|
Областью применения
угловых компенсаторов являются:
- непрямолинейные трубопроводы, имеющие
колена в одной и более плоскостях. При
тепловых расширениях прямолинейных
отрезков труб, смежные с ними отрезки,
расположенные под углом к первым,
испытывают изгибающие моменты, приводящие
к изгибу труб. Анкерные крепления
трубопровода испытывают при этом
значительные нагрузки, могущие привести к
разрушению креплений;
- необходимость изменения
направления трассы (небольшие углы между
секциями) трубопровода при его укладке.
1 Примеры
температурных деформаций различных
пространственных конструкций
трубопроводов и методика расчетов величин
деформаций.
Целью этих примеров и расчетов
в том, чтобы Вы, уважаемый читатель, смогли
подобрать конкретную конфигурацию,
соответствующую Вашему трубопроводу и
оценить величины угловых деформаций, знать
которые необходимо при заказе угловых
компенсаторов. (Заимствовано из
справочника Witzenmann)
Т.к. схемы заимствованы из
справочника немецкого производителя Witzenmann,
необходимы пояснения:
* Слова: Gelenk - шарнир;
Anordnung -
конфигурация;
Raumlich
- пространственная.
* Буквы: U,L,Z -
обозначают название конфигурации.
* Угловые компенсаторы в
расчетных схемах замещены шарнирами (К).
Порядок расчетоа:
1. Определяется подходящая
конфигурация ( строка таблицы)
2. Определяются величины
перемещений концов труб из-за тепловых
расширений. Пояснения к строке 8 таблицы: Тепловое
вертикальное перемещение "дельта 3"
относится к верхнему концу (К2)вертикального
звена (А), относительно нижнего конца (К1).
3. Определяются величины
поперечных перемещений звеньев труб ( по
формулам в правом столбце)
4. По номограмме (см. ниже),
используя длину плеча и величину бокового
перемещения звена, определяют угол в
градусах
2 Применение
универсальных компенсаторов в качестве
угловых.
Для случаев (3) , (8) ( и,конечно,
разных других случаев ) предыдущей таблицы,
когда затруднено определение
пространственной ориентации плоскости
изгиба компенсатора (3-х мерная
пространственная конфигурация
трубопровода), можно применять
универсальные компенсаторы в качестве
угловых.
При этом следует учитывать
необходимость понижения предельного
давления, допустимого для осевого хода,
для этого же компенсатора, используемого в
качестве углового. Коэффициент (понижающий)
пересчета, зависящий от диаметра
компенсатора и приведённого (к предельно
допустимому) углового перемещения
определяется из номограммы:
Предельное давление для
углового использования компенсатора
определяется умножением "коэффициента
перерасчета" на предельное давление (PN)для
осевого использования.
Предельное угловое
отклонение и угловой коэффициент
жесткости можно получить из значений для
предельного осевого перемещения и
коэффициента линейной жесткости по
формулам (из каталога Witzenmann):
| Предельный угол (градусы) |
D - диаметр сильфона [мм]
-максимальный осевой ход []
|
|
| Угловой коэфф. жесткости (ньют*м)/град |
D - диаметр сильфона [мм]
 -
линейная жескость [ньютон/мм]
|
|
3 Величина шарнирного
момента углового компенсатора.
Угловой компенсатор,
изгибаясь под действием (поперечных к его
оси) сил, оказывает, в свою очередь,
противодействие в виде момента силы, на
элементы трубопровода.
Зная величину
этого момента, расстояния до точек
скользящего или анкерного крепления
трубопровода, можно определить эпюры (
распределение по длине трубы) изгибающих
моментов, действующих на трубы (если ,
конечно, это необходимо) и оптимизировать
конфигурацию трубопровода для уменьшения
механических напряжений в трубопроводе.
Угловой момент компенсатора
состоит:
- из момента трения в шарнире
анкерного подкрепления (если таковое
имеется),пропорционального силе, с которой
шарнир нагружается (т.е. пропорционален
давлению в трубопроводе);
- из "сухого" момента
изгиба, определяемого пружинящими
свойствами сильфонной части компенсатора,
пропорционального углу отклонения
компенсатора от оси;
- из добавочного увеличения
коэффициента "сухой" угловой
жесткости за счёт "надувания"
компенсатора давлением в трубопроводе и,
возникающими, в связи с этим,
дополнительными механическими
напряжениями в оболочке сильфона
компенсатора.
Момент задаётся выражением:
где: Cr - коэффициент
момента в шарнире компенсатора (для
компенсаторов с анкерным шарнирным
подкреплением), возникающий из за трения в
щарнире при подаче (растягивающего
компенсатор) давления;
Ca - коэффициент угловой жесткости "сухого"
(без давления) компенсатора;
Cp - коэффициент увеличения угловой
жесткости в зависимости от давления в
трубопроводе.
p -
давление в трубопроводе
a -
угол изгиба компенсатора
В качестве иллюстрации
применения знаний о шарнирном моменте
углового компенсатора приводим пример из
каталога фирмы Witzenmann
На картинке слева представлены
моменты и сиды (нет вертикальных
составляющих в опорах) действующие в
системе при удлинении секции (L3)
Картинка справа показывает
качественный характер распределения
изгибающих моментов в трубопроводе.
Распределение между компенсаторами К1 и К2
построено точно. За пределами участка (А)
эпюры моментов приблизительны.
Подобные построения могут
указать проектировщику места с
минимальными изгибающими моментами
удобными для сращивания отрезков
трубопровода.
|
