СП 315.1325800.2017 Действует

– вес 1 м теплопровода с водой, Н/м;

– эффективная площадь поперечного сечения СК, определяемая по формуле

, ;

s – номинальная толщина стенки трубы, мм;

– монтажная температура, °С;

– минимальная температура в условиях эксплуатации (, или любая другая температура). Выбор выполняется проектировщиком по согласованию с заказчиком и эксплуатирующей организацией.

– расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления (средняя температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СП 131.13330), °С;

– максимальная расчетная температура теплоносителя, °С;

Z – глубина засыпки по отношению к оси трубы, м;

α – коэффициент линейного расширения стали, α = 0,012 мм/(м·°С);

– удельный вес грунта, Н/;

– амплитуда осевого хода, мм;

– коэффициент трения полиэтиленовой оболочки по грунту;

– допускаемое осевое напряжение в трубе, Н/;

– дополнительное напряжение, возникающее в трубе при остывании от до, Н/;

– растягивающее окружное напряжение от внутреннего давления, Н/;

φ – коэффициент снижения прочности сварного шва при расчете на давление;

– угол внутреннего трения грунта, град.;

φи – коэффициент снижения прочности сварного шва при расчете на изгиб.

Е.2 Методика расчета

Предельная длина компенсируемого прямого участка теплопровода между неподвижной опорой (или мнимой опорой) и компенсирующим устройством не должна превышать предельной длины, рассчитанной по формуле

, (Е.1)

где – площадь поперечного сечения стенки трубы, , определяемая по формуле

= , (Е.2)

здесь – наружный диаметр трубы, мм;s – толщина стенки трубы, мм; – удельная сила трения* на единицу длины трубы, Н/м, определяемая по формуле

, (Е.3)

здесь– коэффициент трения полиэтиленовой оболочки по грунту, при трении по песку допускается принимать =0,40;

– вес 1 м теплопровода с водой, Н/м;

– удельный вес грунта и воды, Н/;

Z – глубина засыпки по отношению к оси трубы, м;

– допускаемое осевое напряжение в трубе, Н/, определяемое по формуле

, (Е.4)

где – коэффициент снижения прочности сварного шва при расчете на давление (для электросварных труб), принимают по соответствующему стандарту. При полном проваре шва и контроле качества сварки по всей длине неразрушающими методами = 1; при выборочном контроле качества сварки не менее 10 % длины шва = 0,8, а менее 10 % – = 0,7;

P – избыточное внутреннее давление, МПа;

– коэффициент снижения прочности сварного шва при расчете на изгиб. При наличии изгиба = 0,9, а при отсутствии изгиба = 1.

Допускается пользоваться приближенными формулами:- при = 1:

; (В.5)

- при = 0,8:

; (В.6)

– наружный диаметр теплопровода по полиэтиленовой оболочке, мм, для конструкций теплопроводов со значением адгезии теплоизоляции к трубе и оболочки к теплоизоляции 0,15 МПа; при меньших значениях расчеты ведут по трубы;

– угол внутреннего трения грунта (для песка = 30°).

Предельная длина компенсируемого участка теплопровода может быть увеличена разными способами, например, путем:

- применения стальных труб с повышенной толщиной стенки;

- уменьшения коэффициента трения обертыванием теплопровода полиэтиленовой пленкой;

- уменьшения глубины прокладки теплопровода Z, т. е. засыпки по отношению к оси трубы;

- повышения качества сварных швов и др.

Пример

Необходимо определить предельную длину прямого участка теплопровода диаметром 159×4,5 мм, рабочей температурой 130 °С, рабочим давлением 1,6 МПа, материал – сталь Вст3сп5. Грунт – песчаный, угол внутреннего трения грунта = 30°, расстояние от поверхности земли до оси трубы Z = 1,0 м.

Номинальное допускаемое напряжение для заданного материала при температуре 130 °С = 137 Н/.

Площадь поперечного сечения стенки трубы:

= мм2.

Удельная сила трения на единицу длины трубы:

=

= 0,4 = 4440 Н/м.

Допускаемое осевое напряжение:

.

Предельная длина прямого участка теплопровода:

м.

При увеличении толщины стенки трубы, например до 6 мм:

;

= 0,4 = 4442 Н/м.

м.

Е.3 Выбор и расчет компенсирующих устройств

Компенсация тепловых деформаций теплопровода может быть осуществлена следующими компенсирующими устройствами и системами:

Группа I (устройства):

а) с П-образными компенсаторами, углами поворота трассы в виде Г- и Z-образных компенсаторов;

б) с СК или СКУ.

Группа II (системы):

а) системы с предварительным нагревом до засыпки грунтом;

б) системы со стартовыми сильфонными компенсаторами, завариваемыми после предварительного нагрева.

Компенсирующие устройства группы Ia могут размещаться в любом месте теплопровода.

При этом протяженный теплопровод может иметь три вида зон:

- зоны изгиба – участки теплопровода, непосредственно примыкающие к компенсатору. Теплопровод при нагреве перемещается в осевом и боковых направлениях;

- зоны компенсации – участки теплопровода, примыкающие к компенсатору, перемещающиеся при температурных деформациях. Участки изгиба включают в длину участков компенсации;

- зоны защемления – неподвижные (защемленные) участки теплопровода, примыкающие к неподвижным или мнимым опорам, компенсация температурных колебаний в которых происходит за счет изменения осевого напряжения.

В общем случае деформацию теплопровода рассчитывают по формуле

, (Е.7)

где турная деформация;

деформация под действием сил трения;

реакция демпфера (грунта, упругих подушек, жесткости осевого компенсатора, упругости П-, Г-, Z-образных и других компенсирующих устройств);

деформация от внутреннего давления.

Выбор и расчет компенсирующих устройств группы Ia (П-, Г-, Z-образных компенсаторов, углов поворота трассы и т. п.) рекомендуется проводить по компьютерной программе или номограммам.

Размещение компенсирующих устройств группы Iaнаиболее эффективно в середине компенсируемого участка.

При П-образных компенсаторах рекомендуется длину наибольшего плеча принимать менее 60 % общей длины участка.

При наличии углов поворота трассы рекомендуется использовать их в качестве компенсирующих устройств.

Длина участка труб в зоне компенсации может быть определена по упрощенной формуле

, (Е.8)

где – площадь поперечного сечения трубы, мм2;

– удельная сила трения на единицу длины трубы, Н/м;

E – модуль упругости материала трубы, Н/мм2;

α – коэффициент линейного расширения стали, мм/(м·°С);

– приращение температуры, °С, определяемое по формуле

Δt = t1 – tэ,

здесь – минимальная температура в условиях эксплуатации (, и т. д.).

Выбор проводят при проектировании по согласованию с заказчиком и эксплуатирующей организацией.

Максимальное удлинение зоны компенсации при нагреве теплопровода после засыпки траншеи грунтом можно определить по упрощенной формуле

, (Е.9)

где α – коэффициент линейного расширения стали, мм/(м·°С);– максимальная расчетная температура теплоносителя, °С;

– минимальная температура в условиях эксплуатации. Выбор выполняется проектировщиком по согласованию с заказчиком и эксплуатирующей организацией;

– длина зоны (участка) компенсации, м;

– удельная сила трения на единицу длины трубы, Н/м;

E – модуль упругости материала трубы, E = 2

– площадь поперечного сечения стенки трубы, .

В формулах (Е.8) и (Е.9) в целях упрощения проектных расчетов не учтены два члена:

[(0,5–0,3)], Н/мм2 – осевая составляющая растягивающего окружного напряжения от внутреннего давления. При расширении учитывается с положительным знаком;

[], Н/мм2 – влияние усилия от активной реакции грунта. При расширении учитывается с отрицательным знаком.

Выполняющие функцию демпфера поролоновые подушки, тем более канальные участки, практически не препятствуют температурному расширению теплопровода и сводят к минимуму влияние .

Второй член может быть заменен величиной упругой деформации компенсатора.

Выбор и расчет компенсирующих устройств группы Iб рекомендуется производить по расчетным формулам и таблицам, приведенным в рекомендациях по применению осевых СК и СКУ конкретных предприятий – производителей СК и СКУ, продукция которых отличается конструктивно и технологически.

Длину участка, на котором устанавливают один СК (одно СКУ), рассчитывают по формуле

, (Е.10)

где – амплитуда осевого хода, мм;

α – коэффициент линейного расширения стали, мм/(м·°С);

– максимальная расчетная температура теплоносителя, °С;

- расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, °С.

При наличии на участке канальной и бесканальной прокладок принимают коэффициент 0,9; при бесканальной прокладке – 1,15.

Пример Необходимо определить максимальную длину участка, на котором устанавливается один осевой СК с условным проходом Ду =150 мм:

.

Длину зоны компенсации при применении СК и СКУ рассчитывают по формуле

, (Е.11)

где A – коэффициент, учитывающий активную площадь сильфона СК или СКУ:

; (Е.12)

– удельная сила трения на единицу длины трубы, Н/м;– площадь поперечного сечения трубы, мм2;α – коэффициент линейного расширения стали, мм/(м·°С);

E – модуль упругости материала трубы, Н/мм2;– приращение температуры, °С, определяемое по формуле

Δt = t1 – t0;

– наружный диаметр трубы, мм;

– диаметр, характеризующий эффективную площадь сильфона, мм, определяемый по формуле:

,

– эффективная площадь поперечного сечения СК.

Системы компенсации группы II не требуют установки постоянно действующих компенсирующих устройств.

Компенсация температурных деформаций происходит за счет изменения осевого напряжения в защемленной трубе. Поэтому область применения тепловых сетей без постоянно действующих компенсирующих устройств ограничена допустимым перепадом температур.

Системы группы II применяют в случаях, когда трасса состоит из длинных прямолинейных участков с зонами защемления .

Максимально допустимый перепад температур с учетом предварительного нагрева, обычно принимаемого равным 0,5 не должен превышать:

. (Е.13)

Вычисляют максимальную температуру теплоносителя по формуле

, (Е.14)

где – допускаемое осевое напряжение в трубе, Н/мм2;

α – коэффициент линейного расширения стали, мм/(м·°С);

E – модуль упругости материала трубы, Н/мм2;

– приращение температуры, °С, определяемое по формуле

Δt = t1 – tэ.

Пример

Необходимо определить максимальную температуру теплоносителя для прямого участка при = 137 Н/мм2 и = 10 °С.

Согласно формуле (Е.5) допускаемые осевые напряжения составляют = 1,25·137 = 171 Н/мм2.

°C.

Таким образом, максимальная температура теплоносителя:

°C.

Системы, относящиеся к группе IIа, – предварительный нагрев до засыпки грунтом:

- монтируют и до засыпки грунтом нагревают до температуры предварительного нагрева :

; (Е.15)