплопровода. 1. Осевое сжимающее усилие в защемленной трубе:

N = -[F_ст · (Е · α · ∆t — 0,3 · σ_раст) + Р_внутр · F_пл] = -[2183 · (2 · 10⁵ · 0,012 · 140 · 10^-3 — 0,3 · 26,7) + 1,6 · 17662,5] = -744283 H;

2. Длина местного изгиба теплопровода: 3. Начальный изгиб трубы:

 

4. Критическое усилие, при котором защемленный теплопровод при бесканальной прокладке теряет устойчивость, подсчитывается по формуле:

5. Вес грунта над теплопроводом:

q_грунта = γ · [Z · D_об — 0,125 · D²_об · π] = 18000[1 · 0,250 — 0,125 · 0,250² · 3,14] = 4058 Н/м;

6. Сдвигающая сила, возникающая в результате действия давления грунта в состоянии покоя:

S_сдвига = 0,5 · γ · Z² · К_о · tg φ = 0,5 · 18000 · 1² · 0,5 · 0,7 = 3150 Н/м.

7. Стабилизирующая вертикальная нагрузка:

R_ст = q_грунта + q_трубы + 2 · S_сдвига = 4058 + 503 + 2 · 3150 = 10861 Н/м

R_ст > R_кр;

Стабилизирующая вертикальная нагрузка больше критического усилия, поэтому защемленный теплопровод сохранит устойчивость далее при наиболее неблагоприятном сочетании нагрузок и воздействий. 3.4.27. Если уровень грунтовых или сезонных поверхностных вод (паводок, подтопляемые территории и т.п.) может подниматься выше глубины заложения бесканально прокладываемых теплопроводов, т.е. существует вероятность всплытия труб при их опорожнении. Необходимый вес балласта, который должен сообщить теплопроводу надежную отрицательную плавучесть, определяется по формуле:

R_бал = К_вспл · γ_пульпы · ω_вспл + g_трубы + q_н.п., Н/м;                                  [32]

где: К_вспл — коэффициент устойчивости против всплытия. Принимается равным: 1,10 — при периодически высоком уровне грунтовых вод или при прокладках в зонах подтопляемых территорий; 1,15 — при прокладках по болотистой местности. γ_пульпы — вес пульпы (воды и взвешенных частиц грунта), Н/м³; ω_вспл — объем пульпы, вытесненной теплопроводом, м³/м; g_трубы — вес 1 м теплопровода без воды, Н/м; q_н.п. — вес неподвижных опор, Н/м.